隧道下穿隧道減振控制爆破技術(shù)研究

隧道下穿隧道減振控制爆破技術(shù)研究

1內(nèi)昆鐵路鹽津1號(hào)隧道減振爆破技術(shù)應(yīng)用在采用該開(kāi)采方法進(jìn)行的近地下和隧道工程中，除了考慮隧道開(kāi)挖對(duì)壓力分布的影響外，還應(yīng)考慮使用爆炸設(shè)備造成的振動(dòng)效應(yīng)對(duì)硬巖中的振動(dòng)效應(yīng)的影響。本文重點(diǎn)討論新建單線鐵路隧道近距離下穿樓房近接施工的減振爆破技術(shù)。內(nèi)昆鐵路鹽津1號(hào)隧道位于云南省鹽津縣城,全長(zhǎng)1805m。隧道進(jìn)口方向有近100m地段的最大埋深為27m,最小埋深為3.4m,且地表建筑物林立,其中有一幢7層樓的鹽津縣國(guó)稅局辦公大樓位于其上,辦公大樓部分樁底高出隧道襯砌外拱頂僅4.8m,從而使得此段施工成為該座隧道施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2施工方案2.1爆破安全距離計(jì)算爆破振動(dòng)的危害,一般用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度來(lái)評(píng)估?！侗瓢踩?guī)程》(GB6722—86)對(duì)各類(lèi)建筑物的質(zhì)點(diǎn)安全振動(dòng)速度規(guī)定如下。(1)土窯洞、土坯房、毛石房為1cm/s;(2)一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物為2～3cm/s;(3)鋼筋混凝土框架房屋為5cm/s。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度(v)受最大段裝藥量(Q)、距爆破中心的距離(R)、起爆方法以及爆破點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)之間地質(zhì)條件等的影響,長(zhǎng)期以來(lái)爆破有關(guān)對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度以及振動(dòng)速度和安全參數(shù)的估算均采用世界著名爆破專(zhuān)家薩道夫斯基的公式進(jìn)行計(jì)算,即式中R———爆破地震安全距離,m;Q———炸藥量,取5kg(以往單線鐵路隧道光面爆破最大段裝藥量確定);m———藥量指數(shù),取1/2;K、α———與爆破點(diǎn)地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù),取K=150,α=1.8(根據(jù)爆破監(jiān)測(cè)結(jié)果回歸求得)。根據(jù)規(guī)范要求,確定大于5cm/s時(shí)為強(qiáng)影響范圍,2～5cm/s為弱影響范圍,小于2cm/s為無(wú)影響范圍,由式(1)及以上所給參數(shù)計(jì)算出影響分區(qū)如圖1所示。2.2隧道襯砌深度方面鹽津1號(hào)隧道與7層樓的鹽津縣國(guó)稅局辦公大樓的位置關(guān)系如圖2所示。通過(guò)國(guó)稅大樓中大樓部分樁基礎(chǔ)樁底高于隧道襯砌外拱頂深度僅為4.8m,從圖1的影響范圍來(lái)看,處于強(qiáng)影響范圍,在爆破施工中要采取專(zhuān)門(mén)對(duì)策,進(jìn)行減振爆破作業(yè)。2.3爆破設(shè)計(jì)步驟為確保安全在未進(jìn)入國(guó)稅大樓腳下以前進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)可行性試驗(yàn)研究。爆破設(shè)計(jì)分三步進(jìn)行:第一步,減振光面爆破設(shè)計(jì)(結(jié)合常規(guī)控制爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行);第二步,減振預(yù)裂爆破設(shè)計(jì);第三步,干擾爆破綜合設(shè)計(jì)。在各步設(shè)計(jì)中,又根據(jù)掏槽形式、起爆方式、爆破參數(shù)、分段延期時(shí)間等不同而進(jìn)行試爆,再根據(jù)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)修改,最終確定符合要求的爆破參數(shù)。3爆炸試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)結(jié)果3.1振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的配置在地表隧道中線上,共布設(shè)了13個(gè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn),其中在國(guó)稅局大樓內(nèi)有6個(gè)測(cè)點(diǎn)。3.2本段爆炸設(shè)計(jì)與試驗(yàn)(1)爆破質(zhì)量及振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果采用雙“V”楔形掏槽、光面爆破,設(shè)計(jì)鉆孔深度1.0m,共布置54個(gè)炮孔,分18段孔間延期起爆,起爆采用普通1～15段非電毫秒和3～5段非電半秒雷管延期。掏槽孔每段起爆時(shí)間間隔為75～100ms(根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果確定),其他炮孔每段間隔時(shí)間大于75ms。最大段裝藥量為1.5kg(主要集中在底板炮孔,單孔裝藥量為0.5kg)。經(jīng)過(guò)6次爆破試驗(yàn),振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果為:振速為0.4～5.3cm/s,頻率為19.5～87.2Hz,周期為23～51ms。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析,每次較大的振動(dòng)速度不是由底板炮孔爆破產(chǎn)生的,而是由前幾段的掏槽孔所產(chǎn)生的。(2)爆破中心振動(dòng)試驗(yàn)其他參數(shù)不變,將光面爆破改為預(yù)裂爆破,設(shè)計(jì)鉆孔深度為1.2m。經(jīng)過(guò)3次爆破試驗(yàn),測(cè)得在距離爆破中心最近(7.1m)處的測(cè)點(diǎn)最大振動(dòng)速度值達(dá)3.5cm/s。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析,最大振動(dòng)速度由前幾段受夾制作用較大的周邊預(yù)裂孔產(chǎn)生,除夾制作用外,單段齊爆藥量過(guò)大及段間間隔時(shí)間過(guò)小,造成有些段存在振動(dòng)疊加。(3)孔內(nèi)延遲起爆為了控制單段裝藥量,在其他參數(shù)不變的情況下,對(duì)起爆順序作全面調(diào)整,起爆方式由單段多孔起爆改為單段單孔分區(qū)起爆,仍采用普通非電毫秒雷管,延期方式采用孔內(nèi)孔間延期。將67個(gè)炮孔分為47個(gè)段,單孔延期起爆(周邊光爆孔因藥量較少,3個(gè)孔為1段),單孔的最大藥量為0.8kg。降低單段藥量和增加延期段數(shù)后,經(jīng)過(guò)2次爆破試驗(yàn),振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,在相應(yīng)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振速大大降低,測(cè)得最大振速為2.9cm/s。(4)起爆間距的確定為了做好下階段進(jìn)入國(guó)稅局大樓腳下采用高精度毫秒雷管爆破的準(zhǔn)備。本次爆破設(shè)計(jì)采用龜裂直眼掏槽、光面爆破,中心兩掏槽空眼采用70mm擴(kuò)孔鉆頭鉆孔,鉆孔深度為1.2m,共58個(gè)孔分29個(gè)段起爆,主爆區(qū)炮孔作單段響,底板和周邊光爆孔2～4個(gè)為一段。延期方式采取孔內(nèi)孔間延期,掏槽炮孔起爆延期間隔時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)量測(cè)圍巖的振動(dòng)周期T為19～45ms,選定每段起爆間隔時(shí)間為90～110ms,其他炮孔起爆間隔時(shí)間確定為100ms以上。最大段裝藥量為1.2kg。經(jīng)過(guò)3次爆破試驗(yàn),由地表最近距離測(cè)點(diǎn)以及大樓基礎(chǔ)振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)結(jié)果分析知,起爆中各段不發(fā)生波疊加的間隔延遲時(shí)間Δt要大于或等于3倍巖石的振動(dòng)周期T,即Δt≥3T。從監(jiān)測(cè)結(jié)果可知,爆破產(chǎn)生的地震波是獨(dú)立的,克服了夾制作用及振動(dòng)波的疊加,將振速完全控制在1.5cm/s以內(nèi),達(dá)到了良好的爆破效果。(5)段間間隔延遲時(shí)間在第四次爆破設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,采用高精度非電毫秒延期雷管取代普通雷管。單段最大裝藥量由原來(lái)的1.2kg增加到1.8kg,爆孔布置詳見(jiàn)圖3。經(jīng)過(guò)3次爆破試驗(yàn),對(duì)地表較近測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)結(jié)果:爆破最大振速為0.9cm/s,周期為35.6～46ms,頻率22～28Hz。此設(shè)計(jì)的爆破效果完全滿足設(shè)計(jì)要求和爆破安全規(guī)定。從本次設(shè)計(jì)的實(shí)測(cè)周期來(lái)看,段間間隔延遲時(shí)間Δt約等于2.5倍巖石振動(dòng)周期T,使得前一段的爆破振動(dòng)得到一定程度的衰減,又能使相差Δt的兩波達(dá)到最佳干擾效果,從而得出這個(gè)時(shí)間間隔是本工程的一個(gè)比較合理的段間時(shí)間間隔。同時(shí),由于高精度非電毫秒雷管的采用,使干擾效果得到較好保證。3.3試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)爆炸的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)下半斷面共進(jìn)行了2次爆破設(shè)計(jì)。(1)最大段延遲起爆量本次設(shè)計(jì)采用預(yù)裂爆破,設(shè)計(jì)孔深1.5m,用普通非電毫秒雷管分17個(gè)段延期起爆,最大段裝藥量為1.8kg。經(jīng)過(guò)3次爆破試驗(yàn)及振動(dòng)監(jiān)測(cè)表明,振速偏大,超過(guò)規(guī)定值,從振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析可知,在延期110～150ms(即預(yù)裂孔5、6段間)有產(chǎn)生振動(dòng)波疊加或碰段現(xiàn)象。(2)爆孔及振速測(cè)定采用復(fù)式“V”形起爆方式,光面爆破,設(shè)計(jì)孔度為1.5m,共65個(gè)炮孔,選用非電毫秒雷管分21個(gè)段起爆,最大段起爆藥量為2.25kg,爆孔布置詳見(jiàn)圖4。經(jīng)過(guò)7次爆破試驗(yàn)及振動(dòng)監(jiān)測(cè),測(cè)得振速為0.78～1.6cm/s。此設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求和爆破安全規(guī)定。3.4次爆破試驗(yàn)綜上所述,上半斷面共進(jìn)行了5次爆破設(shè)計(jì),17次爆破試驗(yàn);下半斷面共進(jìn)行了2次爆破設(shè)計(jì),10次爆破試驗(yàn)。從振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知,上半斷面的第5次爆破設(shè)計(jì)及下半斷面的第2次爆破設(shè)計(jì)的爆破參數(shù)滿足振動(dòng)速度小于2cm/s的設(shè)計(jì)要求和爆破安全規(guī)定。所以在下穿鹽津縣城國(guó)稅局大樓時(shí),鹽津1號(hào)隧道采用此爆破參數(shù)進(jìn)行施工得以安全通過(guò)。各次爆破設(shè)計(jì)主要參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1。4干擾減振爆破技術(shù)內(nèi)昆鐵路鹽津1號(hào)隧道在施工中對(duì)干擾減振爆破技術(shù)進(jìn)行了研究和運(yùn)用,取得了理想的科研成果,將爆破振動(dòng)速度完全控制在2.0cm/s的控制標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。(1)采用干擾爆破的方法及綜合減振技術(shù),配合使用高精度非毫秒雷管進(jìn)行爆破,可有效地控制爆破地震的強(qiáng)度,是一種較好確保地面建筑物安全的施工技術(shù)。(2)干擾爆破的最佳干擾延期時(shí)間Δt應(yīng)等于巖石振動(dòng)周期T的二分之一,即Δt=T/2;為了避免爆破振動(dòng)疊加,延期分段起爆時(shí)間必須大于或等于3倍巖石振動(dòng)周期。在本次研究中,采用Δt=2.5T的時(shí)間間隔,可在最大程度減小爆破振動(dòng)疊加的同時(shí)達(dá)到一定