扩建隧道爆破施工对附近房屋及相邻隧道的影响

分析摘要：以重庆机场路渝州隧道扩建开挖为例，隧道爆破开挖时，对临近隧道以及临近房屋进行检测，本文分析采集到的检测数据，论证隧道扩挖爆破所采用爆破方案的可行性，为以后类似的工程提供经验。 

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    0 引言

随着我国交通的飞速发展，大量城市的原有隧道无法满足日益增长的交通需求，对原有隧道的扩建越来越多的应用于工程中。从经济角度考虑，施工一般采用钻爆法以节约成本。由于受地形和环境等因素的影响，扩建隧道与既有隧道的净间距较小，施工过程中可能引起对既有隧道围岩、衬砌的影响以及周边建筑的影响。研究爆破振动对相邻既有隧道及建筑的影响，以减少或避免爆破施工对隧道围岩稳定及周边建筑安全的损害，具有重要的工程意义。目前，许多学者采用数值分析、现场爆破地震测试等方法对临近隧道在爆破振动作用下的动态响应以及衰减规律进行了大量有意义的研究。

1 工程背景

    渝州隧道是重庆市机场路拓宽改造工程的一部分。隧道现状为双洞，平面成喇叭型布置，进口段两隧道结构间岩石净距约7.8m，出口段为15m。隧道净宽10m，净高6.7m，圆拱直墙式素砼衬砌，拱厚75cm，边墙厚110cm。隧道左洞起止里程桩号：ZK0+350~ZK0+700.5，左洞全长350.5m；隧道右洞起止里程桩号：YK0+346.5~YK0+618，右洞全长271.5m。隧道进口方向左侧约50m直线距离有6层砖混居民楼两栋。

    新建隧道利用现状隧道进行改扩建，保持现状隧道平面走向及隧道间中央岩柱厚度不变分别向两侧扩挖，形成两个单洞4车道隧道。改造后：隧道净跨17.081m，净高8.482m。隧道衬砌结构按新奥法原理设计，采用复合式衬砌结构。横断面见图1。

图1 渝州隧道横断面图

    2 爆破设计方案

1、洞内土石方爆破参数
    1）由于所处区域地质条件相对较好，施工中为尽量降低安全隐患，在隧道掘进的方法上考虑采用短进尺，弱爆破，强支护，勤监测的施工方法，以控制最大段药量来降低爆破震动，确保施工安全。

2）爆破用药量计算按如下公式进行计算：

单孔炮眼装药量：

式中：——炮眼的装药量（）

       ——眼深（）

      ——炮眼装药系数，查表取得，掏槽0.60，辅助0.5，周边0.55

 ——每米长度炸药量（），查表取0.78

隧道掘进Ⅳ级围岩较完整，按每循环1.5（2.0 ）考虑，经计算，辅助眼单孔装药量控制在0.78以内，取0.6（0.75），详见围岩爆破装药参数表1。实际药量通过爆破试验确定，现场可根据实际爆破效果及岩层情况进行适当调整。

表1 围岩爆破装药参数表 

光爆眼:隧道周边全部采用光面爆破，由于光面爆破的设计参数，目前还缺乏一定的理论计算公式，因此根据工程经验光爆眼的装药量按装药集中度0.12-0.18设计，本工程取0.12。为保证光爆质量，光爆眼设置按空眼与装药眼间隔布置。

3) 爆破器材的选取：

采用2#硝胺乳化炸药，非电雷管导爆管起爆。

4）计算理论炮眼数量：

根据经验公式：

其中：——炸药单耗量

——开挖面积

——炮眼装药系数，取

——每米长度炸药量（），查表取0.78

隧道Ⅳ级围岩采用分部开挖，上部（见图2）34，下部（见图3）65，取，根据公式计算求得：上部炮眼数为：个，加上周边光爆眼35个，共计86个；下部炮眼数为：个，加上周边光爆眼25个，底板眼10个，共计98个。

图2 隧道爆破开挖顺序一及周边炮眼示意图

图3 隧道爆破开挖顺序二及周边炮眼示意图

5）炮眼布置设计

由于隧道开挖有两个临空面，因此上、下部开挖作业均不设掏槽眼，直接采用拍炮形式，其类似于露天台阶爆破，因此可根据经验公式及露天爆破经验，确定掘进眼间距取，二周眼间距，眼孔孔深，除周边眼外所有眼孔采用垂直眼，周边眼外斜5度。

2、起爆方法与起爆网路
    根据本工程的特点，该爆破网络设计洞外采用电爆破网络联接，孔内采用毫秒微差电雷管，采用串并联网络联接；洞内采用非电导爆管网络连接，孔内采用非电毫秒微差雷管。
    3、爆破安全距离计算及安全措施
  （1）爆破振动计算：

炸药在岩石介质中爆炸，其释放了一部分能量以波动形式沿地面传播，形成了爆破的地震效应，根据《爆破安全规程》GB6722-2003中对地面建筑物的安全要求，主要是控制被保护建筑物所在地质点峰值振动速度和主振频率，建筑物所在地质点峰值振动速度计算公式如下：

式中：

      —爆破地震安全距离(m)      
      —炸药量(kg)，齐发爆破取总炸药量，微差爆破或毫秒爆破取最大一段药量。
      —振动安全允许速度，按国家标准为
     与爆破地形、地质条件有关的系数或衰减指数，本爆区取值，

由于爆区在隧道内，只有左洞隧道斜上方25m有建筑物外，其余建筑物均在25m以外。

洞内开挖施工单段最大药量控制在3.69内，，，最近建构筑物为以外：

，满足要求。

由于原隧道双洞最小间距8，为保证施工安全，爆破振速控制在12以内，开挖单段最大药量取3.69时：

，满足要求。

施工地震波的控制，根据以往的爆破施工经验主要以最大单响药量来控制。在实际施工中，最大单响药量必须控制在安全范围之内。
  （2）个别飞石距离计算：
   根据大爆破飞石距离计算式：  
    
式中：—最大段药量爆破作用指数，     

  —最小抵抗线，      

  —系数，取1.0～1.2
    计算得出本次爆破个别飞石最大距离。

3 爆破地震破坏的主要判断依据

关于爆破震动安全判据，目前仍然多采用质点振动速度作为衡量爆破震动强度的唯一指标。大量的工程实践和试验研究表明，选用单一的振动参数来描述爆破震动的特征是很不全面的，爆破地震震动频率对建筑物的安全也有着很重要的影响。因此，人们提出在评价爆破震动对建(构)筑物的危害时，除用振动速度作为破坏判据外，还应考虑爆破震动持续时间对建(构)筑物的累积破坏作用、振动频率与建(构)筑物固有频率之间的关系。一般建筑物和构筑物的爆破安全性应满足以下安全速度的要求:

表2 爆破震动安全判据（GB6772-2003）

4 临近隧道现场爆破监测分析

爆破震动作用对邻近隧道的影响主要是爆破震动导致相邻岩石力学性质的劣化，尤其对有构造带通过或节理裂隙较发育的岩石影响更大。爆破震动作用会使围岩原有裂隙张开与扩展，新裂隙的产生，岩体声波速度的降低，渗透系数的增大，进而可能引起地表、地下建筑物或构筑物的破裂、倒塌隧洞冒顶、片帮等灾害，危害很大。

隧道开挖采用的是单边开挖，先对隧道左洞进行交通封闭，开放右洞，为了分析隧道左洞的爆破开挖是否对隧道右洞的影响，在隧道左洞开挖爆破时，我们对隧道的右洞进行监测，检测布置如下图4。并同时对附近的房屋进行监测。

图4 隧道震动监测点布置平面图

    根据隧道的爆破，得到的检测爆破的最大振速数据整理如下图3：

图5  临近隧道检测的最大振速图

如上图所示，根据检测数据，最大的振速是.其检测的振速波形图如下图6：

图6 最大振速波形图   

    依上图所示，根据我国新实行的爆破振动安全允许标准(GB6722-2003)可知，检测到的最大振速为，频率为，在允许振速范围之内，临近隧道在爆破震动下是安全的。

5 临近房屋现场爆破监测分析

因考虑到一些原因，这里我们考虑隧道左洞爆破扩挖时，对房屋进行检测分析。并对数据进行整理分析，得到图7：

图7 房屋检测的最大振速图

在图5明显可以看出，房屋检测到的最大振速为,其检测的振速波形图如下图8：

根据我国新实行的爆破震动安全允许标准，可以看出在允许振速范围之类，符合要求。

6 结论

（1）对临近隧道以及附近房屋的进行监测，根据我国新实行的爆破震动安全允许标准，检测的最大振速都在允许振速范围之类，满足要求。

（2）渝州隧道采用的爆破设计方案是可行的，希望能够为类似的工程提供一些依据。

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