36
工业安全与环保
Indus trial Safety and Envi ronmental Protec tion
2010年第36卷第12期December 2010
超小净距交叉隧道爆破与安全技术
徐顺香
(武汉科技大学 武汉430081)
摘 要 介绍了采用下导坑领先再分三步全断面扩大的爆破开挖方法, 通过现场监测, 参考岩石破坏的最大峰值速度, 对在空间上形成超小净距交叉隧道、平面上形成小净距平行隧道工程的爆破震动监测及控制爆破技术进行探讨, 对爆破设计、炮眼水压爆破、单孔单响毫秒微差爆破起爆网路和爆破安全控制技术进行了分析和论述。并通过对既有隧道开展围岩稳定性、爆破振动监测和信息化施工的监测, 根据各个测点测试的震动速度值和观察的实际情况, 进一步验算爆破震动、调整爆破参数和网路, 使爆破产生的质点振动速度控制在安全范围内, 在确保既有隧道结构的安全和正常营运的同时使在建隧道顺利通过。
关键词 隧道 小净距 立体交叉 爆破安全 振动监测
Blasting Safety Technologies in the Circumstance of Cross Tunnels with Small Interval
XU Shunxi ang
(Wuhan U niversity o f Sc ienc e &Tec hnology Wuhan 430081)
Abstract This paper introduces blas ting based excavation me thod featured by access ramp as passage prior to overall 3-step cros s section extending operation, discuss es blas ting vi bration monitoring and blas ti ng control tec hnologies in construction of cross tunnels with s mall i nter val developed i n the space and parallel tunnels with small i nterval on the plane based upon field monitoring data, c onsideri ng ul ti mate peak rate of rock failure, and anal yzes technologies i n blasting design, hole hydraulic bl as ti ng, blasting network for s ingle hole mi lli second blasting once of eac h time and blasting safety control. Through monitoring on rock mas s s tability, blas ti ng vibration and information oriented cons truc tion and based on the actual results of observations and vibrati on rate val ue tested at various measuring points, furtherl y the blasting vibration is checked and blas ting parameters and network is adjusted to c ontrol blasting s peci fic peak particle velocity within safety limit, not only en s ure the safety and normal operati on of the existed tunnel structures, but al so to safeguard the s mooth passage of the cons tructing tunnel. Key Words tunnel small interval overhead crossing blas ting safety vibration moni toring
1 工程概况
泉州大坪山非机动车及人行隧道位于泉州市区, 全长1356m, 隧道宽7. 0m, 高5. 0m, 隧道净面积31. 307m 2。进洞口紧贴坪山路, 附近有大量的建筑物, 出洞口位于大坪山东侧玉田村西面。北与现有的大坪山机动车隧道近平行, 最小水平净距高8. 50m 。隧道中线分别于K0+638. 753、K0+702. 404与既有高速公路大坪山隧道左、右线立体交叉, 高速公路隧道在上, 非机动车隧道在下, 新建隧道拱顶与既有高速公路隧道底的最小净距高5. 50m 。在K0+600~K0+900段为大坪山村, 与隧道高差约70m 。K0+605~K0+735为 级围岩。为了确保既有高速公路和机动车隧道的正常营运, 必须尽量减少开挖爆破对上部大坪山村、既有高速公路和机动车隧道造成的震动影响。因此与既有高速公路隧道立体交叉的爆破施工是本工程施工控制的重点。2 爆破总体方案
为了确保既有隧道结构的安全和正常营运, 与既有高速公路隧道立体交叉的爆破开挖采用控制爆破技术, 通过采用合理的下导坑领先再分三步全断面扩大的爆破开挖方法, 采用光面爆破技术、合理的掏槽技术、单孔单响毫秒微差爆破、改善装药结构、控制循环进尺等方法, 减少爆破振动, 避免各利于探明前方的地质条件, 增加爆破自由面, 拉开工序, 安排较多人力, 加快施工进度。全断面扩大分3次爆破, 所有炮眼都与导坑前进方向平行, 炮眼距离大于最小抵抗线, 采用炮眼水压爆破装药结构; 起爆次序是:靠临空面的炮眼先起爆, 依次由下向上, 由里向外爆破。下导坑长度控制在8~10m, 每环进尺1~1. 5m 。图1为下导坑领先再全断面扩大的爆破开挖示意。
图1 下导坑领先再全断面扩大的爆破开挖示意
在既有高速公路隧道内布设振动速率监控观测点来测量新建隧道爆破时既有隧道质点的速度, 作为衡量隧道爆破振动强度的参量。施工过程中根据对既有隧道的监控数据结合围岩情况及时调整爆破设计参数, 选择合理的起爆网路和装药量, 严格控制爆破振动速度, 减小爆破振动对既有隧
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3 爆破设计
由于围岩较坚硬, 采用五梅花小直径中空直眼掏槽。表1为爆破参数表。
表1 爆破参数
雷管
部位序号
段别
下导坑11 23~8 39 410 511~15 615~19 720 8 第一区间112~13
214~15 316~19 420 52~4 65~6 76~10 811第二区间11~4
25~9 311~19第三区间11~4
25~9 311~18合计
装药量/kg
炮孔名称眼深/m 眼数/个
单眼总装药
掏槽眼1. 411. 681. 68掏槽眼1. 441. 24. 8掏槽眼1. 441. 14. 4扩槽眼1. 331. 13. 3下导坑助眼1. 3120. 67. 2下导坑周边眼1. 3150. 34. 5下导坑底板眼1. 360. 63. 6掏槽空眼1. 34掘进眼1. 350. 52. 5隧道内圈眼1. 360. 53. 0隧道周边眼1. 3130. 22. 6隧道底板眼1. 340. 62. 4掘进眼1. 350. 52. 5隧道内圈眼1. 360. 53. 0隧道周边眼1. 3120. 22. 4隧道底板眼1. 330. 61. 8掘进眼1. 340. 52. 0隧道内圈眼1. 350. 52. 5隧道周边眼1. 3110. 22. 2掘进眼1. 340. 52. 0隧道内圈眼1. 350. 52. 5隧道周边眼1. 3110. 22. 2 143 63. 08
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4. 3 单孔单响微差起爆
选择合理的起爆时差及雷管段数, 各炮孔之间采取了合
理的时差间隔, 保证了主震动频率不接近于被保护建筑物的自振频率, 同时使地震波之间不产生叠加。使前后段爆破时差在25~50ms, 能避免后一段地震波与前段相叠加, 起到较好的减震效果。采用单孔单响的孔内外微差导爆管雷管爆破网络, 孔内为MS15导爆管雷管, 排间为MS15段导爆管雷管, 孔间采用MS2段导爆管雷管。4. 4 采用炮眼水压爆破装药结构
辅助孔和掏槽孔均为耦合装药, 炮孔采用炮眼水压爆破装药结构, 减少炮眼装药量, 降低爆破振动效应, 先在炮眼底部装入一个水袋, 然后装所需的炸药, 根据炮眼不同深度再装入2~3个水袋, 最后用炮泥回填堵塞到炮眼口。4. 5 实行爆破震动监测
根据各个测点测试的震动速度值和观察的实际情况, 进一步验算爆破震动, 调整爆破参数和网路, 以确保爆破震动的安全。
5 与既有隧道立交段施工中的监测
在新建隧道与既有隧道交叉地段开展围岩稳定性、爆破振动监测和信息化施工的监测, 为施工决策提供依据。
(1) 既有隧道隧道路面、衬砌边墙的爆破地震波峰值监测, 隧道路面的质点位移最大值监测。隧道路面地震波测点沿既有隧道中线布置; 隧道衬砌边墙每断面对称布置2个测点。当爆破振动速度大于警戒值5cm/s 时, 应及时调整爆破设计参数。
(2) 既有隧道中心底板的沉降和衬砌边墙部位的表面应变监测。底板的沉降警戒值为30mm, 衬砌边墙部位的允许应变为-410~44. 11 。(3) 新建隧道的洞内观察。洞内开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次, 内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、涌水情况及底板是否隆起等, 当地质情况基本无变化时, 可每天进行一次, 观察后应绘制开挖工作面略图。在观察过程中如发现地质条件恶化, 初期支护发生异常现象, 应立即采取应急措施, 并设专人不间断观察。
(4) 隧道拱顶沉降及周边收敛观测。拱顶沉降控制值为60mm, 警戒值为48mm 。水平收敛控制值为120mm, 警戒值为96mm 。6 结论
(1) 隧道开挖过程中的控制爆破是施工的关键环节, 应通过对新隧道爆破施工时监测既有隧道的最大爆破振动速度值, 来不断完善修改爆破方案, 合理调整爆破设计参数。(2) 隧道爆破设计掏槽眼尽量布置在远离既有机动车隧道的下侧, 以加大掏槽部位爆源至既有隧道的距离, 减少掏槽爆破对两隧道间岩体和既有隧道的振动影响。
(3) 采用单孔单响毫秒微差爆破, 严格控制最大一段的起爆药量, 可以大大降低爆破振动效应, 能取得较好的爆破效果。
(4) 采用炮眼水压爆破装药结构可以减少炮眼装药量, 降低爆破振动效应, 还能大大降低粉尘浓度, 值得大力推广。
参考文献
[1]陈德志, 徐顺香. 减少路堑开挖爆破对邻近民房影响的控制技术[J]. 工程爆破, 2001, 7(3):60-63.
(收稿日期:2009-12-29)
注:炮眼利用率, 每循环进尺1. 2m, 炮眼密度2. 77个/m, 单位体积耗药量1. 22kg/m3, 开挖方量51. 56m 3。
4 爆破安全技术
4. 1 控制最大段药量
隧道爆破引起的爆破地震波强度大小将直接影响民房的安全和临近既有隧道的安全, 根据! 爆破安全规程∀(GB6722#2003) 的规定, 民房为砖混结构建筑质点振动速度控制在2cm/s 内, 临近既有隧道质点振动速度控制在6cm/s 内。最大段药量由萨氏公式进行计算:
Q max =R 3(V/K ) 3/a 式中, V 为被保护物质点振动速度, cm/s; Q max 为单段最大起爆药量, kg; R 为爆源至被保护物的距离, m; K 为地质参数, 取K =100; 为衰减系数, 取 =1. 5。由于R 的取值不同, 可以计算出不同距离的允许安全药量见表2, 并根据距离, 采用孔内与孔外微差爆破, 确定允许最大一段药量。
表2 不同距离的允许最大一段药量
距离/m 5. 566. 577. 588. 599. 51010. 511最大一段
0. 60. 70. 91. 21. 51. 82. 22. 63. 03. 64. 24. 8
药量/kg
4. 2 采用分次爆破, 控制循环进尺
采用下导坑领先再分三步全断面扩大的开挖方法, 为保证既有隧道的爆破振速不超限, 掏槽眼尽量布置在远离既有机动车隧道的下侧, 以加大掏槽部位爆源至既有隧道的距离。创造良好的临空面, 使爆破炮孔从临空面开始逐段由近向远按顺序间隔起爆, 减少爆破的夹制作用, 可有效地降低爆破震动效应。下导坑的进尺应适当缩小, 扩大刷帮和挖底、挖边墙, 临空面增加, 爆破断面较小, 则可采用较大的进尺。下导坑爆破进尺0. 8~1. 3m, 全断面扩大进尺为1. 5m 。
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Indus trial Safety and Envi ronmental Protec tion
2010年第36卷第12期December 2010
超小净距交叉隧道爆破与安全技术
徐顺香
(武汉科技大学 武汉430081)
摘 要 介绍了采用下导坑领先再分三步全断面扩大的爆破开挖方法, 通过现场监测, 参考岩石破坏的最大峰值速度, 对在空间上形成超小净距交叉隧道、平面上形成小净距平行隧道工程的爆破震动监测及控制爆破技术进行探讨, 对爆破设计、炮眼水压爆破、单孔单响毫秒微差爆破起爆网路和爆破安全控制技术进行了分析和论述。并通过对既有隧道开展围岩稳定性、爆破振动监测和信息化施工的监测, 根据各个测点测试的震动速度值和观察的实际情况, 进一步验算爆破震动、调整爆破参数和网路, 使爆破产生的质点振动速度控制在安全范围内, 在确保既有隧道结构的安全和正常营运的同时使在建隧道顺利通过。
关键词 隧道 小净距 立体交叉 爆破安全 振动监测
Blasting Safety Technologies in the Circumstance of Cross Tunnels with Small Interval
XU Shunxi ang
(Wuhan U niversity o f Sc ienc e &Tec hnology Wuhan 430081)
Abstract This paper introduces blas ting based excavation me thod featured by access ramp as passage prior to overall 3-step cros s section extending operation, discuss es blas ting vi bration monitoring and blas ti ng control tec hnologies in construction of cross tunnels with s mall i nter val developed i n the space and parallel tunnels with small i nterval on the plane based upon field monitoring data, c onsideri ng ul ti mate peak rate of rock failure, and anal yzes technologies i n blasting design, hole hydraulic bl as ti ng, blasting network for s ingle hole mi lli second blasting once of eac h time and blasting safety control. Through monitoring on rock mas s s tability, blas ti ng vibration and information oriented cons truc tion and based on the actual results of observations and vibrati on rate val ue tested at various measuring points, furtherl y the blasting vibration is checked and blas ting parameters and network is adjusted to c ontrol blasting s peci fic peak particle velocity within safety limit, not only en s ure the safety and normal operati on of the existed tunnel structures, but al so to safeguard the s mooth passage of the cons tructing tunnel. Key Words tunnel small interval overhead crossing blas ting safety vibration moni toring
1 工程概况
泉州大坪山非机动车及人行隧道位于泉州市区, 全长1356m, 隧道宽7. 0m, 高5. 0m, 隧道净面积31. 307m 2。进洞口紧贴坪山路, 附近有大量的建筑物, 出洞口位于大坪山东侧玉田村西面。北与现有的大坪山机动车隧道近平行, 最小水平净距高8. 50m 。隧道中线分别于K0+638. 753、K0+702. 404与既有高速公路大坪山隧道左、右线立体交叉, 高速公路隧道在上, 非机动车隧道在下, 新建隧道拱顶与既有高速公路隧道底的最小净距高5. 50m 。在K0+600~K0+900段为大坪山村, 与隧道高差约70m 。K0+605~K0+735为 级围岩。为了确保既有高速公路和机动车隧道的正常营运, 必须尽量减少开挖爆破对上部大坪山村、既有高速公路和机动车隧道造成的震动影响。因此与既有高速公路隧道立体交叉的爆破施工是本工程施工控制的重点。2 爆破总体方案
为了确保既有隧道结构的安全和正常营运, 与既有高速公路隧道立体交叉的爆破开挖采用控制爆破技术, 通过采用合理的下导坑领先再分三步全断面扩大的爆破开挖方法, 采用光面爆破技术、合理的掏槽技术、单孔单响毫秒微差爆破、改善装药结构、控制循环进尺等方法, 减少爆破振动, 避免各利于探明前方的地质条件, 增加爆破自由面, 拉开工序, 安排较多人力, 加快施工进度。全断面扩大分3次爆破, 所有炮眼都与导坑前进方向平行, 炮眼距离大于最小抵抗线, 采用炮眼水压爆破装药结构; 起爆次序是:靠临空面的炮眼先起爆, 依次由下向上, 由里向外爆破。下导坑长度控制在8~10m, 每环进尺1~1. 5m 。图1为下导坑领先再全断面扩大的爆破开挖示意。
图1 下导坑领先再全断面扩大的爆破开挖示意
在既有高速公路隧道内布设振动速率监控观测点来测量新建隧道爆破时既有隧道质点的速度, 作为衡量隧道爆破振动强度的参量。施工过程中根据对既有隧道的监控数据结合围岩情况及时调整爆破设计参数, 选择合理的起爆网路和装药量, 严格控制爆破振动速度, 减小爆破振动对既有隧
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3 爆破设计
由于围岩较坚硬, 采用五梅花小直径中空直眼掏槽。表1为爆破参数表。
表1 爆破参数
雷管
部位序号
段别
下导坑11 23~8 39 410 511~15 615~19 720 8 第一区间112~13
214~15 316~19 420 52~4 65~6 76~10 811第二区间11~4
25~9 311~19第三区间11~4
25~9 311~18合计
装药量/kg
炮孔名称眼深/m 眼数/个
单眼总装药
掏槽眼1. 411. 681. 68掏槽眼1. 441. 24. 8掏槽眼1. 441. 14. 4扩槽眼1. 331. 13. 3下导坑助眼1. 3120. 67. 2下导坑周边眼1. 3150. 34. 5下导坑底板眼1. 360. 63. 6掏槽空眼1. 34掘进眼1. 350. 52. 5隧道内圈眼1. 360. 53. 0隧道周边眼1. 3130. 22. 6隧道底板眼1. 340. 62. 4掘进眼1. 350. 52. 5隧道内圈眼1. 360. 53. 0隧道周边眼1. 3120. 22. 4隧道底板眼1. 330. 61. 8掘进眼1. 340. 52. 0隧道内圈眼1. 350. 52. 5隧道周边眼1. 3110. 22. 2掘进眼1. 340. 52. 0隧道内圈眼1. 350. 52. 5隧道周边眼1. 3110. 22. 2 143 63. 08
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4. 3 单孔单响微差起爆
选择合理的起爆时差及雷管段数, 各炮孔之间采取了合
理的时差间隔, 保证了主震动频率不接近于被保护建筑物的自振频率, 同时使地震波之间不产生叠加。使前后段爆破时差在25~50ms, 能避免后一段地震波与前段相叠加, 起到较好的减震效果。采用单孔单响的孔内外微差导爆管雷管爆破网络, 孔内为MS15导爆管雷管, 排间为MS15段导爆管雷管, 孔间采用MS2段导爆管雷管。4. 4 采用炮眼水压爆破装药结构
辅助孔和掏槽孔均为耦合装药, 炮孔采用炮眼水压爆破装药结构, 减少炮眼装药量, 降低爆破振动效应, 先在炮眼底部装入一个水袋, 然后装所需的炸药, 根据炮眼不同深度再装入2~3个水袋, 最后用炮泥回填堵塞到炮眼口。4. 5 实行爆破震动监测
根据各个测点测试的震动速度值和观察的实际情况, 进一步验算爆破震动, 调整爆破参数和网路, 以确保爆破震动的安全。
5 与既有隧道立交段施工中的监测
在新建隧道与既有隧道交叉地段开展围岩稳定性、爆破振动监测和信息化施工的监测, 为施工决策提供依据。
(1) 既有隧道隧道路面、衬砌边墙的爆破地震波峰值监测, 隧道路面的质点位移最大值监测。隧道路面地震波测点沿既有隧道中线布置; 隧道衬砌边墙每断面对称布置2个测点。当爆破振动速度大于警戒值5cm/s 时, 应及时调整爆破设计参数。
(2) 既有隧道中心底板的沉降和衬砌边墙部位的表面应变监测。底板的沉降警戒值为30mm, 衬砌边墙部位的允许应变为-410~44. 11 。(3) 新建隧道的洞内观察。洞内开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次, 内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、涌水情况及底板是否隆起等, 当地质情况基本无变化时, 可每天进行一次, 观察后应绘制开挖工作面略图。在观察过程中如发现地质条件恶化, 初期支护发生异常现象, 应立即采取应急措施, 并设专人不间断观察。
(4) 隧道拱顶沉降及周边收敛观测。拱顶沉降控制值为60mm, 警戒值为48mm 。水平收敛控制值为120mm, 警戒值为96mm 。6 结论
(1) 隧道开挖过程中的控制爆破是施工的关键环节, 应通过对新隧道爆破施工时监测既有隧道的最大爆破振动速度值, 来不断完善修改爆破方案, 合理调整爆破设计参数。(2) 隧道爆破设计掏槽眼尽量布置在远离既有机动车隧道的下侧, 以加大掏槽部位爆源至既有隧道的距离, 减少掏槽爆破对两隧道间岩体和既有隧道的振动影响。
(3) 采用单孔单响毫秒微差爆破, 严格控制最大一段的起爆药量, 可以大大降低爆破振动效应, 能取得较好的爆破效果。
(4) 采用炮眼水压爆破装药结构可以减少炮眼装药量, 降低爆破振动效应, 还能大大降低粉尘浓度, 值得大力推广。
参考文献
[1]陈德志, 徐顺香. 减少路堑开挖爆破对邻近民房影响的控制技术[J]. 工程爆破, 2001, 7(3):60-63.
(收稿日期:2009-12-29)
注:炮眼利用率, 每循环进尺1. 2m, 炮眼密度2. 77个/m, 单位体积耗药量1. 22kg/m3, 开挖方量51. 56m 3。
4 爆破安全技术
4. 1 控制最大段药量
隧道爆破引起的爆破地震波强度大小将直接影响民房的安全和临近既有隧道的安全, 根据! 爆破安全规程∀(GB6722#2003) 的规定, 民房为砖混结构建筑质点振动速度控制在2cm/s 内, 临近既有隧道质点振动速度控制在6cm/s 内。最大段药量由萨氏公式进行计算:
Q max =R 3(V/K ) 3/a 式中, V 为被保护物质点振动速度, cm/s; Q max 为单段最大起爆药量, kg; R 为爆源至被保护物的距离, m; K 为地质参数, 取K =100; 为衰减系数, 取 =1. 5。由于R 的取值不同, 可以计算出不同距离的允许安全药量见表2, 并根据距离, 采用孔内与孔外微差爆破, 确定允许最大一段药量。
表2 不同距离的允许最大一段药量
距离/m 5. 566. 577. 588. 599. 51010. 511最大一段
0. 60. 70. 91. 21. 51. 82. 22. 63. 03. 64. 24. 8
药量/kg
4. 2 采用分次爆破, 控制循环进尺
采用下导坑领先再分三步全断面扩大的开挖方法, 为保证既有隧道的爆破振速不超限, 掏槽眼尽量布置在远离既有机动车隧道的下侧, 以加大掏槽部位爆源至既有隧道的距离。创造良好的临空面, 使爆破炮孔从临空面开始逐段由近向远按顺序间隔起爆, 减少爆破的夹制作用, 可有效地降低爆破震动效应。下导坑的进尺应适当缩小, 扩大刷帮和挖底、挖边墙, 临空面增加, 爆破断面较小, 则可采用较大的进尺。下导坑爆破进尺0. 8~1. 3m, 全断面扩大进尺为1. 5m 。