微振控爆技术在邻近既有运营隧道施工中的应用

张锐

摘 要： 厦蓉改扩建高速公路京源口隧道邻近既有运营隧道，隧道间净距较小，施工难度较大，爆破施工中针对特殊施工条件对影响运营段隧道的开挖制定专项施工措施。介绍了微振控爆的优化设计及施工工艺控制、爆破震动监测等。通过监测数据反馈分析，隧道开挖过程中对既有运营隧道的影响在规范允许范围内，为邻近既有运营隧道爆破开挖提供了有益的参考。

关键词： 高速公路隧道;邻近既有线;微振控爆;爆破监测

【中图分类号】U445.6     【文献标识码】B     【文章编号】1674-3733（2020）04-0216-02

1 引言

在铁路公路建设中，经常会出现两条平行隧道并行开挖或者在既有隧道附近新建一条隧道的情况。施工过程中隧道的爆破开挖对既有隧道的安全影响较大，受爆源、介质和隧道自身三大条件的影响，会引起邻近既有隧道围岩的损伤和稳定。施工中的关键是控制爆破对围岩的破坏，保证爆破施工中既有隧道的稳定性和结构的安全性。邻近既有隧道的施工采用微振控爆、分区开挖、循环施工方案，可减小爆破振动降低炸药单耗，有效降低对既有运营隧道的影响。

2 工程概况

厦蓉改扩建高速公路京源口隧道设计为分离式双向四车道，隧道净空（宽×高）10.25m×5m，里程YK162+091～YK163+000，全长909m，隧址区属中低山地貌，进口段围岩主要以坡残积粘性土、全-强-中风化花岗岩，岩体散体结构，开挖中地下水多呈面状渗透，自稳能力差。

既有运营公路爆破施工影响范围：隧道进口段邻近既有运营高速公路隧道，根据《爆破振动安全允许标准》交通隧道控制爆破振速为10cm/s。我国隧道设计规范规定：在Ⅳ、V类围岩中，两隧道净距应大于（2.0～2.5）B（B为隧道开挖宽度），两条隧道间距较小时影响既有隧道的稳定性[1]。根据设计本隧道净距小于30米时，开挖过程中要考虑对既有隧道的稳定性的影响，影响段里程为YK162+091～YK162+350，长度为259m，间距17～30m。

3 微振控爆施工关键技术

3.1 确业最佳安全用药量

根据相关规范和设计图要求，京源口隧道设计规定爆破振速控制在10 cm/s以内。依据《爆破安全规程》，可以初步计算隧道掘进爆破炸药安全用药量[2]。

Q=（R×avk）3

式中：Q—同段别雷管同时起爆炸药安全用量，kg;

v—质点允许振动速度，10cm/s;

R—爆破区药量分布的几何中心至既有线京源口隧道边墙的距离，R=17m;

k、α—地质条件等多种因素有关的系数，k=300、a=1.8。

计算得出，在确保既有线隧道二次衬砌爆破振速不大于10cm/s的条件下，最大齐爆炸药用量Q=16.96kg。

3.2 爆破施工方式

3.2.1 微振控爆

本隧道邻近既有运营公路隧道，隧道爆破施工时会影响到既有线隧道的结构稳定及运营安全。在施工过程中要对既有隧道进行密切观测及监测，以确保既有隧道的安全，且隧道地质复杂，施工难度大，为减小影响，采用微振控爆、分区开挖、循环施工方案，减小爆破振动，降低炸药单耗，有效的降低爆破过程中对既有隧道的影响[3]。隧道开挖影响段为Ⅴ级围岩，采用三台阶法微振控爆施工。

3.2.2 循环进尺

为保证爆破开挖过程中对既有线的影响在设计规定爆破振速范围内，同时又考虑到施工的功效性，遵循“短进尺多循环”的原则[4]，Ⅴ级围岩每循环掘进0.8m。

3.2.3 炮眼布置

炮孔形式采用線形布置和起爆。便于布置炮孔，炮孔参数准确，有较好的临空面，可提高炸药能量利用率，具有减震效果。布置时先布置掏槽眼，周边眼，然后进行底板眼、拱内圈眼、辅助眼、减振眼。

周边眼采用光面爆破，装药结构为空气间隔装药;减振眼为空眼内装水袋，掏槽眼、底板眼、辅助眼采用连续装药结构。严格用炮泥堵塞，在低爆速和低猛度的炸药爆破时，产生的爆炸气体可有效的延长作用时间，提高炸药能量利用率，降低单位耗药量，从而降低了振动速度。一般浅眼应不小于20cm，中深眼不小于50cm。规范规定周边眼的堵塞长度不宜小于20cm。

3.2.4 起爆方式

炮眼起爆顺序为：掏槽眼—辅助掏槽眼—辅助眼—底板眼—周边眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管，周边眼用导爆索一次同时起爆。

3.3 微振控爆钻爆方案

3.3.1 上台阶爆破设计

（1）上台阶炮眼布置图（见图1和图2）

（2）上台阶钻爆参数（见表1）

3.3.2 下台阶爆破设计

（1）下台阶炮眼布置图（见图3）

（2）下台阶钻爆参数（见表2）

3.3.3 仰拱爆破设计

（1）仰拱炮眼布置图（图4）

（2）仰拱钻爆参数（见表3）

3.3.4 爆破网络

隧道开挖爆破采用非电毫秒微差起爆法，分传爆雷管簇联方式进行连接。隧道开挖爆破起爆网路敷设见图5。

3.5 微振控爆施工控制要点

（1）减扰动：控制爆破对围岩的破坏采用微振控爆，根据实际地质情况及监测反馈数据严格控制装药量，以减小对围岩的扰动。

（2）精钻眼：钻眼位置严格按方案进行。钻眼时辅助眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其它炮眼口比眼底低5cm，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制3°～4°以内。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其它炮眼深20cm。

（3）分段装：装药前炮眼用高压风吹干净，检查炮眼数量。装药时，专人分好段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，防止雷管段别混乱，影响爆破效果。每眼装药后用炮泥堵塞。

（4）分区爆：掏槽眼—輔助掏槽眼—辅助眼—底板眼—周边眼。雷管连接好后有专人检查，检查雷管的连接质量，看是否有漏连的雷管，检查无误后起爆。

（5）控开挖：控制超欠挖，保证隧道净空，做到“少欠少超”光面爆破平均线超挖量小于15cm，控制洞碴粒径以利于挖掘机、装载机装碴。

（6）勤测量：隧道开挖每个循环都进行施工测量，控制开挖断面，在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线及炮眼位置，误差不超过5cm。并采用激光准直仪控制开挖方向。

4 爆破振动监测

爆破影响主要在隧道结构本身的安全，采取爆破振速监测装置进行监测。

4.1 爆破振动监测

在隧道爆破开挖过程中，为确保既有线隧道的结构安全，每步的每个循环都需在与掌子面或临近掌子面同一里程的既有线隧道上设置一组由传感器、测震仪及笔记本电脑组成的测振系统进行振动速度监测。首次爆破时，采用全断面布置测点间距5m。根据实际的监测结果研究表明，既有隧道最大振动点往往出现在迎爆侧曲墙中部和上部，以反射拉伸破坏为主，是最危险的区域;最大剪应力出现在迎爆侧下部，有剪切破坏的可能。后期测点布置只在既有线隧道迎爆侧下部和中部布置测点即可。监测结果及时反馈，根据监测结果实时调整每孔装药量、同一段别雷管起爆药量和起爆间隔时间。控制爆破振速控制在10cm/s以内。

4.2 爆破振动监测结果

振速主要由最大段装药孔爆破时产生的峰值为主，振速最大值出现在底部边墙上。爆破里程桩号、进尺深度、最大段装药量和最大振速见表4。由表4可以看出，监测到的速度峰值远远小于设计值（10cm/s），所以该邻近既有隧道施工的爆破设计安全可行。

5 安全控制措施

（1）会同各相关单位对既有运营公路老京源口隧道进行全面现状调查，并做好影像、检测、调查资料记录存档。

（2）现场配备专职安全员、安全防护员，所有人员经专业控爆技术培训合格后上岗，由运管单位对运营线24小时安全监测，发现问题及时反映。

（3）爆破时段宜选在夜间10：00后车辆较少时段进行，法定节假日视车流情况确定是否施工，并加强监控。

（4）爆破时通过检测振速与既有线隧道洞内的变化情况，在保证既有线安全的情况下，优化爆破参数，保证施工安全与效率。

（5）既有线隧道内设置振速监测点，爆破期间由第三方指派专业人员进行爆破振速监测，专业爆破监测队现场监测。

（6）严格按照微振控爆和光爆参数来指导钻爆施工，控制每段雷管最大齐爆药量来控制爆破产生的振动速度。

6 结束语

新建京源口隧道邻近既有运营公路隧道，爆破施工根据围岩类别、线间距进行设计，控制爆破进尺和最大起爆药量，弱化对围岩的扰动，保障既有隧道的结构安全性。根据监测数据，调整选择合理的掏槽形式和光爆参数，提高爆破效果。V级围岩采用三台阶法微振控爆施工，经过监测振速远小于安全允许值，对邻近既有运营公路隧道的隧道施工具有借鉴意义。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.爆破安全规程：GB6722-2014[S].北京：中国标准出版社，2014：5-6.

[2] 重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范：JTG D70-2004[S].北京：人民交通出版社，2004

[3] 汪旭光.爆破设计与施工[M].北京：冶金工业出版社，2015：357-358.

[4] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2011：64-66.