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大跨隧道下穿既有高速公路的爆破减震技术的创新

发布于：2015-09-28 11:19:28 来自：道路桥梁/隧道工程 [复制转发]

爆破振动对地表及其他建筑物会产生严重的危害，每年因爆破施工不当引起路面大量沉降甚至坍塌的事故时有发生，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响[1]。因此，隧道近距离下穿高速公路是浅埋暗挖施工中需要高度重视的问题。长期以来，国内外专家对工程爆破振动效应进行了大量的研究工作，主要可归纳为以下几个方面：爆破地震波特征及传播规律研究；爆破振动强度的预测研究；爆破振动安全评估研究；结构在爆破地震作用下的动力响应研究；爆破振动强度的影响因素及减振措施研究[26]。本文以贵广铁路斗篷山一级风险隧道工程为依托，通过进行爆破进行振动监测确定合理爆破振动速度，从而修正和优化爆破施工设计，并针对节理发育岩体的爆破设计进行了优化，得到了一整套适宜于节理发育岩体的爆破减振辅助措施。
　　1 工程概况
　　斗篷山隧道为贵（阳）广（州）高速铁路线上的1座I级风险隧道。隧道里程为DK98+841～DK106+210，全长7 369 m，最大埋深为470 m，最大跨度为14 m。隧道位于贵州省黔南州都匀市西郊，地处苗岭山脉的腹部区。全隧通过二条断层破碎带，主要不良地质为岩溶、古崩塌堆积体、下穿两条既有高速公路、软质岩大变形和岩爆等。洞身地质主要以灰岩、白云岩为主，节理较发育，地表溶蚀及洞内岩溶强烈发育，地下水为岩溶管道水，含水量丰富。Ⅴ级围岩长564 m，占全隧总长的7.7%；Ⅳ级围岩长1 540 m，占全隧总长的20.8%；Ⅲ级围岩长5 005 m，占全隧总长的67.9%；Ⅱ级围岩长130 m，占全隧总长的1.8%。隧道纵断面为人字坡，进口段上坡坡度为3‰，坡长2 159 m，中间段下坡坡度为16.7‰，坡长4 500 m，出口段为坡度173‰的710 m下坡。斗篷山隧道进口段在DK99+760、DK99+930，下穿厦蓉高速公路，与其交角分别为12°、15°，其路面距本隧拱顶约30 m。出口段在里程DK106+023下穿贵新高速公路，相交角度为60°，路面距本隧道拱顶20.13 m。

　　2 浅埋隧道下穿高速公路的爆破监测
　　2.1 监测仪器及测点布置
　　本工程将对振动速度进行监测。监测仪器采用TC3850振动记录仪仪器。监测流程示意图及仪器见图1和图2所示。本工程中对贵新高速公路（DK106+023）三处断面上进行监测。高速公路测点布置在公路两边，具体布置如图3和图4所示。
　　2.2 监测数据处理与分析
　　监测数据结果共17组，如表1所示。从表1可看出，最大振动合速度为6.82 cm·s-1，小于爆破振动安全允许标准（10 cm·s-1）。满足高速公路运营要求，说明所采用的爆破方案和爆破参数是有效的。
　　3 节理发育岩体爆破参数优化研究
　　在现场爆破振动测试的基础上，确定爆破振动的场地、围岩影响系数、爆破振动频率及持续时间。在此基础上，运用爆炸力学及岩土动力学的理论和方法对爆破设计参数（单段爆破用药量、掏槽眼位置、掏槽形式、导爆管段差、孔眼布置等）进行优化研究[79]。
　　3.1 炸药选型及装药量
　　理论和实践证明，炸药爆速对爆破质点振动速度有直接影响，爆速越高，爆破产生的振动越大，相反爆速越低，爆破产生的振动越小。因此工程选用小直径低爆速爆速低的乳化炸药，其具体参数见表3。
　　3.2 掏槽形式
　　隧道爆破的掏槽眼是爆破成败的关键，也是产生最大振动速度的部位，因此本隧道开挖掏槽的形式为楔形掏槽（斜掏）。
　　3.3 炮眼布置
　　炮眼布置方式主要由炮眼直径和炮眼深度两部分构成。一般来说，炮眼直径越大，装药量也就越多，爆破效果也就越好，但相应的钻眼速率降低，而且也影响围岩稳定性。
　　周边炮眼应沿隧道开挖轮廓线布置，辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼应加深10～20 cm。在确定炮眼直径时，可以根据围岩特性、钻爆效率等因素，选取合理孔径。隧道的炮眼直径一般在32～50 mm区间之内。炮眼深度对于隧道开挖掘进速度和炮眼利用率均有影响，加长炮眼深度可以减少隧道循环作业的次数，有效提高工作效率。本次隧道属于近距离下穿既有高速公路，需要进行控制爆破，故炮眼深度为80 mm。
　　3.4 光面爆破
　　隧道爆破应采用光面爆破或预留光爆层爆破，光面爆破参数通过试验确定。光爆孔沿隧道壁均匀布置，隧道壁光面爆破参数如下：光爆孔间为40 cm，光爆层厚70～80 cm，底部加强装药，装药量为200 g，孔口填塞50 cm，中间装药量为50 g，装药间隔为50 cm，用导爆索起爆。光面爆破采用Φ32 mm药卷、导爆索、竹片捆绑下孔的装药结构。
　　3.5 起爆网络设计
　　爆破振动与同段起爆的炸药量密切相关，采用非电毫秒雷管微差起爆技术，不但能控制单段雷管的起爆药量，又能有效地控制每段雷管间的起爆时间，使爆破振动波不叠加。毫秒爆破原理是雷管严格按照一定的顺序起爆炸药包组，使爆破前后阶段的时间间隔极其短促，以毫秒计算。爆破产生的岩石破坏作用力可以相互叠加，使岩石极易被炸碎，同时前后段爆破传递到围岩内部的冲击波又可以相互干扰、相互抵消，使冲击波对围岩的振动破坏作用大为减弱。这样既能保证岩石破碎达到理想爆破效果，又能消除爆破振动的有害效应。隧道采用孔内同段、孔外微差的起爆网络，在掏槽眼、辅助眼、底眼及周边眼中，起爆药量较大段别雷管间隔时差不小于20 ms，起爆雷管采用国产系列非电毫秒雷管，这样可以使爆破振动速度降低30%。

　　4 施工监控量测结果分析
　　通过对路面沉降、洞内拱顶收敛变形和爆破振动合速度的监控量测，综合分析隧道施工过程中的减振效果。洞外路面沉降观测埋设6个断面共计46个观测点，通过监测，位移累计值最大的点是DK106+068的C4点，为32 mm。最大变化速率为15 mm·d-1。隧道正上方的点监控量测情况见图9。
　　图10为洞内拱顶下沉变化，从监控量测的数据来看，按优化后的爆破参数施工，洞内拱顶下沉、净空变化的累计值均控制在基准范围之内，且变化趋于稳定。

高速公路隧道公路

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只看楼主我来说两句

qq_1418009376276 沙发

谢谢楼主分享

2016-07-22 10:06:22
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co1469005407542 板凳

:):D:lol:victory:

2016-07-22 08:05:22
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