高速铁路隧道施工控制爆破方案设计解析

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　　摘要: 本文的主要结合金牛山隧道的地形地势特点，根据京沪高铁金牛山隧道下穿既有公路的综合施工技术通过经验公式对爆破方案进行设计，以此得到单段最大装药量，以供同行参考。
　　关键词：隧道；数值计算；爆破
　　中图分类号：U45文献标识码： A
　　1 前言：
　　众所周知，高速铁路的建设都伴随着地下工程和隧道工程的施工，而其地下或隧道工程在施工过程中也会伴有着开挖阶段和过程，在开挖的过程中必须运用到爆破技术，由于城市中的隧道在特点上普遍具有地表建筑物密集、埋深较浅的特点，这给其爆破施工带来了施工安全隐患，为了使隧道工程在施工上具有安全可靠性，了解和掌握隧道的控制爆破技术是必要的，只有掌握了这一技术，才能更好地保证隧道工程施工的安全可靠性，进而保障施工人员的生命财产安全不受威胁，并充分发挥隧道工程的社会效益和经济效益，从更大的方面来说，可以推动我国经济健康向上地发展，并促进我国各方面事业的可持续发展，使得我国的可持续发展战略早日实现。因此，作为隧道工程的爆破施工人员，一定要了解和掌握隧道工程施工的隧道控制爆破技术，只有这样，才能更好地保证隧道工程施工的安全可靠性，进而保障自身和人们的生命财产安全不受威胁，并充分发挥隧道工程的社会效益和经济效益，推动我国经济的健康向上发展和可持续发展。从这些方面可以看出，隧道控制爆破技术具有重要的意义和作用，其重要性是不言而喻的。
　　2 控制爆破方案设计
　　该工程隧道为超浅埋隧道，围岩风化程度比较严重，且其地表有既有高速公路通过，而且在进行爆破开挖时，这种破坏还会进一步加重。因此如何将爆破对隧道支护围岩、结构以及上部的既有公路的影响减小程度降到最低是本章所要研究的核心内容。
　　2. 1 现行爆破震动影响控制标准
　　工程中衡量爆破震动的强度通常采用速度、加速度和引起结构的位移、等物理量来度量，那么就必须要有一个临界值或者说标准来衡量这些物理量对既有结构的影响，并由此来判断爆破震动强度。在实际爆破工程中以上几个因素一旦超过其临界值，那么就认为相应的岩体已经遭到破坏，这一临界值即所谓的爆破震动的破坏标准。对爆破震动的影响进行了文件性总结并给出了极限值见表 1。
　　
　　我国学者吴德伦等人参考欧洲国家的做法，建议的爆破震动标准见表 2。
　　
　　综上所述，可以看出对于爆破振速的认识和想法，不同的科研部门、国家以及不同的学者是不同的，因此提出爆破震动速度的限值差别很大，在实际工程中，由于隧道结构形式、爆破方式、地质条件各有不同，所以可操作性自然变得很差，因此针对不同的隧道施工项目应从工程实际情况角度出发，提出与之相适应的爆破方案，从而更好地适应工程需求。
　　2. 2 爆破安全指标的设计
　　根据《爆破安全规程》( GB6722 －2003) 中的规定，各类建筑物的爆破震动安全允许标准如表 3 所示。设计中只考虑爆破对已衬砌隧道的结构安全。根据规定，隧道安全允许振速标准值为10 ～20 cm/s，设计中取安全控制值为10. 0 cm/s。
　　
　　注: ( 1) 表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。( 2) 频率范围可根根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据: 硐室爆破 ＜20 Hz; 深孔爆破 10 ～60 Hz; 浅孔爆破 40 ～100 Hz。
　　3 金牛山隧道爆破设计
　　根据以往的经验，一般来说，起爆的药量越大，所产生的爆破振速也就越大，所以金牛山隧道在爆破施工过程中，要保证在距离既有公路最近的地段的起爆药量小于产生临界爆破振速的临界药量，这样就能够保证既有路面的安全使用。目前，国内外对于涉及到爆破振速问题，一般情况下采用前苏联学者萨道夫斯基提出的经验公式来确定最大分段装药量，如下式 ( 1) 所示:
　　V = K( Q1 /3/ R)a( 1)
　　式中 Q—最大分段装药量，kg;
　　R— 爆心距，m;
　　V— 爆破安全震动速度值，cm / s;
　　K— 与岩石性质、地质条件、爆破规模等综合因素有关的系数;
　　α— 地震波的衰减系数，大小与地质条件以及距爆破中心的距离有关。
　　由上式可知，当具体工程的 K、α 确定之后，单段最大爆破药量 Q 和爆破振速 V 有直接关系。隧道爆破时，由于工程地质条件、爆破条件以及爆破点距测点距离的差异，介质系数 K和震动衰减系数 α 变化很大，为了确保各参数的真实性，其取值应由现场试验确定。我国《爆破安全规程》( GB6722 －2003) 中对介质系数和震动衰减系数 K，α 的建议值如表4 所示。
　　
　　根据本工程所处围岩地质资料和《爆破安全规程》( GB6722 －2003) 建议值，介质系数 K 暂取 250、震动衰减系数 α 暂取 1. 8。对目前各工程上常用的几种工业炸药进行比对，最终选择了铵梯炸药和乳化炸药，如果爆破中炮眼里没有水，使用铵梯炸药，有水则使用乳化炸药。金牛山隧道下穿京福高速公路段，最小埋深为 9. 28 m，根据下面公式( 2) ，计算得到的单段最大装药量为:
　　
　　计算得到的单段最大装药量为: 3. 7 kg。实际工程中，应该在每次爆破之前，首先确定爆破点距离监测点的距离，然后根据萨道夫斯基公式进行计算，理论上讲在一定的装药量的前提下，爆破产生的爆破振速和爆心距是成反比的。
　　采用台阶法、三台阶法开挖采用光面弱爆破。光面爆破参数应通过爆破试验方法确定。当无试验条件时，有关参数根据表 5 选用。
　　
　　同时，在药量选择上还要考虑爆破振动速率对隧道结构物以及地表建筑物的影响。炮眼布置图见图 1。
　　
　　图 1 台阶法开挖炮眼及掏槽眼布置图
　　说明: 1． 本图尺寸均以厘米计;
　　2． 炮眼旁边数字表示雷管段数;
　　3． 本设计根据以往爆破经验设计，实际施工过程中要根据爆破效果进行适当调整。
　　防止了坍方，确保了施工安全，主要经验如下：
　　1）采用“一算、二试、三测、四调整、五实施、六反馈”，六步骤控制方法。
　　2）控制最大一段装药量，不超过由计算和量测决定的最大一段装药量。
　　3）采用台阶法开挖，控制一次爆破规模，配齐1～15段塑料导爆管毫秒雷管，采用多段雷管起爆，段间间隔时间50 ms以上，避免振动速度峰值重叠。
　　4）坚持光面爆破。加强钻孔精度，打眼、装药分片区专人负责，并根据爆破效果对钻爆参数进行修正。
　　5）采用钢管超前支护，起到“减振孔”的作用。
　　6）坚持爆破振动量测“每炮必测”，做到随时反馈到爆破施工中。
　　7）竖井施工中采用台阶法开挖，炮孔孔口覆盖，井口加盖，杜绝飞石逸出井口，降低噪声。
　　8）呼吁设计工程师和监理工程师，对于爆破振动允许值还是应以《爆破安全规程》的规定为准，不要一概而论，对任何建筑物、构筑物、管线路都以 2 cm/s 为准。一概而论是没有出处与根据的，应实事求是，多调查多研究，确保爆破施工安全，确保爆破施工效果，确保建（构）筑物、管线路的安全。
　　4 结 语
　　在金牛山隧道施工中，因为施工时坚持在每次爆破之前，首先确定爆破点距离监测点的距离，然后根据萨道夫斯基公式进行计算，并严格安装设计进行施工，工程得以安全顺利的完成，未发生安全事故。
　　参考文献:
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