隧道施工方法及爆破振动对建筑物影响

临近建筑物隧道施工减振、隔振控制爆破实例专题讲座1.应用工程概况2.隧道爆破振动控制技术现状3.隧道断面形式及支护参数4.隧道施工方法5.减振和隔振控制爆破技术措施讲座内容青～黄海底隧道接线工程，是青～黄海底隧道的陆上段的隧道工程，位于青岛市区内，长1200m。采用上、下行三车道分离式隧道，限界尺寸为13.25m×5m。1.应用工程概况总体方案团岛薛家岛海底隧道设置于团岛～薛家岛之间，全长6.17km。全长6.17km1.1地理位置位置与周边环境青～黄海底隧道接线工程由云南路主隧道和四川路主隧道，台西三路匝道和团岛二路匝道隧道组成，隧道主要位于青岛市云南路和四川路路面下。东平路广州路设计车速：隧道80km/h，高架60km/h，地面道路40km/h，匝道30－40km/h荷载标准：隧道及高架桥城－A级，路面结构计算荷载BZZ-100型标准车净空高度：主线及匝道限界高度不小于5m；地面道路净空不小于5m；相交道路净空主干道不小于5m，次干道、城市支路不小于4.5m。车道宽度的确定：2×3.5+3.75＝10.75m地面辅路：每车道宽3.5m；交叉口每车道3.25m；匝道：单车道匝道净宽7m、总宽8m。1.2线路和隧道设计标准1.3隧道纵断面云南路及四川路隧道纵断面如后图所示。云南路隧道埋深4.1~31.5m，四川路隧道埋深9.0~18.7m，台西三路匝道埋深9.3~11.8m，团岛二路匝道埋深6.5~9.9m。四川路地质纵剖面云南路地质纵剖面勘察地质揭示沿线地层从上至下共3个标准地层、6个亚层。(1)第四系全新统人工填土层(Q4ml)(2)第四系上更新统洪冲积层(Q3al+pl)(3)基岩（以燕山晚期花岗岩为主）：按风化程度为强风化、弱风化和微风化。1.4.1工程地质1.4.2构造地质构造类型主要有充填型构造、节理发育带，未揭示断裂构造迹象。1.4工程地质水文地质条件沿线地下水类型为基岩裂隙水，包括风化裂隙水和构造裂隙水，从平面分布看，水量不大，但构造带处局部富集，且具有承压性；受赋水构造发育程度的影响，分布不均匀。1.4.3地下水沿线地下水稳定水位埋深7.90～10.20m，稳定水位高程-4.74～2.32m。地下水对混凝土结构无腐蚀性，在干湿交替状态下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱～中等腐蚀性。勘察揭露的岩土层的主要物理力学指标汇总如下表。1.4.4主要地层围岩物理、力学指标表4-1隧道周边地层分布岩土分层地层名称天然容重γ/kN·m-3弹性模量E/MPa粘聚力C/kPa内摩擦角φ/°泊松比μ1杂填土18.016.919140.332粉质粘土19.818.02523.50.33粗砾砂20.864.00330.234花岗岩24.08000900420.285亚粘土17.020.030150.456强风化花岗岩21.03500400330.327弱风化花岗岩23.05140700390.3注：计算弹性模量按勘探变形模量的2.5倍取值。1.4沿线地面建筑物情况在云南路和四川路穿越了多层及高层建筑物达40余处。隧道周边建筑物的结构类型以及其与隧道的空间关系如表1-2所示。表1-2隧道周围建筑物的结构类型以及其余隧道的空间关系与隧道关系线路结构类型里程地面标高垂直距离/m水平距离/m2层砖房K-1-30027.7022.502层砖房K-1-35028.2624.102层砖房K-1-38028.9525.360砖平房K-1-45029.1026.9502层砖房K-1-50028.9528.3008层混凝土楼房K-1-90023.8530.8708层混凝土楼房K-1-95020.6828.7207层混凝土楼房K-2-00017.9927.0507层混凝土楼房K-2-03015.1025.0008层混凝土楼房K-2-04015.1025.1007层混凝土楼房K-2-05015.1025.1008层混凝土楼房K-2-08013.3824.070砖平房K-2-09012.4021.8007层混凝土楼房K-2-11010.720.0407层混凝土楼房K-2-1509.7618.7702层砖房K-2-2206.9714.7407层混凝土楼房K-2-270～3606.059.000砖平房K-2-360～4006.059.0003层砖房(智荣中学)K-2-467.3136.638.760砖平房K-2-460～5006.7010.00027层混凝土楼房K-2-5287.767.001.2砖平房K-2-7506.4416.402.5云南路砖平房K-2-930～9505.8121.770表1-2隧道周围建筑物的结构类型以及其余隧道的空间关系与隧道关系线路结构类型里程地面标高垂直距离/m水平距离/m9层混凝土楼房K-1-6005.4610.3642层砖房K-1-61010.9116.102.5砖平房K-1-7006.0512.33.78层混凝土楼房K-2-2005.6214.941.68层混凝土楼房K-2-2405.6814.31.18层混凝土楼房K-2-2805.5913.510.5砖平房30K-2-3305.712.70砖平房55K-2-3505.712.407层混凝土楼房K-2-3906.5412.4902层砖房K-2-4206.2812.2306层混凝土楼房K-2-4406.2810.207层混凝土楼房K-2-4806.7410.40砖平房2座K-2-480～55028.9525.3604层混凝土楼房K-2-629.119.5610.107层混凝土楼房K-2-7009.779.70砖平房7座K-2-700～81529.1026.9502层砖房K-2-8509.4812.280四川路砖平房K-2-9005.9711.80台西三路匝道5层混凝土楼房K-0-20012.4810.400续上表控制爆破振动、保护建筑物免受破坏，是土建工程中经常会遇到的问题。在隧道掘进过程中，爆破振动会对地面建筑物及邻近地下构筑物产生影响。2.隧道爆破振动控制技术现状隧道爆破振动影响的研究，国内外有关学者主要是结合爆破振动现场测试和实验室试验，利用概率统计的方法对爆破地震波的传播规律及其对建筑物的影响进行了较为全面的研究，取得了一些区域性特定岩土介质的爆破地震衰减规律的经验公式和一些较为有效的隔震和减震措施；同时探讨分析了爆破地震波传播的影响因素，对地震波与结构之间的相互作用机理也进行了一定程度的研究。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。根据本工程的使用要求，按一级公路，设计速度80km/h，确定隧道限界尺寸如图3-2所示。限界高度5.0m，限界宽度13.25m。3.隧道断面形式及支护参数3.1建筑限界、隧道净空及断面形式400025005000750500350037503500500750检修道左侧宽度慢车道快车道慢车道右侧宽度检修道1.5%图3-2青黄海底隧道接线工程建筑限界(mm)采用三心圆马蹄形断面，隧道净空尺寸分为设仰拱和不设仰拱两种。40002500927550002225750500350037503500500750检修道左侧宽度慢车道快车道慢车道右侧宽度检修道图3-3青黄海底隧道接线工程隧道净空(设仰拱)(mm)750500350037503500500750建筑限界250250040005000检修道左侧宽度慢车道快车道慢车道右侧宽度检修道图3-4青黄海底隧道接线工程隧道净空(不设仰拱)(mm)本工程主要穿越强风化～微风化岩石地层，Ⅱ～Ⅲ级围岩，洞口浅埋段为IV～V级。不同围岩级别复合式衬砌的设计参数如下表。其中III级围岩复合式衬砌断面见后图。3.2支护参数表3-2复合式衬砌设计参数初期支护二次衬砌喷砼厚度/cm锚杆围岩级别拱、墙仰拱位置长度间距钢筋网钢架拱、墙仰拱预留变形量/mmII10－局部2.5－局部@25×2540－30III15－拱、墙3.01.0拱、墙@25×25拱、墙1.5m/榀454565IV20－拱、墙3.01.0拱、墙@20×20拱、墙仰拱1.0m/榀5050100V30－拱、墙3.50.75拱、墙@20×20拱、墙、仰拱0.75m/榀6060125Ⅲ喇叭口扩大断面30－拱、墙4.00.75拱、墙@20×20拱、墙仰拱0.75m/榀8080125图3-6Ⅲ级围岩复合式衬砌断面图42°42'C30钢筋混凝土二次衬砌45cm喷C20混凝土15cmφ8mm钢筋网，25×25cmφ25mm中空注浆锚杆，L＝3.0m，间距1.0mEVA防水板（加无纺布）钢架，纵向间距1.5m隧道中心线R7765R7765R3724R1726R3724R1726120°0'53°36'45°3'45°3'53°36'150450927545015010475R16369o2o3o2o3o1采用喇叭口交叉方式(如图3-7)，在云南路喇叭口虽然形成了27.383m×13.465m的最大断面。衬砌断面如图3-8所示。3.3匝道交叉段断面形式3.3.1喇叭口形R193950R193450R204250R204750144351230109522661710300三车道标准断面段喇叭口断面扩大段三车道标准断面段匝道标准断面段22云南路喇叭口段平面图6765444图3-7交叉段喇叭口段平面及横断面图图3-8喇叭口段最大断面Ⅲ级围岩衬砌结构图300800129658003001516529075C30钢筋混凝土二次衬砌80cm喷C20混凝土30cmφ8mm钢筋网，25×25cmφ25mm中空注浆锚杆，L＝4.0m，间距1.0mEVA防水板（加无纺布）钢架，纵向间距1.0mo3'o2'o3o2o1隧道中线30,67°R4083146,57°75,32°46,57°75,32°R3168R3868R3168R3868R17003R17003根据青黄海底接线工程所处地质、环境条件和工程规模，宜采用钻爆法修建。钻爆法施工对地层适应性强，技术成熟，经验丰富，设备投入小，隧道造价低。这是一种符合青黄海底接线工程具体条件、符合我国国情。4.隧道施工方法4.1钻爆法施工方法选择根据本工程地质条件、断面形状特点等拟采用的方法为：Ⅱ级围岩：采用全断面法；Ⅲ级围岩：采用台阶法；IV级围岩：采用中隔壁法；V级围岩：采用交叉中隔壁法4.2施工方法4.2.1正洞隧道施工方法4.2.2匝道隧道施工方法匝道为二车道隧道，断面相对较小，可根据围岩情况选用全断面法及台阶法。无楼房喇叭口扩大断面开挖段施工：III级围岩采用CD法(图5-1)，IV级围岩采用双侧壁导坑法(图5-2)。4.2.3喇叭口段施工方法1342图5-1扩大断面CD法开挖顺序图5-2扩大断面双侧壁导坑法开挖顺序134212邻楼房喇叭口扩大断面开挖段施工采用环形导坑法(图5-3)，为减小爆破振动对建筑物影响，首先采用微差爆破先后开挖隧道两侧的下部1、2导坑和环形周边导坑。即1、2导坑开挖完成后，以1、2导坑为临空面，沿着隧道的轮廓开挖3弧形导坑。待1、2、3导坑开挖支护后，再开挖隧道中间的部分2314图5-3扩大断面双侧下导坑法开挖顺序4区域。隧道中心部分围岩爆破时对地面构筑物影响减小，可以增大爆破装药量，提高隧道的爆破效果。根据围岩条件不同，施工辅助措施可分别超前锚杆、掌子面深孔注浆及管棚超前支护。如表5-2所示。4.3施工辅助措施表5-2隧道施工方法及施工辅助措施围岩级别施工方法施工辅助措施Ⅱ全断面法Ⅲ台阶法IVCD法超前锚杆VCRD法超前锚杆考虑本隧道具体情况，可安排四个或两个工作面。四个工作面包括云南路主隧道和四川路主隧道进口工作面，以及两个匝道进口工作面。4.4施工安排一般公路隧道钻爆法施工，在硬岩地层开挖进尺可达100m/月以上。考虑到本隧道断面大、地面建筑物众多，爆破振动控制要求严等，可按单口平均成洞70m/月左右考虑。考虑到施工准备及竣工验收等，