1、1浅埋铁路隧道复杂地质地段爆破掘进技术摘要：西梁隧道浅埋段采用多级复式楔形掏槽，减小爆破夹制作用力，显著降低了爆破振动峰值；同时利用高精度孔外毫秒延时雷管实现振动错峰，避免振动峰值叠加。在爆破过程中配合振动监测，不断调整和优化爆破方案。最终以平均单炮进尺 2m、隧道上方地表以较小振动的爆破效果，通过了浅埋处的振动敏感区。 关键词：隧道爆破振动掏槽进尺 Abstract: the use of multilevel complex wedge Shallow-Buried Section Beam tunnel, reduce the use of blasting clip, signific
2、antly reducing blasting vibration peak; at the same time by using high precision hole millisecond delay detonator vibration peak, avoid vibration peak superposition. With the vibration monitoring during the blasting process, adjust and optimize the blasting scheme. Finally by the average single shot
3、 footage of 2m, above the tunnel surface to reduce vibration of blasting vibration, the sensitive area of shallow. Keywords: tunnel blasting vibration cut footage. 中图分类号：U25文献标识码：A 1 工程概况 新建张家口至唐山铁路西梁隧道地处滦平县境内，起讫里程2DK255+360DK257+715，隧道全长 2355m。为双线隧道，线间距为由 4.0渐变到 5.0m。本隧道最大埋深 132m，暗挖法施工。 在铁路施工中常会遇到浅
4、埋隧道的钻爆施工，当浅埋隧道周边围岩情况很差时，爆破振动对围岩的影响特别是拱顶上方的围岩是非常敏感的问题。通常的办法是减小爆破掘进的进尺，即所谓“放小炮” ，以降低爆破振动，缓慢通过振动地质敏感区，即使如此爆破振动对周边围岩的影响依旧是一个很大的隐患。为了寻求在正常掘进速度下增加安全系数，降低对较差围岩地段隧道上方围岩爆破扰动的工法。在西梁隧道进行的一系列试验，取得了良好的效果。 2 试验研究的技术路线 西梁隧道浅埋段开挖的特点，上导坑爆破掘进对拱顶上方围岩振动影响较严重。因此在施工过程中我们进行了以上的试验研究： 1）在正常施工过程中通过对爆破施工现场周边地震波的监测和分析，找出上导坑爆破振
5、动强度的分布特点和衰减规律。 2）根据上导坑爆破振动特点，调整、优化爆破方案，同时进行地表爆破振动监测逐步降低隧道浅埋段的爆破振动效应，并最大限度地改善爆破效果，增加爆破施工后周边围岩的稳定性。 3）通过试验和监测确认获得良好的爆破方案。在西梁隧道进口 V 级围岩段实施隧道爆破掘进时，对地表爆破振动进行跟踪监测，一旦发现振动偏大需及时调整优化爆破方案，以确保拱顶上方围岩的安全及隧道掘进效果。 3 降振试验过程与对策 33.1 隧道浅埋段爆破施工常用方案 根据目前国内常规施工机械装备条件。隧道浅埋段爆破施工通常采用手风钻钻眼，掌子面设钻孔装药平台，炮眼直径为 42mm，炮眼深度 2-2.5m，采
6、用楔形掏槽和周边间隔不耦合装药光面爆破技术，开元寺隧道上导坑在初始浅埋段采用的掏槽爆破方案如图 11(a)所示。 (a) 掏槽爆破方案 图 1 初始浅埋段的掏槽爆破方案和爆破振动波 在这一爆破方案中之所以将楔形掏槽区设置在上导坑的下部，主要原因是考虑尽量减小掏槽爆破对上部地面振动的影响。另外，因“V”形掏槽爆破技术较为成熟，对钻孔定向精度要求不如直眼掏槽的精度高，岩渣抛掷较远，在施工单位得到普遍应用，但楔形掏槽应尽量使成对的斜眼同时起爆才能达到较好的掏槽效果，而且楔形掏槽爆破夹制作用大，4所以引起的爆破振动较空孔直眼掏槽更强烈。 上导坑初始浅埋段爆破掘进测得的地表振动波如图 1。从图 1 分析
7、，初始浅埋段爆破方案地表爆破振动强度的分布特点是：掏槽爆破引起的爆破振动最强，其峰值大大超过了爆破安全规程规定的允许范围，其它部位的爆破（扩槽、周边、底板等）都没超过安全允许范围。由此看来这种大楔形掏槽虽然爆破效果和技术经济指标都较好，但因爆破夹制作用太大，在浅埋段引起强烈的地表振动，必须调整优化楔形掏槽方案才能保证浅埋敏感区段的振动安全。 3.2 掏槽方案的调整对爆破振动的影响 要想解决掏槽爆破引起的振动过强问题，首先是减小掏槽爆破单段爆炸药量。最基本的方法有两种：一是减小爆破进尺，彻底减降掏槽眼的装药量；二是采用空孔直眼掏槽，通过增加空孔体积量和逐孔起爆原理，降低掏槽破的单段爆破药量。第一
8、种方法在本工程中应用将使工期进度爱到严重影响，除非万不得已，不能轻易采用。第二种方法受钻眼设备条件和钻工技术水平限制，达不到设计要求的钻孔精度，不能实现设计意图，无法在本工程中应用。 根据振动监测结果分析，实际上掏槽爆破的单响药量与扩槽爆破或周边眼爆破的单响药量相差不多，但掏槽爆破引起的地表振动相对较强，主要原因是掏槽爆破临空面条件差，爆破夹制作用大1。为此我们提出了多级复式楔形掏槽的爆破方案，使大楔形掏槽改为多级小楔形掏槽，一方面使各级楔形掏槽为后一级掏槽创造了更好的临空面，爆破夹制作用减弱，爆破振动效应得到有效控制和减轻，同时因掏槽爆破效果改善，5爆破进尺率还有所提高。调整爆破方案测得的地
9、表振动波形见图 2，从图2 可见，掏槽爆破时段的振动强度比以前有显著降低，但掏槽爆破引起的振动仍然偏大，掏槽方案需要进一步优化。 (a) 调整后掏槽爆爆破方案 (b) 爆破振动波 图 2 调整后的掏槽爆破方案和爆破振动波 3.3 掏槽方案的优化及振动效应 为了将浅埋隧道敏感区段的爆破振动安全控制在非敏感范围，对调整后的掏槽方案进行了两步优化。第一步：在多级楔形掏槽中心增加两个浅直眼炮孔，作为第一段爆破掏槽（见图 3） 。这两个炮孔的爆破由于药量小，不会引起较大振动，尽管其掏槽体积不大，但它使下一级斜眼掏槽爆破的临空面条件改善，爆破夹制作用小，爆破产生的振动也随之降低。第二步：利用高精度孔外延时
10、雷管使同排掏槽斜眼实现毫秒延时错峰，又能保证成对斜眼同时起爆，确保错峰减振和高效掏槽双效益。6根据以往研究资料2，为了获得更好的楔形掏槽效果，应使成排对称的斜炮孔同时起爆，实际上炮孔爆破后大约需要 20ms 左右的时间才会破裂运动，若能保证成为对“V”形斜眼同时起爆，又将同排的斜眼延时起爆时间控制在 10ms 左右（见图 3） ，其结果是掏槽效果没有受损，而同时爆破的炮孔仅是成对的两个斜眼，虽然 10ms 的延时时间不能使两段爆破振动波安全分离，但爆破振动峰值已明显错开，使得振动波峰值不突出，振动波峰值得到显著抑制。最终测得的爆破振动波如图 4。从图 4 可知，掏槽爆破时段的振动强度不再是最强
11、烈的，说明掏槽爆破振动已显著减小，爆破振动强度已控制在安全允许范围内。至此终于找到了在相同进尺情况下有效减弱爆破振动的良好爆破方案。在上导坑爆破掘进中，我们进行了跟踪监测与统计，其结果列于表 1。表 1 统计数据表明，浅埋隧道段弱振动爆破掘进试验研究取得了令人满意的效果，爆破振动控制在安全允许范围内，平均爆破进尺在 1.5m。 7注：2 段10 段雷管逐段延时 100ms；11 段19 段雷管逐段延时200ms 的高精度雷管； “”孔外接力+9ms 延时雷管；“”孔外接力+17ms 延时雷管；“”孔外接力+25ms 延时雷管。 图 3 优化后的炮孔盎图及雷管延时排列图（单位：cm） 表 1 隧
12、道穿越浅埋敏感区时的爆破掘进统计结果 4 减弱爆破振动技术要点 以往对弱振动爆破多数人首先想到减少装药量，减少单段爆炸药量。通过这次试验研究，我们认为降低爆破振动应该从多方面考虑，采取综合措施才能奏效。主要的技术措施如下述。 1）爆破振动跟踪监测 在爆破振动敏感区进行爆破作业，若没有必要的振动监测手段则很难保证振动安全。通过振动监测，找出爆破振动的规律特点，然后观测一定的调试方案对振动效果的改善情况，根据监测结果才能最终确定综合改进的技术措施。 2）减小爆破夹制作用 本工程的试验研究中突出了掏槽爆破的振动效应，最后通过改进掏槽方案，减少爆破夹制作用，实现了弱振动爆破。说明在某些情况下通过改善临
13、空面条件、减轻爆破夹制作用，可以大幅度降低爆破振动。 83）充分利用高段位雷管点火延时分散性 普通毫秒雷管都是通过内置延期药来实现分段延期的，雷管段位越高，延期药柱越长，延期反应时间误差越大，如 8 段以上段位的雷管同段位延时误差大字 25ms 以上，从扩槽眼和周边光爆眼的爆破振动波形和峰值特点分析，8 段位以上段位的雷管多孔同段爆破时振动波分散明显。段位越高、炮孔越多，其振动波分散越明显，按爆破振动衰减理论，此时爆破振动峰值所对应的单响药量越小。所以安排高段位雷管多孔同段爆破，可适当减小爆破振动峰值的预测值。 4）减小爆破单响药量 理论和实践证明，减小爆破单响药量与降低爆破振动是成比例的，任
14、何敏感地段的爆破都要控制爆破单响药量。但是若设计的爆破单响药量过小，将会影响一次爆破规模，延长工期或加大控制爆破的成本。 5）其它减振技术措施 其它减振技术措施主要指辅助隔振措施，如周边开槽、预裂隔振法、孔底空气间隔装药的缓冲爆破法，保护物附近开挖减振沟等不同的隔振措施。 (a) 优化后的掏槽方案 9(a) 爆破振动波 图 4 优化后的掏槽爆破方案及爆破振动波 5 结语 本工程中遇到了浅埋隧道穿越振动敏感区段的爆破掘进，在工期压力紧张的条件下，若不采取一系列综合措施，只是简单地减小爆破规模，将使工程成本大增。本论文在项目部白土山隧道出口作试验段，在西梁隧道进口进行了实际应用，经实践表明跟踪监测
15、和综合调试的研究方法是有效的，采以减小掏槽爆破的夹制作用，合理的毫秒延时起爆和控制爆破单响药量等综合减振措施是成功的，满足了掘进速度和振动安全两方面的要求。 参考文献： 1 邓飞.矿山工程爆破M.北京:化学工业出版社,2009. 2 林德余.矿山爆破工程M.河北:冶金工业出版社,1993. 103 顾毅成,史雅语,金骥良.工程爆破安全M.合肥:中国科学技术大学出版社,2009. 4 田中彪.矿山爆破技术安全措施的预防J.中小企业管理与科技.2009,5. 5 郭兴明.爆破安全技术M.北京 :化学工业出版社 ,2009. 6白土山隧道施工组织设计，西梁隧道施工组织设计，铁道部第三勘查设计院施工图纸。
