专题四-2 控制爆破技术实例

胶州湾湾口海底隧道青岛端接线工程隧道施工爆破振动对建筑物影响分析阶段研究报告青岛市市政工程设计研究院石家庄铁道学院二ΟΟ七年一月1.工程特点2.隧道爆破振动控制技术现状3.爆破振动控制标准及影响分析4.临近建筑物区段隧道爆破设计及振动分析5.一般区段隧道及洞口明挖段控制爆破设计及振动分析6.隧道施工变形和洞室稳定性分析7.洞口明挖段基坑稳定性分析8.隧道衬砌结构安全性分析9.施工进度估算10.结论和今后工作建议汇报内容(1)断面大，高跨比小：本工程三车道公路隧道断面的净空面积大于100m2，采用矿山法复合式衬砌，开挖跨度15.5~16.5m，高跨比0.667~0.685。喇叭口段最大断面内净空27.383m×13.465m，净空面积288.5m2。1工程特点(2)地面建筑物密集：地面建筑密集，地中人防工事和地下管线众多。四川路地面有建筑房屋区段长1428.9m，占隧道总长的95.8％。云南路地面有建筑房屋区段长1215.8m，占隧道总长的75.54％。(3)隧道埋深浅，主要穿越强~微风化花岗岩地层。四川路隧道Ⅱ级围岩长255.1m,占隧道总长的17.1％，Ⅲ级围岩段长195.1m，占隧道总长的13.07％，：Ⅳ级围岩长923.8m，占隧道总长的61.91％，Ⅴ级围岩长118.2m，占隧道总长的7.9％。云南路隧道Ⅱ级围岩长670.7m,占隧道总长的41.7％，Ⅲ级围岩段长0.0m，占隧道总长的0.0％，：Ⅳ级围岩长467.8m，占隧道总长的29.1％，Ⅴ级围岩长470.7m，占隧道总长的29.2％。控制爆破振动、保护建筑物免受破坏，是土建工程中经常会遇到的问题。2隧道爆破振动控制技术现状针对青岛地下铁道工程硬岩地质爆破震动对环境影响问题，总参工程兵第四设计研究院、上海同济大学和西南交通大学等单位，采用现场实测、理论分析和模拟试验等手段，先后开展了爆破震动等环境影响研究，得到重要第一手资料。福州予山溜冰场工程：花岗岩地层24×16m地下洞室，最小距离7m，6分部循环进尺1.0m，爆破效果在2.0cm/s以下。厦门海底三车道隧道工程：下穿军队营房段，花岗岩地层，20m覆土，上半断面2.0m循环进尺，爆破效果1.6cm/s以下。厦门海底服务隧道工程：45m2洞室，下穿民房段，覆土10m和15m花岗岩，全断面循环进尺2.0m，爆破效果1.0cm/s以下。福州乌山人防通道工程：12×5.4m花岗岩洞室，循环进尺1.0m，爆破效果2.0cm/s以下。3.1建筑物的爆破振动标准建筑物的爆破振动安全允许标准与建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素有关。考虑城市居民对爆破震动的不良感觉和承受力，钢筋混凝土楼房和砖房地面以上爆破振动安全允许标准值[V]统一取2.0cm/s，地面下房屋基础爆破振动安全允许标准值[V]统一取3.0cm/s，人防工事爆破振动安全允许标准值[V]取20.0cm/s。3爆破振动控制标准及影响分析根据本工程所处围岩地质，“青岛地铁第一期工程水清沟-青方纺医院试验段施工地质、变形量测、环境监测总结报告”（总参工程兵第四设计研究院）资料，“青岛地铁区间隧道施工爆破对地面震动的影响专题研究报告”（西南交通大学）资料和《爆破安全规程》（GB6722-2003）建议值。在爆破震动试验前，介质系数α暂取200、震动衰减系数α暂取1.6。3.2爆破震动计算参数对于本工程中硬岩石三线大断面隧道，岩石爆破单位用药量按0.8~1.2kg/m3。0.5~2.0m循环进尺时采用一中空四眼直眼掏槽。3.0~5.0m循环进尺时采用三中空五眼直眼掏槽。掏槽眼单孔装药量0.40~4.0kg。0.5~5.0m循环进尺时辅助眼间距0.5~1.0m，单孔装药量0.15~3.20kg。0.5~5.0m循环进尺时周边眼单孔装药量0.08~1.25kg。3.3不同循环进尺爆破振动最小安全距离对于地面建筑楼房，当开挖循环进尺为0.5m时，无隔震措施，隧道周边距楼房距离应在7.7m以上；对于地面建筑楼房，当开挖循环进尺为1.0m时，无隔震措施，隧道周边距楼房距离应在9.4m以上。3.4降低施工爆破振动的技术措施不论是掏槽眼、辅助眼还是周边眼，其单孔装药量都与隧道开挖的循环进尺有关，循环进尺越大，单孔装药量越多，爆破引起的地面构筑物质点振动速度越大。但循环进尺太小，不但影响施工进度，爆破开挖的成本也随着加大。3.4.1降低循环进尺本次爆破设计当隧道周边距楼房距离10.0m以下，开挖循环进尺为0.5m；当隧道周边距楼房距离11.0~16.0m，开挖循环进尺为1.0m；当隧道周边距楼房距离17.0~20.0m，开挖循环进尺为2.0m；当隧道周边距楼房距离21.0~28.0m，开挖循环进尺为3.0m；当隧道周边距楼房距离28.0m以上，开挖循环进尺为5.0m。掏槽眼是在无临空面条件下最先起爆，为达到掏槽效果，楔形掏槽多需掏槽眼同时起爆。为实现掏槽眼单孔起爆，采用大直径中空直眼掏槽方式。开挖循环进尺为2.0m以下时，采用一个中空眼四个直眼掏槽方式，开挖循环进尺为3.0m以上时，采用2~3个中空眼4~6个直眼掏槽方式。以开挖循环进尺5.0m为例，直眼掏槽方式如图3-1所示。掏槽深度取为5.15m，采用三中空孔形式，装药眼直径为48mm，中空眼直径为80mm。3.4.2实现单孔起爆的掏槽眼形式30603060图3-1中空直眼爆破炮眼布置(cm)在隧道周边或者在其它边界，采用密集钻孔和低密度装药预先爆破形成切割缝，或密集钻孔间隔装药(两个装药孔中间的孔不装药，为空孔，主要起切缝导向的作用)预先爆破形成切割缝的控制爆破技术。3.4.3预裂减震爆破由于导向空孔的存在，切割爆破时可以单孔起爆。根据工程实践，若岩石完整，能形成比较完整的切割缝，可以有效降低爆破振动速度。切割缝导向孔装药孔图3-2切割缝炮孔布置示意图3-3炮孔装药结构和分段起爆示意底层装药上层装药堵塞段堵塞一段毫秒雷管二段毫秒雷管预切槽是在隧道周边用带锯或排钻预锯(钻)出2~10cm的沟槽，隔断隧道洞内爆破振动向周边传播。国外带锯式预切槽机或排钻式切槽机技术都已成熟，目前国内尚无隧道预切槽机具。但在施工中可用凿岩机具(如钻岩台车、风枪)代替预切槽机，即沿隧道周边钻出密集空孔，将隧道周边线预切断30%~60%，利用该道预切断线实现减振目的。25.5mA1.0mφ42空孔间距0.1mA大样隧道开挖轮廓线图3-4钻孔替代预切槽形式除了上面提到的减震与隔震爆破技术外，还可以在地面沿建筑物基础周边施做隔断桩的方法，可以起到截断爆破振动波的传播路径或减小爆破振动波的传播距离，从而降低地面构筑物质点的振动速度。如隧道临近楼房，可采用钻孔灌注桩(图3-5)，按直径800mm，间距1500mm布置。3.4.5隔断桩隔震技术隧道边界楼房边界泡沫隔振层钢筋混凝土图3-5隔震桩布置形式4临近建筑物区段隧道控制爆破设计及振动分析受工程规模和复杂城市环境控制，旋臂式掘进机旋挖非爆破技术难以满足单轴抗压强度大于80.0MPa弱~微风化花岗岩地层。因此，矿山法施工中，控制爆破和爆破隔震技术是本工程的关键技术。4.1四川路K2-550断面隧道控制爆破四川路K2-550断面区段，隧道穿越微风化花岗岩，大断面隧道采用双侧壁导坑法施工。隧道下穿地面27层混凝土建筑楼房和3层砖房，隧道与地面建筑物的关系如图4-1所示。4.1.1断面区段工程概况砼27砖3图4-1K2-550隧道横断面与建筑关系（m）27.63715.0669.3416.95由于隧道开挖周边距地面建筑物最小距离为9.34m，在无隔措施时开挖循环进尺0.5m普通控制爆破也不能满足震动控制要求。故结合该大断面临近楼房防止施工坍塌，爆破前采在隧道开挖线外侧起拱线以上整环布置环向隔振孔，隔振孔直径为128mm，中心间距为333mm，每隔一个隔振孔向孔内放置Φ98钢管，管壁不开花孔，钢管内灌注砂浆或混凝土。4.1.2爆破设计根据周边开孔岩石切断比例和以往隔振爆破实测经验，该隔振效果按爆破振动衰减25％计算爆破参数，图4-2中1区、4区、7区布置掏槽孔，掏槽孔共四孔成正方形布置，孔间距a＝60cm，孔径D＝40mm，孔深L＝1.1m，中间设直径为80mm空孔。周边光爆眼间距a＝30cm，最小抵抗线W＝40cm，孔径D＝40mm。辅助眼孔间距a＝60cm，排间距b＝50cm，孔径D＝40mm，孔深L＝1.1m。底眼孔深L＝1.1m，单孔装药量为0.3kg。该断面爆破设计参数如表4-1所示。图4-2K2-550断面炮眼布置表4-1K2-550里程隧道开挖爆破设计参数开挖顺序Kα允许震动速度cm/s到构筑物最近距离/m最大允许装药量/kg循环进尺/m掏槽孔辅助孔周边孔单孔装药量/kg最多起孔爆数单孔装药量/kg最多起爆孔数单孔装药量/kg最多起爆孔数12001.62.09.341.861.00.2570.151212001.62.010.84掏槽2.911.00.75422001.62.011.63.571.00.25140.152332001.62.015.889.151.00.25360.156142001.62.016.9511.131.00.25440.157442001.62.019.2掏槽16.181.00.75452001.62.016.9511.131.00.25440.157462001.62.019.6517.331.00.25680.1511572001.62.09.952.251.00.2590.151572001.62.016.04掏槽9.431.00.75482001.62.014.727.291.00.252992001.62.018.4414.331.00.25574.2云南路K1-260里程隧道爆破云南路K1-260断面区段，隧道穿越弱风化花岗岩，采用台阶法施工。隧道下穿地面1栋1层砖房和3栋2层砖房，隧道左上方1.85m处有一人防工事。隧道与地面建筑物及人防工事的关系如图4-5所示。4.2.1断面区段工程概况15.5910.3822.1225.0225.2025.3625.2025.4525.871.857.41613.90图4-5K1-260隧道横断面与建筑关系(m)砖2砖2砖2砖隧道开挖周边距地面建筑物最小距离为13.90m，距人防工事最小距离为1.85m。在无隔措施时开挖循环进尺0.5m普通控制爆破能满足震动控制要求。故结合该断面临近人防工事防止施工坍塌，爆破前采在3区隧道开挖线外侧环布置环向隔振孔，隔振孔直径为60mm，中心间距为333mm，每隔一个隔振孔向孔内放置Φ40钢管，管壁不开花孔，钢管内灌注砂浆或混凝土。如图4-6所示，2区和4区的爆破由人防工事计算出的爆破参数控制，其余区由地面建筑物计算出的爆破参数控制。4.2.2爆破设计本段采用台阶法施工，上下台阶循环进尺均为0.5m。1区布置掏槽孔，掏槽孔共四孔成正方形布置，孔间距a＝60cm，孔径D＝40mm，孔深L＝1.1m，中间设直径为80mm空孔。周边光爆眼间距a＝30cm，最小抵抗线W＝40cm，孔径D＝40mm。辅助眼孔间距a＝60cm，排间距b＝50cm，孔径D＝40mm，孔深L＝1.1m。底眼孔深L＝1.1m，单孔装药量为0.3kg。该断面爆破设计参数如表4-3所示。表4-3K1-260里程隧道开挖爆破设计开挖顺序Kα允许震动速度cm/s到构筑物最近距离/m最大允许装药量/kg循环进尺/m掏槽孔辅助孔周边孔单孔装药量/kg最多起孔爆数单孔装药量/kg最多起爆孔数单孔装药量/kg最多起爆孔数12001.62.013.900.480.50.1240.08612001.62.018.27掏槽1.080.50.4222001.620.01.85人防0.080.50.1210.08132001.62.014.350.530.50.1240.08642001.620.01.85人防0.080.50.1210.08152001.62.019.571.330.50.121162001.62.0