隧道穿越爆破控制研究

何国华

摘 要：以某市一项新隧道工程为背景，研究了施工过程中如何合理确定爆破设计参数与选择爆破方案等方面问题，解决了新建隧道近距离同时穿越既有建筑和既有隧道的关键技术问题。

关键词：隧道设计；爆破；控制

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2014）03019001

1 引言

随着城市轨道交通设施不断完善，出现了大量的穿越工程。国内很多研究人员对此进行了研究。李旭东等提出了浅埋隧道穿越高层建筑的方法；许登根研究了浅埋隧道穿越火车站候车厅的控制爆破，提出了利用施工试验来确定爆破参数的方法；龚伦等认为干扰爆破是控制爆破地震的有效方法；郑俊杰等认为采用弱振动爆破技术可以减小新建隧道施工对既有隧道的影响；谭忠盛等采用数值法较全面地反映爆破振动对既有隧道影响的变化规律。通过工程实践研究，积累了很多经验。但是目前的工程实例多为新建隧道穿越地表建筑物或既有隧道，两者同时存在的情况是很少见的。在这种复杂条件下减振控制爆破技术的研究成为难点。

2 工程概况

图1 隧道地理位置

平面图椒金山新隧道工程是XX市重点工程，用于缓解东北路交通拥堵现状。隧道全长为1098m，为双向两车道。隧道途径路段的地层自上而下分为第四系填充层和基岩，区段内存有断层及两个溶洞。其爆破断面轮廓线高为1006m，宽为12.3m。在爆破施工过程中，要穿越两条既有隧道和一些既有建筑物。既有隧道是位于东北路中段，分為东、西两洞，西线长为1095.0m，东线长为1050.0m。既有建筑物包括金家街第一小学教学楼和大钢集团所属的简易民宅，分别为框架与砖混混合结构和砖混结构。隧道地理位置图如图1。

3 爆破设计参数

3.1 炮孔深度

炮孔深度是指爆破工作面至炮孔底部的垂直距离。它是重要的爆破参数，即影响爆破循环进尺和掘进速度，又影响爆破地震效应。针对本工程的围岩状况，如果选用过大的炮孔深度，一方面爆破的夹制作用增大，炮孔利用率降低；另一方面，爆破会产生的地震效应会破坏围岩的整体稳定性，对既有建筑物和既有隧道造成破坏。在综合考虑各方面影响因素后，本次爆破中上台阶炮孔直眼深度选为27m，下台阶炮孔直眼深度选为3m。

3.2 炮孔数目

根据相关的施工经验，单次掘进炮孔总数可用下式确定：

N=K·S·LL·n·r

（1）

式中N—孔数目（个）；K—单位炸药消耗量（kg/m）；L—炮孔深度（m）；S—开挖面积（m2）；r—炸药的线装药密度（kg/m）；n—炮眼装药系数。

根据本工程实际情况，上台阶各参数为：K取0.74 kg/m，L取2.7 m，S取58.62 m2，r取0.78 kg/m，n取0.50。将上述参数代入式1得N=111，实际孔数为112。下台阶各参数为：K取0.60 kg/m，L取3.0m，n取0.50，r取0.78 kg/m，S取20.40m2。代入式1得N=31。各段炮眼数目详见表1。

3.3 装药量计算

3.3.1 单孔装药量

单孔装药量可按下式计算。

q=K·a·W·L·λ

（2）

式中q—单孔装药量（kg）；K—单位炸药消耗量（kg/m）；a—炮孔距离（m）；W—炮孔爆破方向的抵抗线（m）；L—炮孔深度（m）；λ—炮孔所在部位系数。

3.3.2 单次爆破总装药量

单次爆破总药量按下式计算：

Q=K·S·L

（3）

式中K—单位炸药消耗量（kg/m）；L—炮孔深度（m）；S—开挖面积（m2）。

将上述各参数代入式（3）可得：上台阶单次爆破总药量为130.2kg，下台阶Ⅱ区装药量为40kg，Ⅲ区装药量为3225kg。以上结果均未超过规定值，取为实际装药量。

3.4 炮孔分布形式

本隧道在综合考虑周围复杂的环境、现场钻孔的干扰程度及钻孔精度的技术要求后，主要采用垂直多层楔形掏槽形式。内层掏槽孔倾斜角度为55°，由内向外逐渐过渡到90°。具体形式如图2所示，掏槽孔分别为1、3、5、7、9段，采用跳段排列方式；辅助孔分别为11、12、13段；周边眼分别为14、15段，采用不对称爆破方式。

图2 炮孔分布示意图