城市山体隧道立体交叉及下穿既有建筑物减少岩体扰动爆破施工研究

李德柱

摘要：为减少城市山体隧道爆破施工对周边建筑物的扰动，对电子雷管控制爆破工艺流程进行研究。结合中铁九局集团有限公司承建的大连市南部滨海大道隧道工程三标段控制爆破施工，对电子雷管控制爆破的控制标准、爆破参数、炮眼布置、钻孔清孔、雷管注册、装药填堵、组网检测和振速检测等关键技术进行研究。通过电子雷管控制爆破技术，大连市南部滨海大道隧道工程三标段控制爆破施工达到了降低噪音、减小扰动、缩短工期、节约成本等预期效果。

Abstract： In order to reduce the disturbance to surrounding buildings in the blasting construction of urban mountain tunnels， the process flow of electronic detonator controlled blasting is studied. Combined with the control blasting construction of the third section of the Dalian Binhai Avenue Tunnel Project undertaken by China Railway No.9 Group Co.， Ltd.， the control standard， blasting parameters， blasthole arrangement， drilling clearance， detonator registration and charge filling， network detection and vibration speed detection of the electronic detonator controlled blasting are studied. By used of the electronic detonator controlled blasting technology， the controlled blasting construction of the third section of the Binhai Avenue Tunnel Project in the south of Dalian has achieved the expected effects of reducing noise， reducing disturbances， shortening the construction period and saving costs.

關键词：城市山体隧道;爆破施工;电子雷管控制爆破工艺

Key words： urban mountain tunnel;blasting construction;electronic detonator controlled blasting process

中图分类号：U455.6                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）08-0107-05

0  引言

随着我国城市交通工程的快速发展，控制爆破已成为桥梁、隧道、基坑等工程的重要施工手段之一。采用爆破施工时，不但要注重结构支撑强度，更要同时兼顾附近建筑物安全和居民的震感，这种情况下电子雷管控制爆破施工的优势得到了充分体现[1，2]。目前，工程上广泛使用的电雷管和非电雷管（导爆管雷管）的延期方法主要采取控制化学药剂燃烧速度。采用化学延期药剂实现延期，由于受工艺水平的影响，精度较差，延期误差为±10ms～±150ms[3]。电子雷管延期方法是采用一个微电子芯片取代普通电雷管中的化学延期药来实现延期，大大地提高了延时精度，延时误差0.1～1ms，延期精度在±0.1%以内，同时可以根据实际需要任意设定延期时间，最长可达16s。常规雷管由于延时误差大，很难实现错峰降振，其一般为15段位，个别为20个段位，最长延时时间一般小于1000ms，难以避免在复杂环境隧道钻爆施工时，由于同时起爆炮孔数量较多而产生的大幅振动[4-8]。电子雷管延时精准（最大延时时间为16s），便于错峰降振，复杂环境隧道钻爆施工中能够实现单孔起爆，可以大幅降低爆破产生的振动[9，10]。

本文结合中铁九局集团有限公司承建的大连市南部滨海大道隧道工程三标段控制爆破施工案例，对电子雷管控制爆破施工的工艺原理、工法特点和操作流程要点等进行研究。

1  工艺原理

电子雷管由瞬发雷管外挂电子电路构成（如图1）。参考传统电子雷管供电线和通信线复合使用的连接方式，为提高电子雷管的可靠性，采用储能电容C1和C2，提供点火药头所需的能量;为提高电子雷管抗射频、静电、杂散电流等干扰的能力和安全性，采用电子开关K3控制起爆电能的存储，使其只有在连接、检测、延期时间设定等起爆准备完成后方处于待起爆状态。紧急情况需终止爆破操作时，电子开关K2可控制电容C2的储能释放;延期时间到达后，电子开关K1可控制电容C2，将储能释放到电子点火头上，从而完成电子雷管的起爆工作。按照上述原理布设电子雷管，可保证在爆破过程中，若供电线路由于某种原因出现故障，雷管仍能按设定的延期时间完成爆破。

电子雷管爆破能够有效控制爆破效果，保证开挖顺利;将爆破振动控制在建（构）筑物不损坏的范围之内;可实现错峰降振，在复杂环境隧道中能够实现单孔起爆，具有大幅降低爆破产生的振动等优点。适用于大断面隧道下穿既有建筑物、下穿既有线路等，要求控制振速在一定范围内的爆破施工。

2  工法设计

大连市南部滨海大道隧道工程三标段包含多处立体交叉、小净距隧道群，且新建隧道下穿同香山庄居民区、防空洞及既有白云山隧道横洞和西洞，施工条件较为复杂，最小埋深仅2m。经过多次方案比选、论证，决定采用电子雷管控制爆破施工。

施工采用上下台阶法开挖。Ⅴ级围岩每循环开挖进尺控制在0.8～1.0m以内，Ⅳ级围岩每循环开挖进尺控制在2.0～2.4m。隧道爆破方法上台阶采用电子雷管单孔连续起爆或隧道电子雷管与高段位非电雷管联合起爆网路起爆。周边眼采用光面爆破。下台阶采用非电雷管爆破。采用乳化炸药（200g/卷，直径32毫米）。电子雷管和非电毫秒雷管。

2.1 控制标准

隧道电子雷管单孔连续爆破技术中，由于同時爆破的是一个炮孔，爆破振动和噪声可以降低到最低程度;同时可以任意设置炮眼之间的延时间隔，调整爆破振动和噪声的频率，最大限度地减少对居民的影响。采用此类爆破设计方案，应将爆破振动控制在表1所示（GB6722-2003）《爆破安全规程》规定的安全允许振速范围之内，并且保证爆破振动和噪声控制在表2所示（GB6722-2003）《爆破安全规程》不干扰居民的范围内，避免扰民引起社会不良现象，安全、快速、经济地通过下穿地段。

2.2 爆破参数

我国爆破安全规程采用萨道夫斯基公式计算爆破时产生的质点峰值振动速度：

式中：V为质点峰值振动速度，单位cm/s;Q为炸药量，单位kg，齐发爆破时取为总药量，延迟爆破时取为最大一段药量;R为保护目标到爆源的距离，单位m;K和a为与爆破点到计算点间地形、地质条件有关的系数与衰减指数，按表3选取，也可通过类似工程经验或现场试验确定。

2.3 炮眼布设

根据地质资料及现场调研，初步确定K值取250，a值取1.8。隧道覆盖层厚度26-78m，根据式（1）计算，爆破振动控制应在0.5cm/s以下，最大一段药量为0.6kg～14.9kg。电子雷管爆破在钻孔、装药方式上与非电雷管完全相同。电子雷管单孔连续起爆的关键技术在于起爆顺序及起爆延时间隔。为实现有效控制爆破振动，减轻地面震感，隧道开挖进尺2m，共6个段位，炮眼总数96个，电子雷管总数为79发（其中3个转接雷管），20个导爆管，总装药量约56.7kg。炮眼布置如图2所示，爆破参数如表4所示。

2.4 钻孔、清孔、雷管注册

钻孔机械采用以高压风为钻孔动力的潜孔钻机。钻孔过程中，严格控制钻孔的深度、角度和孔位方向，尤为需要注意的是掏槽眼的倾斜度应严格符合设计要求。孔眼钻进过程中需时刻留意地质条件的变化情况，如遇夹层或与表面石质有明显差异的情况应做好记录，并及时调整孔网参数及孔位。钻孔完成后，立即清理孔口浮碴，清孔可采用高压风管机吹孔，吹净后检查炮孔有无卡孔、堵孔现象，并量测眼深、倾斜度和炮孔间距是否满足设计要求。钻好的炮孔，采用编织袋塞紧孔口，防止杂物塞堵。布设电子雷管前先进行注册编号。作用是使用起爆器对雷管身份信息进行采集;雷管编号作用是编号雷管放置于对应的孔中，一一对应。如图3和图4所示，雷管每注册1发，注册界面会提示已注册几发雷管，第几发雷管待注册;雷管每注册1发，可按一定规律进行编号，如A001、A002……

2.5 雷管入孔装药与堵塞

装药前，应认真检查炮孔填堵情况，及时清除孔内杂物和积水。装药过程中应严格按设计每孔药量炸药分好，边量测边装药（如图5）。装药按不偶合间隔装药法进行操作，基底增大装药密度，中间采用钻屑间隔，确保线装药密度符合设计要求。

堵塞物采用含水量为15%～20%（以手握紧后能使之成型，松手后不散开，且手上不沾水迹为准），粒度不大于30mm的细砂和粘土拌和。药卷安放后应立即堵塞，首先塞入可控制堵塞段长度（光爆孔口预留1m～1.5m）的纸团，然后用木炮棍分层压紧捣实，每层10cm左右为宜，堵塞中注意保护雷管引线。

2.6 组网连接与快速检测

网络连接采用并联方式，连接线采用GB标称直径0.5m双绞线，米电阻小于0.09欧，最大通信距离1000米。将炮孔内引出的导爆管分成若干束，分别捆扎在一发（或多发）导爆管传爆雷管上，将这些导爆管传爆雷管（或与另外一些孔内引出的导爆管）再集束捆扎在上一级传爆雷管上，直至用一发或一组起爆雷管激发即可以将整个网络起爆（如图6），这种连接多采用“大把抓”的方法，也称“捆联”。

2.7 起爆和振速检测

设置起爆设备中设置的“延期时间”，开启起爆控制程序，“网路测试”无误后，发出起爆信号，确认设备和人员全部撤离危险区，具备安全起爆条件时，方准发出起爆信号，准许爆破员起爆。

采用UBBOX-5016爆破振动智能监测仪、AWA5636-0型声级计、垂直振动速度传感器和水平振动速度传感器组成的监测系统，对地面振速和振动噪声进行监测。爆破振动测试的重点在于保证建筑物的安全，故监测点布置在离掌子面最近的建筑物附近，控制振速<0.5cm/s，爆破振动主频远离建筑物频率。噪声控制在90dB以下。本次监测测点的掌子面竖向最大振动速度为0.47cm/s，掌子面上方附近地面震感很小，振动噪声74.5<90dB。爆破振动测试波形如图7所示。

2.8 通风、危石处理、爆破效果与质量检查

通风在响炮15分钟后进行，洞口处设一台主风机，为防止洞内排出的污浊空气被再次压入洞内，保证将新鲜空气压入洞内，主风机安装在洞外距洞口30m处。掘进工作面设可加强通风效果的局扇并连接管道，将新鲜空气送到开挖工作面。指定工作人员到作业面，检查有无危石、冒石、瞎炮和支护破坏等现象，如遇上述情况，应按照相关规定立即处理，处理完成后发出解除信号。若出现瞎炮处理，应填写瞎炮处理记录单。如遇危石，应采用装载机或挖掘机等设备配合人工进行处理。爆破完成后应检查爆破效果，并做好记录。根据炸药性能、爆破效果、地质变化等情况，及时调整可满足爆破效果能够满足设计和施工规范要求的爆破参数。严格控制开挖断面的欠挖和超挖现象。当石质坚硬且围岩完整时，允许个别岩石突出部分侵入衬砌（1m3不大于0.1m2）不小于10cm，墙脚和拱脚以上1m范围内严禁欠挖。

根据上述施工工艺设计过程，总结出图8所示电子雷管控制爆破施工工艺流程图。

3  结论

本文针对中铁九局集团有限公司承建的大连市南部滨海大道隧道工程三标段存在立体交叉、小净距隧道群，且新建隧道下穿同香山庄居民区、防空洞及既有白云山隧道横洞和西洞等特点，对扰动较小的电子雷管控制爆破施工工艺进行了研究，所得主要结论如下：

①与现隧道施工普通雷管爆破开挖方法相比，采用电子雷管控制爆破施工工法能防止施工噪音对居民的影响、减少对地表建筑物的震动和围岩的扰动。从而能防止隧道下穿建筑物时的安全，不发生建筑物坍塌损毁。②因振动小，所以每次开挖进尺比新奥法施工进尺要多一倍，在缩短施工工期上起到效果。采用普通雷管爆破法开挖，每循环进尺仅为0.6～0.8m;采用电子雷管控制爆破开挖，每循环进尺加长至2m。③采用该工艺，不但加快了施工进度，比原非电雷管爆破计划工期缩短了近一半时间，而且降低了施工成本，经核实，共节约成本200余万元，平均每米隧道节省3651元。④采用电子雷管爆破，将振速控制在0.5cm/s以下，成功下穿同香山庄居民区，满足了业主和居民的要求，未出现一次阻工现象，达到了最佳的预期效果。

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