微震爆破减震技术论文

1微震爆破减震技术在红山南路隧道工程施工中应用中国建筑第八工程局有限公司吴爱兵15062242718【摘要】以南京火车站北广场红山南路隧道在K1+926.44—K1+955.05段上穿地铁1号线，且垂直间距仅4.14米，爆破开挖过程中为确保隧道开挖安全及地铁运营安全。将爆破振动速度控制在2.0cm/s之内，本文主要介绍隧道在开挖过程中采取的爆破减振措施的应用情况和取得的效果。【关键词】市政隧道、上跨地铁、爆破、减振；1、工程概况及地质条件随着我国经济迅猛发展，城市将更多的向地下空间发展，地下铁路、地下公路隧道的建设日益增加，地下工程建设相互影响也越来越严重。本工程包含了城市浅埋隧道群的施工，分为管廊隧道、机动车隧道（双联拱）、非机动车隧道。管廊隧道、机动车隧道上跨运营中的地铁线路，距地铁线路最小净距只有4.14m,隧道施工将对地铁线路造成多次扰动，工程施工环境复杂、施工风险极大。该段隧道属丘陵地貌单元，整个场地地势高低起伏，变化较大，总体是中部高，两侧和南部低，中部地面高程一般28.3~34.89，场地东、南和西部地面高程一般15.37～17.03m。由地表向下地层依次为杂填土、粉质粘土、粉土、残积土、强风化闪长岩、中风化闪长岩、强风化角砾状灰岩、中风化角砾状灰岩。该隧道处在强风化闪长岩、中风化闪长岩、中风化角砾状灰岩中，隧道岩性较硬，开挖困难。结合隧道实际情况，开挖选用爆破开挖，为保证施工安全，采取了爆破减振技术确保隧道及地铁安全。隧道与地铁1号线之间的位置关系如下：管廊及机动车隧道在K1+926.44-K1+955.05段范围与地铁1号线中心线相交；各隧道与地铁1号线的平面关系见图1-1所示各隧道与地铁1号线之间的剖面关系见图1-2所示2图1-1红山南路隧道与地铁1号线平面关系图图1-2隧道与地铁1号线之间剖面关系示意图2、采用微震爆破暗挖施工的特点和优势分析2.1特点（1）隧道采用的爆破方法与传统钻爆开挖的施工方法有所不同，它利用爆破减振孔技术，可有效保证已完工（既有）隧道的稳定，确保安全。（2）隧道施工中利用隧道底部超前小导管注浆支护+底部减振孔设置，结合电子延期微震爆破施工方法，分区开挖，有效解决了底部围岩应力改变爆破振动对既有结构扰动的问题。（3）采取爆破减振措施，调整开挖方法，降低了隧道群之间爆破振动过大造成的质量隐患，有效降低施工成本，加快工程进度。2.2优势分析（1）采用纯爆破开挖，对运营中地铁线路安全得不到保证，如造成地铁线路结构受损，影响不可估计。采用爆破减振措施，结合了爆破+机械开挖的综合方式，比纯机械开挖效率提高1/3，成本降低了20%。（2）隧道群由于埋深浅、主洞断面大、且上跨运营中地铁线路，采用明挖法施工土方卸载安全风险较大，土方开挖约11.2万m，采用暗挖法施工，土方开挖约4.5万m³，明挖土方量是暗挖土方量的2.5倍，且深基坑支护工程量大、增加的道路工程造价比暗挖法高约1倍。（3）采用暗挖隧道形式，保护现有山体及绿化不受土方施工破坏，节省了土方施工机械投入，防止土方开挖破坏周边环境，创造绿色施工，环保施工有着重要意义。3、爆破开挖施工要求3.1开挖施工隧道在K1+926.44—K1+955.05段上方穿过地铁1号线，且垂直间距仅4.14m11.04823.00018.91612.425红山南路隧道K1+926.44-K1+955.05断面各隧道相互位置关系图5.6005.600机动车隧道断面图非机动车隧道断面图5.1782.2146.8104.7004.7002.500管廊隧道断面图0.810地铁1号线隧道4,144,673（见图1-2所示）。实际施工中地铁位置的监测爆破振动速度要求在2.0cm/s之内，为确保隧道过地铁段的施工安全，具体开挖施工要求如下：（1）合理安排隧道施工顺序。先施工一条隧道的初支及二衬，待二衬穿过地铁后，再进行相邻隧道的仰拱开挖、初支，相邻隧道之间开挖掌子面距离不少于2倍洞径，二衬距离掌子面不少于2倍洞径。（2）严格按设计要求在开挖前先施工注浆小导管，超前小导管施工至拱腰位置，待小导管注浆强度达到设计要求后，先开挖洞身施工，后施工隧道侧仰拱。（3）隧道开挖均应采用短台阶开挖，严格控制进尺并应及时封闭成环。隧道下台阶尽量采用机械开挖，并减少循环进尺，每循环进尺0.5m，局部需要爆破的采用微震爆破，尽量减少对仰拱围岩的扰动,。具体按照以下要求选择开挖方式：①若遇隧道掌子面岩体较破碎，则上台阶采用机械掏槽开挖，对于机械施工较困难的周边采用小药量的光面爆破进行开挖。下台阶则采用机械开挖方式。②若遇掌子面岩体完整性较好，强度高，机械无法进行开挖时，则采取微震爆破。（4）及时仰拱封闭及衬砌：隧道开挖应遵循“快进洞、早探明、短解除、弱爆破、早成环、紧二衬”及早稳定隧道，具体操作要求如下。①设置下台阶减振孔沿隧道下台阶开挖底部继续钻凿减振孔，钻孔直径一般为100mm，孔中心间距40cm，每次施工长度10m左右,减振孔长度不小于开挖进尺的6倍，即3m，若长度不足3m则继续钻凿。②设置上台阶减振孔隔离上、下台阶岩体。沿上台阶开挖底部增设3排爆破空孔，孔径100mm，孔深每次5m左右，呈三角配置，孔中心间距为40cm，排中心间距40cm，在三角区钻凿40mm装药孔，孔深1m，该100mm空孔长度搭接长度不小于2倍的开挖进尺，即1m。③减振带形成，进行第一次爆破短进尺：按50厘米的循环进尺考虑；小药量：每孔装药150至200克，即一卷药；多段雷管引爆，减少最大段药量：2-13段共12个段别；分次爆破，减少每次爆破总药量；采用不偶合装药：即采用小直径药卷，增大不偶合系数，降低爆破对岩壁的初始应力。利用上台阶底部3排爆破减振空孔，采用小药量逐孔分段爆破，将空孔爆破连通，形成隔离带，以减少上台阶爆破的振动对地铁的影响。④分层剥离，进行第二次、第三次爆破减震带形成后，以减震带为基础，上台阶以减振带为临空面，间、排距40厘米进行布孔，采用小药量逐孔分段分二次爆破上台阶岩体形成龟裂裂纹，以便机械凿除。由于减振孔设置及减震带已经形成，爆破地震波传递介质已经消除，在分层剥离爆破作业的施工速度可适当加快。（注：龟裂也称网裂，裂缝与裂缝连接成龟甲纹状的不规则裂缝，且其短边长度不大于40cm者）⑤光面爆破，进行第四次爆破分层剥离后，隧道设计轮廓线范围内周边采用设置减速震孔的微震光面爆破：周边孔装药间距40cm，在两装药孔间增设一空孔，以增强光爆效果并减小4爆破震动。爆破后采用机械配合人工进行周边清理至设计位置。图3-1隧道群断面示意图及爆破开挖程序图图3-2工艺流程图3.2爆破实施为了有效控制隧道开挖时的超欠挖和达到预期循环进尺，分部开挖、台阶开挖以及全断面开挖需有完事详细的钻爆设计。采用工程类比法和理论相结合的形(实时调整爆破参数)爆破振动监测监控量测施工准备超前小导管施工洞身开挖初支二衬测量设置下台阶减振孔设置上台阶减振孔减震带形成（第一次爆破）第二次爆破，分层剥离第三次爆破，分层剥离第四次爆破，光面爆破第一次爆破部位第二次爆破部位第四次爆破部位100机械开挖部位18181815254040152540234567891010987654323456789101111109876543234567891098765432345678910109876543234567898765432456789987654567891098765101112121110上台阶高度第三次爆破部位φ100mm空孔1排共17孔每次钻孔深度10米左右210φ100mm减震空孔，间距400mm234567891011121312111098765432345678910404040爆破孔φ42mm间距400mmφ100mm空孔3排共56孔每次钻孔深度10米左右爆孔φ42mm40减震孔爆破孔5式，为了减轻对围岩的扰动以达到理想的爆破效果，根据现场监测的数据和围岩实际情况，及时修改爆破参数，优化爆破施工组织实施计划。考虑到隧道施工距地铁较近，同时为确保地铁结构及运营的安全，经专家论证结果，锁定对地铁顶的爆破震动值按不超过2.0cm/s控制。①爆破器材的选择用Φ32㎜2#岩石乳化炸药。在施工进根据情况，将其现场加工成直径Φ22㎜的细药卷，隧道爆破采用塑料导爆管和毫秒雷管起爆系统。②掏槽选用直眼掏槽通过预先钻凿的减振孔作临空面，采用直眼进行掏槽。③典型断面光面爆破参数设计（1）炮眼深度L周边孔=0.5m，L下部孔=10mL掏=1.0m，L辅=0.5m，L周,=0.5m，（2）辅助眼间距a=40㎝（3）周边眼间距E=40㎝（4）抵抗线W=1×E=40㎝（5）周边眼装药集中度q（V级围岩取0.2㎏/m）q=0.2kg/m（6）堵塞长度的计算L0=0.5×40=20㎝堵塞材料采用黄泥堵塞,避免发生冲炮。掘进眼可取23～28㎝。（7）装药结构装药结构分为偶合装药和不偶合装药，在施工过程中，采用不偶合装药结构形式，其优点是可以降低大块率，降低炸药消耗量。周边眼均采用间隔装药形式，较为完整的软弱岩层采用集中装药形式。不偶合系数：n=D/d=42/22=2式中：D-炮眼直径，㎜；d-炸药直径，㎜（8）单孔装药量掏槽眼：Q掏=0.15kg辅助眼：Q辅=0.2kg周边眼：Q周=0.2kg3.3爆破震动安全用药量计算和爆破振速控制要求为确保隧道上方和周边建筑物的安全，隧道爆破施工时，采用短进尺，弱装药爆破开挖，将爆破产生的各种危险因素加以控制，把用药量和爆破振速控制在国家规定的要求。爆破震动安全用药量计算，按照下列公式进行。Q=（R/(K/V）1/α)m式中：Q—最大一段装药量：kg；6R—隧道最浅埋深，m；V—爆破地震安全速度：㎝/s，根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定，由于隧道上方有砖房、非抗震的大型砌块建筑物，所以V取2㎝/s。K、α—与地形、地质条件有关的系数和衰减系数，查《爆破安全规程》（GB6722-2003），表5，K取300，a=1.9；m—药量系数：查《爆破安全规程》（GB6722-2003），m取1/3。本工程循环开挖分四次爆破，现将第一次爆破孔位布置及隔离爆破参数介绍如下，分别见图：3-3及表3-1所示。图3-3隧道隔离区(第一次)爆破孔位示意图4、施工监测控制要求4.1爆破震动现场监测值的确定通过监测，掌握爆破对邻近结构物的影响程度，用以修正钻爆设计。我国《爆破安全规程》中衡量爆破地震效应强弱的物理量是爆破质点震动速度，因此，采第一次爆破部位100机械开挖部位10m左右φ100mm空孔3排共56孔每次钻孔深度10米左右191818152540401540234567891010987654323456789101111109876543上台阶高度φ100mm空孔1排共17孔每次钻孔深度10米左右φ100mm空孔1排共17孔每次钻孔深度10米左右100段别名称眼深(m)眼距(cm)单孔药量(kg)数量装药量(kg)备注20.2401掏槽眼2#3#0.2隔离爆破参数表4#5#6#7#8#9#掏槽眼掏槽眼掏槽眼掏槽眼掏槽眼掏槽眼掏槽眼4444444合计367.2404040404040400.40.80.80.80.80.80.80.811111110.20.20.20.20.20.210#掏槽眼4400.810.211#掏槽眼2400.410.2表3-17用爆破质点震动速度作为观测物理量。根据国内外实测经验，爆破近区垂直向震动大于水平向震动；爆破远区水平向震动大于垂直向震动。因此，测试布点方法为，近区以垂直向为主，试爆阶段按测线布置点，一般布3～5点。正常施工阶段只对重点建筑进行跟踪监测，按监测对象选择最大危险点布置测点，不仅测垂直向，也根据不同建筑物测水平向震动。为了避免地铁运行过程中产生振动的误触发，仪器触发值设在0.5cm/s。4.2隧道监测内容监控量测项目可分为必测项目和选测项目，必测项目为开挖施工必须进行的量测，其中包括：地质及支护状况观察、水平收敛、拱顶下沉、地表下沉量测、地面建筑爆破振动监测、