建二线隧道施工控制爆破技术

摘要：在改建铁路增建西康二线新两河关隧道施工中，针对新建隧道与既有隧道近距离上跨的施工条件，采取了严密的控制爆破施工技术，并及时实施初期支护。通过主要爆破参数、施工技术措施及施工效果的评价，对既有线改造及新建二线工程中毗邻既有隧道的新建隧道施工有一定的借鉴意义。
关键词：隧道； 控制； 爆破

一、工程概况

改建铁路增建西康二线新两河关隧道位于陕西省安康市旬阳县赵湾镇与桐木镇交界处，起讫里程DK190+780～DK193+820，新建隧道在DK192+513处上跨既有隧道，影响范围80米（里程DK192+475～DK192+555），两隧道轨面高差15.66米，交点处岩层最薄为6.5米，交角29°。设计围岩为Ⅳ级，围岩为灰岩夹千枚岩，岩体较致密坚硬。为防止隧道开挖爆破影响营业线结构安全，设计要求对既有两河关隧道K192+230～K192+325段设置I16型临时钢拱架加固，同时要求开挖爆速小于10cm/s。

二、爆破方案及减震控制措施

1、开挖方法的确定

鉴于新旧隧道净距较近，从震动安全角度考虑，爆破规模较大的全断面开挖或上阶法开挖显然不能有效控制爆破震动。所以结合隧道实际情况，我们采用上中下三台阶七步开挖法，各台阶长度4m。如图一所示：

2、爆破参数的选取

（1）设计原则：合理开挖断面、短进尺、光面爆破，毫秒分段延迟起爆，最大可能降低震速。
（2）震速目标：小于10cm/s
（3）装药量-震速计算方法：
图一分步开挖示意图
依据爆破安全规程（GB6722-2003）中的经验公式，根据控制最大爆速（安全速度）要求，控制每次最大一段爆破装药量计算如下：
由经验公式 Qmax=R3×（Vkp/K）3/a
式中： Qmax为最大一段爆破药量kg；
R为爆破安全距离m，上台阶开挖取值13米，中台阶取值9米；
Vkp为安全速度cm/s，取V=10cm/s；
K为地质影响系数；
a为衰减系数；
K,a取值表
（4）试爆效果
为达到震速控制目标，我们进行了3次试爆，根据试爆取得有效测速值及开挖进尺记录3次，顺序记录主要数据如下表：
（5）效果分析
第

1、2次试爆，开挖台阶高度3米，实测爆速较大，同时与预报震速偏差过大，主要原因：

（1）、K,a取值不准，试爆设计时按设计围岩按Ⅳ级围岩（中硬岩）取值， 2次试爆后现场取石块进行试验，强度达到80.5MPa，大于硬岩最低标准值60 M

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Pa，因此K,a取值应按坚硬岩标准取值，造成偏差较大。
（2）最大单段装药量过大，主要是掏槽孔，起爆段数单一。
（3）开挖断面小，掏槽炮孔较深且1段掏槽体积大，造成围岩夹制力大，不利于掏槽开挖，增大了爆破震动影响修正系数
（4）根据有关研究表明，应按V=K1K(Q1/3/R) a进行修正，其中K1为在爆破施工实践中的爆破震动衰减修正系数(

1.2～8)。

按以上原因重新计算第1、2次试爆，计算爆速达到9.06、7.32cm/s，根据第1、2次爆破效果分析及经验，第3次试爆相应采取降震措施，以达到试爆成功的效果。
（6）采取降震措施
1、改进掏槽方式，调整掏槽开挖分段，减小掏槽开挖最大一段装药量，由原来1个段位起爆分为3个段位起爆。同时减小掏槽炮孔深度，由原来

2.5米调整到2米。

2、增大开挖面积，即增大临空面，掏槽孔下移，减小围岩掏槽夹制力，降低爆破震动衰减修正系数影响。
3、同时布置减震干扰孔辅助措施，在掏槽孔下部设3排炮孔，一方面作为开挖炮孔，另方面作为减震干扰孔，起到减震作用。可以使应力波得到转换及降低能量，改变其传播频率，降低地震效应，可有效降低震速10～30%。
通过采取以上降震措施，第3次试爆，按Ⅲ级围岩进行K,a取值计算，并按Ⅲ级围岩标准进行试爆设计，力求预报爆速偏差较小，预报爆速

4.2cm/s，实测爆速为4cm/s，达到预期目标。

（7）第3次试爆设计图及主要数据
炮孔布置图

三、爆破震动监测

1、测试仪器与测点布置

测试系统由CD一1传感器、DsvM测振仪及笔记本电脑组成。以往的测试经验表明，开挖新隧道时爆破产生的最大振动速度的位置在离开挖区最近的旧隧道的衬砌上，其高度与开挖区中心的高度相同。所以3个测点布置在旧隧道与开挖区相对应的位置上，里程分别为掌子面里程、掌子面前lm和后lm的里程，测点呈线状布置。
2、测试
分别对DK192+554、DK192+553处进行了两次振动监测，测得的最大振速为9.77cm／s。根据测试数据进行回归分析，求得能较好反映该隧道实际地形地质情况和爆破规模的K、a值。
里程为DK192+552以后，两线平距只有15.8m。为确保既有隧道的安全，每一次爆破开挖都进行监测，从测得的结果来看，最大的振动速度为

4.2cm／s，远小于10cm／s的安全振速。

四、结 束 语

1、在新隧道开挖过程中，对于不同的开挖里程，由于爆心距不同，采用了不同的最大段位药量，控制了爆破振动速度，取得了良好的爆破效果。保证了开挖进度，并节约了开挖费用。
2、爆破震动的监测在开挖过程中是很重要的。首先可以通过测量实验炮，并通过回归分析求得系数 K、a值。用于指导爆破设计。在开挖过程中，尤其是在新旧隧道距离很近时应经常进行监测。当爆破震动超出安全范围时可以及时更改设计，确保既有隧道的安全。
3、紧邻既有隧道开挖新隧道，为确保既有隧道的安全，除了严格控制分段起爆药量外，还应分区开挖，要先爆破远离旧隧道的区域，为后来的爆破形成新的临空面。
4、在靠近既有隧道侧的各个周边孔之间设置空孔(与装药孔的间距为40cm)作为减震孔，可以起到明显的减震作用。
参考文献：
【1】中华人民共和国交通部.GB6722-2003 爆破安全规程［S］.北京：人民交通出版社，2003.
【2】铁道部.铁路隧道设计规范（TB10003-2005）［S］. 北京：中国铁道出版社，2005.
【3】齐景岳等.隧道爆破现代技术［M］.北京：中国铁道出版社，1995.