上跨下穿隧道爆破施工对周边隧道安全的实验及数值分析

上跨下穿隧道爆破施工对周边隧道安全的实验及数值分析

 陈鹏

汉巴南城际铁路有限责任公司  四川省南充市

摘 要：以新建张家界至吉首至怀化高铁宋家村隧道工程为研究对象，针对周围既有线路受隧道爆破的影响情况，采用分段爆破技术保护周边既有线路的安全。结合爆破震动检测及围岩量测，对隧道爆破方案进行分析，通过与原定方案进行对比发现：采用分段爆破技术能够显著降低爆破产生的最大振速，有效保护周边既有线路。

关键词：隧道  上跨下穿  爆破  爆破振速

0 引言

张吉怀高铁为我国高速铁路“八横”的重要组成部分，线路穿越武陵山脉、雪峰山脉和沅麻盆地，是典型的山区铁路，沿线地质构造复杂，地形地貌多变，可溶岩广布，岩溶强烈发育，溶洞、落水洞等广泛分布，施工难度大。

本文以张吉怀高铁宋家村隧道为研究背景，根据现场实际情况提出了减震方案，利用TC-4850振速仪对周边建筑的振动进行监测，并将数值计算结果与对现场进行不断调整，最终达到减振安全通过的目的，为工程条件相近的隧道建设提供参考。

1 工程概况

宋家村隧道位于湖南省湘西苗族土家族自治州古丈县境内，进出口里程分别为：DK102+103.020、DK102+855。隧道全751.980m，为时速350km单洞双线隧道。最大埋深约140m。隧道在DK102+317.33处上跨既有焦作至柳州铁路排口隧道，与大里程交角为128°，交叉点里程为DK102+317.33，内轨顶面标高为384.593m；对应焦柳铁路里程为K1056+267.05（竣工里程K658+560.65），既有隧道内轨面标高355.632m，结构净距为19.111m，交叉点新建隧道埋深103.57m。下穿永顺至吉首高速公路排口隧道，与排口隧道大里程方向夹角为45°29’25”，排口隧道结构形式为双连拱隧道；第一处交叉点里程为DK102+752,内轨顶面标高为385.445；对应永吉高速公路排口隧道右线里程为K48+624，其路面标高为434.690m,净距为36.325m。第二处交叉点里程为DK102+769.46,内轨顶面标高为385.358m；对应永吉高速排口隧道左线里程为K48+636，其路面标高为434.690，净距为36.412m。

2现行爆破震动影响控制标准

引用中国铁路出版社有限公司出版的《铁路工程爆破振动安全技术规程》（TB10313-2019）第4.4.3条及黔张常铁路公司要求，将最大爆破振速设定为3cm/s。

3 爆破方案及对应措施

3.1爆破方案

依据正常钻爆法施工，根据现场监测的排口最大振速，比对爆破安全规程，发现对周围建筑物的影响会比较大，严重时会影响建筑物的安全。

新爆破方案采用分段爆破方式。以三级围岩为例，新方案将原本两个循环进尺更改为三步骤开挖，一是完成部位1的爆破开挖进尺3-4m并临时设置C25喷砼防护，二是对部位2进行爆破开挖1.5-2m并进行正常的超前支护及初期支护，三是对部位3进行爆破开挖1.5-2m并进行正常的超前支护及初期支护，如此反复既满足爆破振速要求同时对正常开挖进度无较大影响。

图3.1-1爆破顺序示意图

3.2炮眼布置

掏槽眼1-5段炮眼深度3-4m，炮眼间距40cm，每段间距50cm。7-15段炮眼深度1.7-2.2m，炮眼间距40-45cm，段间距50cm，装药时13-15段隔孔装药。

3.3装药设置

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)α                       (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。

参照我国《爆破安全规程》(GB6722～2O14)中对介质系数和震动衰减系数K、α的建议值取中硬岩石与软岩石过渡值250、1.8。

计算最大1段使用11节炸药即3.3Kg。V值为2.53cm/s，小于设定振速的3cm/s，因此该方案符合既定要求。

上台阶1-3段装药3.3KG，5段装药2.7KG，核心眼装药密度为242.8g/m,7段装药2.4KG，9段装药2.1KG，11段装药1.8KG，13段装药1.5Kg，15段装药0.6Kg，周边眼装药密度262.6g/m，开挖台架二架位置15段炸药处不装药。

3.4震动分析

根据现场各次测震所获得的数据，结合爆破安全规程，将新旧爆破方案的最大振速和主频做于图3.4-1。

图3.4-1最大振速对比图

通过对比可以明显发现新式爆破方案最大振速对比原爆破方案有明显的降低，所有数据均未超过设计要求最大振速。因此可以认为，采用新的爆破方案是满足爆破安全规程的要求。

3.5 测量分析

上跨下穿既有线隧道的围岩主要为Ⅲ级、Ⅳ级围岩，通过长期围岩量测数据分析，围岩收敛值及拱顶沉降值均在正常范围内，证实通过新式爆破方案控制了爆破振速并未造成围岩有较大沉降。

收敛监测点DK102+350.000-S1本次累计变形值最大为7.9mm,本次变形速率为0.04mm/d。

DK102+760.000-A本次变形速率最大为1.09mm/d，本次累计变形值为1.2mm

4 结论

因原爆破方案会对周围既有隧道造成较大的影响，因此将分段爆破技术引入隧道开挖过程中，以达到减震的效果，保护地表建筑物。通过对既有隧道监测点振动的监测，新爆破方案爆破震动的最大振速明显低于原有的爆破方案，在保证能够安全通过既有隧道的情况下，极大地加快了施工进度。

通过对围岩量测数据的对比发现该爆破方案并未造成较大的围岩沉降，说明该方案具有较强的可行性，可为类似隧道施工提供借鉴。