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1、公路隧道 2 0 1 2年第 1期 总第 7 7期 苇泽关隧道下穿输水管控制爆破技术 周建博 中交公路规 划设 计院有限公 司北京1 0 0 0 8 8 摘 要 控制爆破技术是我国高速公路山岭隧道最为常用的一种掘进施工方法 爆破参数和操作工艺水平关系 到裸洞质量和对周围环境建筑物的影响 隧道开挖爆破过程中也受到诸多围岩 自身特征 既有建 构 筑物等限 制 苇泽关隧道位于在建的山西省阳泉至娘子关一级公路上 隧道下穿平定县城唯一的供水管道 爆破施工要求 严格 通过合理设计爆破参数 成功穿越与供水管交叉的浅埋段隧道 监测表明 所制定爆破参数和措施合适 可 为其它类似工程提供借鉴 关键词 公路隧道下穿
2、输水管控制爆破施工监测 1 工程概 况 山西阳泉至娘子关一级公路水峪至娘子关段位 于阳泉市平定县境 内 地处太行 山西麓 路线起点 位于平定县巨城镇 大麦峪村南 与坡 头至水峪公路 在 K2 7 0 0 0处相接 经 巨城 下董寨 城西村 苇泽 关 至终点平定县娘子关镇晋冀交界 全线按双向 4车道一级公路标准建设 设计速 度采用 6 0 k m h 整体式路基宽度采用 2 0 0 m 分离 式路基宽 度 采 用 1 0 2 5 m 桥涵 设 计 荷 载采 用 公 路一 I 级 其余技术指标均符合部颁 公路工程技术 标准 J T G B 0 1 2 0 0 3 的规定值 该公路全长约 2 1 9
3、 6 k m 主 要 包 括 桥 梁 4 6 9 1 m 2 2 座 大 桥 4 5 1 3 m 1 9 座 中桥 1 7 8 m 3座 其 中主线桥兼 分离 立交 1 6 座 共设涵洞 2 1道 涵洞兼通道 2道 隧道 5 8 8 3 m 5座 双洞计 长隧道 4 6 4 0 m 3座 中隧道 1 2 4 3 m 2座 设互通式 立交 1处 平面交叉 1 3处 沿线设置完善的安全设施 服务设施和交通管理设 施 设置一处综合管理站 兼有管理中心 养护工区 收费管理的功能 苇泽关隧道位于山西境阳泉至娘子关一级公路 上 左线全长 4 6 7 m 右线全长 4 9 4 m 起讫桩 号分别 为 Z K
4、1 9 3 7 3 Z Kl 9 8 4 0 K1 9 3 8 6 K1 9 8 8 0 进 口位于娘子关镇南侧 山脚 民居处 坡面倾角 约 l 5 隧道轴线与等高线斜交 覆盖层厚度较薄 基岩出露 明显 隧址 区水文地质条件简单 平常在 山坡表 面无 地表水 出露 仅在降水后有短暂 的地表径流 地下水 主要为基岩裂隙潜水 含水量较小 接受大气降水的 补给 水位埋藏度随季节变化和地势的高低变化而 变化 根据勘察结果认为 整个隧道一般情况下不 会出现大规模 的涌水或突水问题 调查表明 隧址 区最高洪水位要低于隧道进 出 口设计高程 采用 狭长水平廊道法对隧道正常涌水量进行预测综合考 虑 隧道正常涌
5、水量 Qs 可按 l 1 2 3 m d考虑 隧址 区内的下伏基岩 主要为奥 陶系灰岩 按其 风化程度呈强风化 中风化岩层状分布带 新建苇 泽关隧道穿越两条输水管 且 隧道洞顶有一蓄水池 及过水隧道与输水管道相接 此供水系统是平定县 县城人民正常生产生活用水 的唯一供水系统 输水 管为 1 号和 2 号两根 其中 1 号水管与隧道左线的 净距为 2 8 9 6 m 2号水管与隧道左线的净距 为 2 7 7 m 里程桩号为 Z K1 9 5 8 0附近 该位置山体 围岩为 级中风化灰 岩 中硬 岩石 该供水管 道为 上世纪 7 O年代建设 管道为直径 1 2 m钢筋混凝土 管 采用承插方式连接
6、连接部位采用橡胶 圈止水 底部采用长 3 5 m 间隔 1 5 m的混凝土底座连接岩 体 图 2 图 1 隧道轴线与输水管位置关系 4 9 公路隧道 2 0 1 2年第 1 期 总第 7 7 期 图 2 输水管实景 2 隧道掘进控 制爆破方案 隧道开挖爆破过程 中 需要保护的对象为年代 久远的砖房 土坯房及平定县供水局提水管等 因此 控制爆 破 振 动 十分 必要 根 据 爆破 安 全 规程 GB 6 7 2 2 2 0 0 3 中的有关规定 本工程爆破振速控 制按照 1 5 c m s 执行 因 目前国内外无供水管 道的抗震破坏标准 故 设计参 照 国家 标 准 爆 破 安 全规 程 GB
7、6 7 2 2 2 0 1 1 该标准规定 的爆破振动安全判据 以振动速 度作为判别依据 规定 了一般建筑物和构筑物 的爆 破地震安全性应满足的安全振动速度要求 综上所述 本工程爆破振速控制按照 1 5 c m s 执行 其 中 左线隧道段 下穿水管段 Z K1 9 5 4 0 一 Z K1 9 5 9 0围岩级别 由 I V级变更为 V级 衬砌类 型由 S 4 b 变更为 S 5 a 本工程为灰岩隧道 采用微震控制爆破技术 开 挖采用光面爆破和预裂爆破 采用微震控制爆破技 术 实施光面爆破施工工 艺流程如图 3 所示 3 掏槽方式及爆破参数 爆破成功关键在于掏槽 的成功与否 控制爆破 的关键
8、在于掏槽眼和周边眼的爆破 掏槽眼位于掌 子面的中心位置 成功的掏槽可 以使炸药爆炸 时有 足够的能量释放空间 使炸药有效 的爆破 减小爆破 震速 从而减小对地表建筑物的震动 3 1 掏槽方式选取 结合本T程的特殊性 利用 中空孔楔形掏槽 少 装药 短进尺 分区启动爆破 可 以很好地控制爆破 震速 保障周边民房 以及洞顶上方 的提水管 为了 有效控制地表提水管的震 动 掏槽可根据现场 围岩 5f 施 工设计 图 施工准备 确定总体施工方案 配备劳动力 机械材料 确定开挖方 法 开挖断 面型式 支护 类型 开挖方 法 顺序 台阶高度 I 爆破震动 I 一 l 霹傲 r 芑 鼓 I l I J J
9、L 上 J L 掏 炮 荛 循 爆 减 环 破 震 进 震 辅 槽 孔 羹 尺 鍪 措 形 布 式 置 埋 设 爆 破I 囊 选 项 施 I JlI m l l 一 H H 一 一 一 一 毒 ql l 爆 破 施 工 I 凋 现场爆破震动 意 翱 监测准备就绪 I画隧道轮廓线 I 女民首 不 目 l 挂 捌 钻 孔 装 药 及 堵 塞 爆破 区哨音示警 I 越l I l l 臣 罩 会昔j 瞥碉j 准 I 否 l落 I 初期支 护 I 做 防 水隔 离 层 二次村翻 结柬 图 3 控 制爆破施工工艺流程 情况 能够采取机械掏槽 为最合理 中空孔掏槽是具有减小振速 的新掏槽技 术 是 通过机械
10、掏槽 例如 1 1 0 mm 1 5 0 mm 空孔 形成减 震孔 即第 2自由面 在爆炸时围岩沿着 第 2自由 面 破碎 开裂 移动 形成有效的能量释放空 问 中空孔楔形掏槽设计 图和隧道开挖断面图见图 4 图 5 图中尺寸以 c m计 5 段 5 殷 A 5 段 5 段 r l l 4 I l 州 图4 隧道开挖面中空孔楔形掏槽设计 单位 c m 爆破过程中的减震作用主要体现在以下两个方 面 1 围岩爆炸时围岩沿着 第二 自由面 破碎 开 裂 移动 减小破碎 移动围岩的阻力 破岩应力范围 扩大 单段药量对周边岩体 的峰值震动范围影 响就 段 段 段 l 蜘 一 一 一 段 段 段 一 二二
11、二二二 圈 U 假 借 一 假 假 周建博 苇泽关隧道下穿输水管控制爆破技 术 小 爆破质点震速也减小 从而提高爆破效果 季 一 辅 l f 一 MS4 一 一 0 一 J 墅 丑 一 一 一 一 空孔 装药孔 Ms 4雷管殷别 图 5 隧道开挖 面爆 破断 面图 2 隔开中空孔两侧爆破产生 的地震波和冲击 波的叠加 由于掏槽减震孔的存在 水平掏槽 空孔 左右两侧炮眼起爆时 彼此之间的地震波和冲击波 叠加的几率减小或错开 从而减小地震波和冲击波 对隧道围岩的破坏能力 从而减小洞顶提水管 的震 动以及对周边民房的影响 3 2 爆破参数的选取 1 炸药种类及装药结构 周边眼 光爆眼采用 3 2 m
12、m 药卷 间隔孔装药 非电毫秒雷管起爆 掏槽 眼 采用乳化 炸药 3 2 mm直径药卷连续 装药 非电毫秒雷管起爆 2 最大装药量的计算 最大单响装药量采取萨氏经验公式 Qm R 3 VKp K 3 a 式中 Qm单段最大装药量 R 一地面建筑物距离爆破中心的距离 VKp 一质点振动速度安全值 a 一地震波衰减系数 表 1 K 与地质和爆破相关的系数 表 1 表 1 爆区不同岩性的 K a值 岩性 K 坚硬岩石 5 O 1 5 O 1 3 1 5 中硬岩石 1 5 O 2 5 0 1 5 1 8 软岩石 2 5 O 3 5 O 1 8 2 0 根据本 工程 的地质 条件和施 工条 件 取 K一
13、 1 5 0 a I 5 按照爆破控制振速 1 5 c m s 及 萨氏经 验公式控制爆破药量 本工程 允 许 爆破 装 药量 2 4 k g K一 1 5 0 a 一 1 5 则受爆破影响距离 l O O m 位置 的民房 爆破振 速 V一0 7 3 c m s 爆破振 速符 合国家标 准对建筑 保护的要求 根据本工程的特殊性 有必要采取爆破试验段 详细记录每次爆 破的药量 炮 眼深度 启动爆 破分 区 爆破效果等 并配合使用振动监测设备 最后根 据试验段摸索经验 确定最终的爆破参数 3 根据上述理论药量分析以及采取试验段探 索经验分析结果 确定输水管道爆破震动安全允许 最大速度为 VK p
14、一1 5 c m s 最小净距取 2 7 7 m 得出不同距离的单项最大药量计算结果见表 2 表 2 单项最大药量计算结果 1 号输水管最大装药量 V 1 5 c m s 左线 右线 里程桩号 距离 R m 药量 Q k g 里程桩号 距离 R m 药 量 Q Z Kl 9 5 2 0 6 6 6 2 9 5 4 K1 9 5 5 O 8 2 4 5 5 6 O 5 Z K1 9 5 4 0 4 9 3 8 1 2 0 4 Kl 9 5 7 O 6 9 2 7 3 3 2 4 ZK1 9 5 6 O 3 5 1 8 4 3 5 K1 9 5 9 0 6 O 2 1 J 6 O ZK1 9 5
15、8 0 2 8 9 6 2 4 3 K1 9 6 1 0 5 6 5 6 l 8 0 9 ZK1 9 6 0 0 3 5 1 9 4 3 6 K1 9 6 3 0 6 O 2 1 6 O ZK1 9 6 2 0 49 3 8 1 2 0 4 K1 9 一 6 5 0 6 9 2 7 3 3 2 4 ZK1 9 6 4 0 6 6 6 2 9 5 4 K1 9 6 7 0 8 2 4 6 5 6 0 7 二号输水管最大装药量 V一1 5 c m s 左线 右线 里程桩号 距离 R m 药量 Q k g 里程 桩号 距离 R m 药量 Q k g Z Kl 9 5 4 0 6 6 0 9 2 8
16、87 KI 9 5 7 0 7 8 1 2 47 6 7 5 1 公路 隧道 2 0 1 2年第 1 期 总第 7 7期 Z K1 9 5 6 48 65 1 1 5 1 K1 9 5 9 0 6 8 2 6 31 8l Z K 1 I 1 5 8 34 1 5 3 9 8 K1 9 6l 0 j 8 81 2 0 3 4 Z K 1 9 6 0 0 2 7 7 2 1 3 K1 9 6 3 0 5 5 3l 1 6 9 2 ZK1 6 2 0 3 4 1 5 3 9 8 K1 9 6 5 0 5 8 81 2 0 3 4 Z Kl 9 6 4 0 4 8 6 5 1 1 51 K1 9 6 7 0 6 8 2 7 3 1 8 2 Z K 1 9 十 6 6 0 6 4 9 2 7 3 4 K 1 9 6 9 0 8 O 3 5 51 8 7 4 噪声控制 4 1 药 量控 制 为降低爆破震动对输水管及周边居 民的影响 每次爆破作业 中控制爆破总药量 按照上述理论药 量装药 同时结合本T程 的试验段总结最合理 的装 药量 对每个炮眼采用炮泥堵塞 炮泥采用较潮湿 的 在装好药的炮孔里放置
