隧道下穿隧道减振控制爆破技术研究

隧道下穿隧道减振控制爆破技术研究

1内昆铁路盐津1号隧道减振爆破技术应用在采用该开采方法进行的近地下和隧道工程中，除了考虑隧道开挖对压力分布的影响外，还应考虑使用爆炸设备造成的振动效应对硬岩中的振动效应的影响。本文重点讨论新建单线铁路隧道近距离下穿楼房近接施工的减振爆破技术。内昆铁路盐津1号隧道位于云南省盐津县城,全长1805m。隧道进口方向有近100m地段的最大埋深为27m,最小埋深为3.4m,且地表建筑物林立,其中有一幢7层楼的盐津县国税局办公大楼位于其上,办公大楼部分桩底高出隧道衬砌外拱顶仅4.8m,从而使得此段施工成为该座隧道施工的重点和难点。2施工方案2.1爆破安全距离计算爆破振动的危害,一般用质点振动速度来评估。《爆破安全规程》(GB6722—86)对各类建筑物的质点安全振动速度规定如下。(1)土窑洞、土坯房、毛石房为1cm/s;(2)一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物为2～3cm/s;(3)钢筋混凝土框架房屋为5cm/s。质点振动速度(v)受最大段装药量(Q)、距爆破中心的距离(R)、起爆方法以及爆破点与测点之间地质条件等的影响,长期以来爆破有关对振动强度以及振动速度和安全参数的估算均采用世界著名爆破专家萨道夫斯基的公式进行计算,即式中R———爆破地震安全距离,m;Q———炸药量,取5kg(以往单线铁路隧道光面爆破最大段装药量确定);m———药量指数,取1/2;K、α———与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数,取K=150,α=1.8(根据爆破监测结果回归求得)。根据规范要求,确定大于5cm/s时为强影响范围,2～5cm/s为弱影响范围,小于2cm/s为无影响范围,由式(1)及以上所给参数计算出影响分区如图1所示。2.2隧道衬砌深度方面盐津1号隧道与7层楼的盐津县国税局办公大楼的位置关系如图2所示。通过国税大楼中大楼部分桩基础桩底高于隧道衬砌外拱顶深度仅为4.8m,从图1的影响范围来看,处于强影响范围,在爆破施工中要采取专门对策,进行减振爆破作业。2.3爆破设计步骤为确保安全在未进入国税大楼脚下以前进行爆破设计可行性试验研究。爆破设计分三步进行:第一步,减振光面爆破设计(结合常规控制爆破设计进行);第二步,减振预裂爆破设计;第三步,干扰爆破综合设计。在各步设计中,又根据掏槽形式、起爆方式、爆破参数、分段延期时间等不同而进行试爆,再根据爆破振动监测结果进行参数修改,最终确定符合要求的爆破参数。3爆炸试验和监测结果3.1振动监测点的配置在地表隧道中线上,共布设了13个振动监测点,其中在国税局大楼内有6个测点。3.2本段爆炸设计与试验(1)爆破质量及振动监测结果采用双“V”楔形掏槽、光面爆破,设计钻孔深度1.0m,共布置54个炮孔,分18段孔间延期起爆,起爆采用普通1～15段非电毫秒和3～5段非电半秒雷管延期。掏槽孔每段起爆时间间隔为75～100ms(根据以往经验和测试结果确定),其他炮孔每段间隔时间大于75ms。最大段装药量为1.5kg(主要集中在底板炮孔,单孔装药量为0.5kg)。经过6次爆破试验,振动监测结果为:振速为0.4～5.3cm/s,频率为19.5～87.2Hz,周期为23～51ms。根据监测结果分析,每次较大的振动速度不是由底板炮孔爆破产生的,而是由前几段的掏槽孔所产生的。(2)爆破中心振动试验其他参数不变,将光面爆破改为预裂爆破,设计钻孔深度为1.2m。经过3次爆破试验,测得在距离爆破中心最近(7.1m)处的测点最大振动速度值达3.5cm/s。根据监测结果分析,最大振动速度由前几段受夹制作用较大的周边预裂孔产生,除夹制作用外,单段齐爆药量过大及段间间隔时间过小,造成有些段存在振动叠加。(3)孔内延迟起爆为了控制单段装药量,在其他参数不变的情况下,对起爆顺序作全面调整,起爆方式由单段多孔起爆改为单段单孔分区起爆,仍采用普通非电毫秒雷管,延期方式采用孔内孔间延期。将67个炮孔分为47个段,单孔延期起爆(周边光爆孔因药量较少,3个孔为1段),单孔的最大药量为0.8kg。降低单段药量和增加延期段数后,经过2次爆破试验,振动监测结果表明,在相应地表监测点的振速大大降低,测得最大振速为2.9cm/s。(4)起爆间距的确定为了做好下阶段进入国税局大楼脚下采用高精度毫秒雷管爆破的准备。本次爆破设计采用龟裂直眼掏槽、光面爆破,中心两掏槽空眼采用70mm扩孔钻头钻孔,钻孔深度为1.2m,共58个孔分29个段起爆,主爆区炮孔作单段响,底板和周边光爆孔2～4个为一段。延期方式采取孔内孔间延期,掏槽炮孔起爆延期间隔时间根据试验量测围岩的振动周期T为19～45ms,选定每段起爆间隔时间为90～110ms,其他炮孔起爆间隔时间确定为100ms以上。最大段装药量为1.2kg。经过3次爆破试验,由地表最近距离测点以及大楼基础振动速度监测结果分析知,起爆中各段不发生波叠加的间隔延迟时间Δt要大于或等于3倍岩石的振动周期T,即Δt≥3T。从监测结果可知,爆破产生的地震波是独立的,克服了夹制作用及振动波的叠加,将振速完全控制在1.5cm/s以内,达到了良好的爆破效果。(5)段间间隔延迟时间在第四次爆破设计的基础上,采用高精度非电毫秒延期雷管取代普通雷管。单段最大装药量由原来的1.2kg增加到1.8kg,爆孔布置详见图3。经过3次爆破试验,对地表较近测点进行监测,监测结果:爆破最大振速为0.9cm/s,周期为35.6～46ms,频率22～28Hz。此设计的爆破效果完全满足设计要求和爆破安全规定。从本次设计的实测周期来看,段间间隔延迟时间Δt约等于2.5倍岩石振动周期T,使得前一段的爆破振动得到一定程度的衰减,又能使相差Δt的两波达到最佳干扰效果,从而得出这个时间间隔是本工程的一个比较合理的段间时间间隔。同时,由于高精度非电毫秒雷管的采用,使干扰效果得到较好保证。3.3试验开始时爆炸的设计和试验下半断面共进行了2次爆破设计。(1)最大段延迟起爆量本次设计采用预裂爆破,设计孔深1.5m,用普通非电毫秒雷管分17个段延期起爆,最大段装药量为1.8kg。经过3次爆破试验及振动监测表明,振速偏大,超过规定值,从振动监测结果分析可知,在延期110～150ms(即预裂孔5、6段间)有产生振动波叠加或碰段现象。(2)爆孔及振速测定采用复式“V”形起爆方式,光面爆破,设计孔度为1.5m,共65个炮孔,选用非电毫秒雷管分21个段起爆,最大段起爆药量为2.25kg,爆孔布置详见图4。经过7次爆破试验及振动监测,测得振速为0.78～1.6cm/s。此设计满足设计要求和爆破安全规定。3.4次爆破试验综上所述,上半断面共进行了5次爆破设计,17次爆破试验;下半断面共进行了2次爆破设计,10次爆破试验。从振动监测结果可知,上半断面的第5次爆破设计及下半断面的第2次爆破设计的爆破参数满足振动速度小于2cm/s的设计要求和爆破安全规定。所以在下穿盐津县城国税局大楼时,盐津1号隧道采用此爆破参数进行施工得以安全通过。各次爆破设计主要参数及试验结果详见表1。4干扰减振爆破技术内昆铁路盐津1号隧道在施工中对干扰减振爆破技术进行了研究和运用,取得了理想的科研成果,将爆破振动速度完全控制在2.0cm/s的控制标准以内。(1)采用干扰爆破的方法及综合减振技术,配合使用高精度非毫秒雷管进行爆破,可有效地控制爆破地震的强度,是一种较好确保地面建筑物安全的施工技术。(2)干扰爆破的最佳干扰延期时间Δt应等于岩石振动周期T的二分之一,即Δt=T/2;为了避免爆破振动叠加,延期分段起爆时间必须大于或等于3倍岩石振动周期。在本次研究中,采用Δt=2.5T的时间间隔,可在最大程度减小爆破振动叠加的同时达到一定