高铁隧道邻近古建筑施工控制爆破技术

侯峰

（中铁十八局集团有限公司 天津 300222）

近年来，随着我国基础建设的加快，隧道等地下工程建设日益增多，隧道近接既有构筑物的案例越来越多[1-3]，近接建筑物诸如桥梁、隧道、建筑等。

自光面爆破施工技术提出以来，经过反复实践论证、广泛应用，现已发展成为隧道矿山法施工的一种主要工法[4-6]。目前，关于隧道近接既有构筑物的研究主要集中在力学响应及影响分析上[7-9]。叶云斌和方继伟[10]为分析爆破施工对既有隧道的影响规律，基于现场监测数据及统计分析方法，得到了爆破振动速度的衰减规律。曹义[11]以铁路隧道下穿某国税局大楼施工为研究背景，基于现场试验及监测数据，研究了振动爆破的衰减规律。谢晓峰[12]以某立交隧道为工程背景，采用数值分析方法模拟了隧道爆破过程中的振动，研究了隧道衬砌的动力响应规律。

目前对于光面爆破机理及参数的研究已具有较多成果，关于爆破施工对邻近古建筑的工程案例相对较少，本文以杭绍台东茗隧道侧穿南岩为背景，研究了爆破施工对邻近古建筑的影响。

1 工程概况及施工难点

1.1 工程概况

新建杭州经绍兴至台州铁路东茗隧道位于嵊州市新昌县，起迄里程DK95+920～DK114+146.15，为双线铁路隧道。穿行于丘陵区，海拔高度50～425 m，相对高差30～425 m，自然坡度25°～60°，隧道通过段内山体多陡峻，沟谷及斜坡缓坡分布第四系土层。DK97+525～DK98+045段距隧道中心30 m左侧为南岩寺，该寺庙建于清朝光绪年间，墙体为砖混结构，屋顶为木结构。最小埋深为46 m，为满足工期要求，加快施工进度，采用三台阶开挖，隧道上台阶距离地表建筑物最近。

1.2 水文地质概况

东茗隧道多位于剥蚀丘陵区和低山区，地形起伏，多呈“V”字型冲沟发育，东茗隧道侧穿南岩寺处，依据地质钻探，该段围岩为粉砂岩、砂砾岩，砂砾状结构，层状、块状构造，围岩分级为Ⅳ级。区内地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩和构造裂隙水，主要接收大气降水和水库裂隙通道补给。

2 爆破方法及参数计算

2.1 爆破参数及炮眼布置

由于光面爆破技术对围岩扰动小，隧道爆破施工采用光面爆破。光面爆破的主要参数有：炮眼间距E、炮眼密集系数m、装药集中度q、最小抵抗线W、不耦合系数D等。

以隧道主洞Ⅳ级围岩爆破施工为例，其参数选用为：E=45cm、W=55cm 、m=E/W=0.82，计划掘进循环进尺为2.4 m，Ⅳ级围岩爆破施工炮眼布置见图1。

图1 Ⅳ级围岩光面爆破炮眼布置图

2.2 爆破方案设计

（1）单循环爆破用药计算

每一循环装药量按式（1）计算：

式中：Q-每一循环装药量， k g；

q-爆破1 m3岩石用药量，kg/m3；

S-导坑断面积，m2；

L-炮眼深度，m。

各导坑及炮眼循环进尺单位耗药量见表1，单位炸药量与炮眼深度修正系数见表2所示。

表1 爆破1m3岩石用药量（单位：kg/m3）

表2 单位炸药量与炮眼深度修正系数

（2）炮孔装药量

①掏槽孔与辅助孔

掏槽孔和辅助孔炮孔装药量按式（2）计算：

式中：η-炮孔装药系数；

γ-每米长度装药量，kg/m。

②光爆孔

光面爆破孔装药量通常为辅助孔的1/3～1/4。

（3）控制爆破设计装药量

隧道周边采用光面爆破，不良地质、浅埋地段采用微震控制光面爆破。控制爆破作业最大一段允许装药量按式（3）计算：

式中：Qmax-最大一段爆破用药量，kg；；

Vkp-安全速度，cm/ s；

R-爆破安全距离，m ；

K-地形、地质影响系数；

α-衰减系数。

K、α是与爆破点至计算对象间的地形、地质条件有关的影响系数和衰减系数，见表3。

表3 爆破区不同岩性的K、α值

通过爆破设计，依据围岩级别、炸药种类、掘进进尺，确定各类炮眼装药量，Ⅳ级围岩三台阶法开挖时，光面爆破炮孔装药参数如表4所示。

表4 Ⅳ级围岩光面爆破装药结构统计

2.3 爆破流程及爆破顺序

现场施工爆破流程为：测量放线→定位钻孔→清理钻孔→孔内装药→现场爆破，炮眼装药结构示意见图2。

图2 装药结构示意图

传爆顺序为：击发枪→导爆管→8号雷管→导爆管→孔内非电毫秒雷管，爆破网络复式连接示意见图3。

图3 爆破网络连接示意图

3 现场监测结果分析

3.1 测点布置

图4展示了南岩寺与隧道线路的空间位置，乡村道路与隧道线路正交，南岩寺位于乡村道路边。监测点布置在离隧道开挖面最近的寺庙墙角处，监测数据采用爆破振动测试仪TC-4850采集，测点布置如图4。

图4 爆破振动监测测点

3.2 监测结果

现场爆破振动监测共持续12 d，部分爆破振动监测结果如表5所示。

表5 爆破振动监测结果

由表4可知，爆破振动的主要频率在22～82 Hz，其中最大振动速度为0.434 cm/s，对应主振频率为81.6 Hz。

结合工程经验及参数选定，爆破振动下既有建筑的安全速度限值见表6。

表6 爆破允许振动速度限值

由于南岩寺为清末古建筑，墙体为砖混结构，且爆破振动频率为22～82 Hz，因此确定其振动安全速度为0.2～0.5 cm/s。

为研究振动速度与爆破距离的关系，监测得到振动速度与爆心距离关系曲线如图5所示。

图5 振动速度与爆心距离关系曲线

由图5可知，随着爆破中心与古建筑距离的增大，振动速度逐渐减小。爆破振动速度最大为0.434 cm/s，低于振动速度限值，南岩寺受隧道爆破施工振动影响较小，说明现场采用三台阶开挖，掘进进尺2.4 m施工方案是可行的。

4 结论

本文对隧道爆破施工进行了参数计算，基于现场实测爆破振动数据，对隧道爆破近接既有古建筑的振动影响进行了分析，得出了以下结论：

（1）参照现场实测结果，东茗隧道采用爆破方案、炮眼布置及设计参数合理可行；

（2）随着爆心距离的增大，古建筑的振动速度减小，爆破振动频率范围在22～82 Hz；

（3）依据监测结果可知，隧道采用爆破施工对既有古建筑的影响较小，但在爆破施工中仍应遵循“短进尺、弱爆破”原则，保证最大掏槽眼炸药量不超过限值。