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1、目录摘要2Abstract3第一章 工程概况41.1工程简介41.2周边环境41.2.1南接线段建筑41.2.2北接线段建筑41.3工程难点51.4 月亮山隧道爆破震动控制标准5第二章 普通雷管减震爆破实验的研究62.1隧道全断面微差爆破实验62.1.1爆破设计62.1.2地表震动监测与分析.82.2隧道上下台阶分部微差爆破试验82.3隧道小导洞超前分部微差爆破试验82.4超前下导坑非爆破+预留扩挖层控制爆破减震试验92.5上台阶非爆开挖+下台阶控制爆破减震试验9第三章 数码雷管减震爆破试验的研究103.1数码雷管全断面爆破试验103.2数码雷管全断面爆破试验结果分析11第四章 结论13摘要随
2、着科学技术的发展，在我国山岭密集的地区，跨山隧道工程的建设越来越多，而爆破开挖所引起的各种各样的灾害也越来越繁杂，因此如何减少隧道开挖爆破震动的危害越来越受到社会的广泛关注。与此同时，隧道爆破震动的控制关系到隧道施工的顺利进行和施工人员的生命安全，也成为工程安全建设所需考虑的问题。本论文以黄石月亮山隧道工程为背景，研究分析了减震爆破的控制过程和爆破方法。关键词：浅埋隧道；减震技术；密集民房Abstract With the development of science technology ,there is more and more inter-mountain tunnel constr
3、uction in Chinese mountainous areas ,how to reduce the tunnel blasting vibration hazards is concerned by the society .Tunnel blasting vibration control related to the smooth progress of the tunnel construction and the lives and safety of construction workers .This thesis detailed analysis of this pr
4、oblem under the engineering background at the tunnel project of the Moon mountain in Huangshi City , which introduces blasting method and controlling process to reduce drilling vibration . Key words :Shallowly-buried tunnel; Shock absorption; Dense residences第一章 工程概况1.1工程简介黄石市月亮山隧道是大黄石地区南北向重要通道之一，是连
5、接黄石市西塞山区与汪仁规划区的控制性工程。月亮山隧道工程包括隧道主体工程以及两端接线道路、互通立交工程，路线总长4.02公里，其中隧道主体长3.115km，接线长为0.905km。项目区位长江中游南岸，黄石市磁湖与大冶湖之间。进口段海拔26m，隧道横穿月亮山最高海拔437m。该隧道为构造剥蚀低山-丘陵区地貌，地形起伏大。本项目地处亚热带温暖湿润季风气候区，雨量充沛。隧道区地处扬子地台区，下杨子台坪，大冶台褶带内，节理裂隙中等-弱发育，局部有断层。隧道横穿近东西向的狮子头向斜核部，与向斜轴大致相交于ZK5+380（YK5+380）处，向斜两翼地层为三叠系上统灰岩、泥质灰岩及三叠系下统大冶组灰岩、
6、泥质灰岩等。隧道内围岩大部分为灰岩，层理较发育，局部裂隙发育区有渗水。进出口强风化层状灰岩，山体表部坡残积石土发育，岩体较破碎，节理裂隙发育，呈碎石状。岩层分布主要为级、级和级围岩。1.2周边环境1.2.1南接线段建筑隧道南端位于汪仁镇柯家湾，沿线主要为林地，左线隧道洞口附近有一座东洞隧道，断面宽约3m，局部路段道路红线范围内有零星12层民宅。1.2.2北接线段建筑隧道北端洞口上方西侧约30m处有一座正在使用的陈家湾变电所，隶属于黄石供电公司，为110kv变电站。另北接线高架桥附近分别有铁路和谐佳苑小区和冶钢钢花花苑，其中铁路和谐佳苑小区由三栋高层组成，1号楼为31层，2号楼和3号楼均为22层
7、，均为框架剪力墙结构高层住宅楼，冶钢钢花花苑由3栋10层的建筑组成，北临颐阳路，南临老武黄铁路。1.3工程难点 从工程的重要性来看，月亮山隧道主体长3115m，属双线公路特长隧道，是全线的控制性工程。因此，安全、优质、快速施工对月亮山隧道显得尤为重要。从工程的环境因素来看，月亮山隧道北端洞口埋深较浅，周边房屋抗震等级低，地表房屋密集，爆破震动要求严格，为了确保地面建筑的安全，控制爆破震动强度是重点。因此，有必要对隧道爆破进行研究，以优化爆破参数，形成减震爆破技术，减少爆破危害，保证月亮山隧道安全、快速地施工。1.4 月亮山隧道爆破震动控制标准月亮山隧道下穿中窑湾地表民房，北端洞口处民房密集，既
8、有建筑年代久远的土坯房，也有一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物，对这一带的房屋风险评估确定部分房屋的允许爆破振速只有0.8cm/s，从以往实际爆破来看很难达到这个目标，除非采用非爆破施工和精确的减震爆破方案，但是非爆破施工不仅成本高、效率低，而且与爆破施工相比严重影响施工进度。如果采用现有的爆破器材很难实现精确减震，而数码雷管恰恰弥补了这个缺点，为减震爆破提供了很大的可能性。由于是新型起爆器材，减震技术尚且有待研究，并且价格十分昂贵。考虑到只有极少量的房屋的允许爆破振速是0.8cm/s，我们可以先进行拆迁工作，将其进行拆迁或者进行加固措施。其余房屋均为砖混结构，故在这段隧道进行爆破开挖时爆破允许
9、振速统一按1.5cm/s控制。第二章 普通雷管减震爆破实验的研究隧道进行钻爆法施工时，常采用的开挖方法为全断面开挖法、台阶法开挖法和导坑开挖法三类。如果工程地质条件和周围环境允许，从提高施工效率考虑，隧道爆破施工首选的方法为全断面爆破施工，其次为台阶法爆破施工。月亮山隧道下穿中窑湾地表民房，由于存在着大量的、距隧道拱顶较近的地表建筑物，必须控制爆破产生的震动效应，将爆破震动合理的控制在允许的振速范围以内。针对隧道不同区段的不同控制标准，如何采用合理的减震爆破技术有效地控制爆破震害，减弱爆破地震动量，保证月亮山隧道安全、快速竣工是现场亟需解决的问题。2.1隧道全断面微差爆破实验月亮山隧道南端隧道
10、埋于深山之中，山腰的庙宇离拱顶距离较远，地表建筑物较少，对爆破震动速度控制要求较低，为了提高爆破速率和工程进度，隧道首先采用全断面微差爆破开挖方法进行实验。2.1.1爆破设计1）炮孔布置采用微差爆破控制，沿隧道中心线两侧对称布置垂直楔形掏槽孔，掏槽孔与掌子面呈6070的夹角，孔长为4m。在掏槽孔与边墙之间每间隔1m布置1排辅助孔，共3排，辅助孔垂直掌子面，一排辅助孔深3.5m，二排辅助孔深3.3m，三排辅助孔深3.2m，在掏槽孔上方布置1排内圈眼，2排辅助眼，排距为90cm。掌子面最外层布置一排周边孔，两侧边墙周边孔间距45cm，拱部周边孔间距为40cm。周边眼最小抵抗线为4045cm。图3-
11、1为全断面掘进爆破的炮孔布置图，表3-1为各项爆破参数。图2-1月亮山隧道全断面爆破开挖炮眼布置图，单位cm表2-1月亮山隧道全断面爆破开挖试验参数表炮眼名称段位孔深（m）孔数（个）单段药量（kg）装药长度（m）装药结构总炸药量（kg）掏槽眼12.81218.51.6集中48.0扩槽眼32.689.51.2集中掘进眼52331集中内圈眼72540.8集中周边眼921590.6间隔地板眼112540.8间隔2）装药结构辅助眼、内圈眼、地板眼采用连续装药结构，周边眼采取小直径药卷间隔装药。所有装药炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞长度大于30cm。雷管选用微差毫秒雷管，跳段使用，相邻间隔大于50ms，避免地
12、震波的叠加，减轻震动。沿轮廓线周边设置100mm减震孔，间距40cm，深度同炮眼深度。3）起爆顺序和起爆方法光面爆破起爆顺序按照掏槽眼、辅助眼、崩落眼、周边眼等逐孔起爆，周边眼选用32mm2#岩石乳化炸药，起爆雷管选用较为常见的15段非电毫秒雷管。2.1.2地表震动监测与分析根据实验结果可知，全断面爆破引起的爆破震动速度远大于1.5cm/s，不满足爆破安全控制要求，从波形图可以看出爆破震动最大值点发生在掏槽段，所以想要降低爆破震动，主要从两个方面入手：减少总装药量或限制一次爆破的最大装药量，以控制爆炸能量，从而减轻爆炸强度；需要对掏槽眼进行减震爆破设计。2.2隧道上下台阶分部微差爆破试验从全断
13、面微差爆破实验的结果来看，由于一次爆破断面面积过大，爆破炸药量过多，产生的爆破震动效应较大，无法满足预控爆破振速的要求，故为了降低爆破震动效应，采取上下台阶分部微差爆破，减少一次爆破开挖断面的面积，从而降低爆破总炸药量，并将掏槽眼设置在上台阶底部，以消弱掏槽眼对地表震动的影响。经过实验证明，由于台阶法最大段炸药量的减少，使得爆破振速大大降低，但是爆破震动最大值也发生在掏槽眼。下台阶爆破震动速度满足控制标准，但上台阶爆破引起的爆破震动仍然无法达到爆破安全振速要求，在隧道下穿建筑物的时候，采用台阶法分部微差爆破会影响到建筑物的安全。2.3隧道小导洞超前分部微差爆破试验从全断面微差爆破实验可以看出，
14、由于一次爆破炸药量过多，产生的爆破震动效应过大，无法满足预控爆破的振速要求；从台阶法分部微差爆破实验可以看出，上台阶爆破震动强度过大，仍旧无法满足爆破控制标准。故为了寻找更好的爆破减震方案，故采用小导洞超前分部微差爆破施工，即将隧道分为三部分爆破施工：采用下导坑先行，后续预留扩挖层、光爆层的爆破施工方案。根据施工经验，采用下导坑超前、后续扩挖法施工时，先行爆破位于隧道底部的超前下导坑（超前下导坑设计高度在3m左右），然后再扩挖至拱顶约1m高度处，再扩挖预留光爆层。这样可再增加先行下导坑掏槽区爆破距地近67m的高度，从而有利于减轻隧道爆破特别是掏槽爆破对地表民房的爆破震动影响。预留扩挖层的厚度控
15、制在56m之间，再扩挖预留光爆层，预留光爆层的厚度控制在0.81.2m之间，后续扩挖面的循环进尺为1.5m。和上台阶爆破震动相比，小导洞超前爆破采用四级楔形掏槽爆破的方法，引起的震动的振速降低了不少，震动的峰值也有所下降。和全断面爆破相比，在一定程度上降低了爆破震动，但是对施工进度有所影响。2.4超前下导坑非爆破+预留扩挖层控制爆破减震试验从小导洞超前分部微差爆破实验可以看出：小导洞爆破引起的震动最大，所以为了进一步降低爆破震动，将对原爆破方案进行减震爆破设计，超前小导坑采用取芯钻切割配合劈裂机开挖，既能充分利用围岩的自稳能力，又可以为后续的扩挖层及光爆层提供临空面，从而有利于减轻隧道爆破对地
16、表民房的爆破震动影响。预留扩挖层爆破设计参数同3.3节。采用此种方法，隧道进行开挖爆破的震动效应可以明显降低，但是对开挖下导坑的机械要求较高，施工进度有所减缓。2.5上台阶非爆开挖+下台阶控制爆破减震试验采用台阶法分部微差爆破过程中发现，上台阶开挖爆破引起的地表震动最大，超过了控制标准，所以上台阶开挖采用取芯钻切割配合劈裂机开挖，下台阶采用控制爆破，上、下台阶拉开距离56m。这种方法有利于控制爆破震动的同时还有利于初期支护的及时施工，确保施工安全。上台阶由人工手持取芯钻在隧道轮廓线上钻孔取芯，中间用液压劈裂机开挖，循环进尺为1.5m。第三章 数码雷管减震爆破试验的研究安全和效率是爆破工程的两个
17、基本主题，但二者经常是矛盾的。为了在现有技术水平的条件下使安全和效率达到协调平衡，在对震动限制要求高的区段，可以拟采用数码雷管新型起爆器材进行微震爆破方案设计，以控制爆破震动在要求范围以内。数码雷管作为新型的起爆器材，必须掌握其起爆机理，并经过现场实验，确定合理的延期时间和爆破参数，才能提出相应的减震技术方案。3.1数码雷管全断面爆破试验为了进一步提高爆破效果和爆破效率，参照普通雷管的全断面爆破方案进行起爆，并经过多次试验确定爆破参数。爆破器材：选用“隆芯1号”数码雷管与铱钵起爆系统。掏槽方式：选用V形掏槽，掏槽炮孔深度为3.03.3m，其他炮孔深度2.72.8m。导爆索为3m。装药结构：炮孔
18、直径为42cm，装药直径为25cm，采用不耦合装药结构，周边眼均采用间隔装药形式，不耦合比n=1.68。延期时间设计：数码雷管延期时间为693ms，掏槽眼微差爆破时间间隔3ms，周边眼起爆时间间隔2ms，各段间距35ms。表3-1列出了减震爆破试验的爆破参数，图3-1为减震爆破全断面试验炮孔布置图。表3-1减震试验爆破参数表炮眼类型雷管延期间隔/ms雷管个数/个炮孔深度/m炸药节数/节总炸药量/kg合计数码雷管爆破设计掏槽眼3163.03.3825.6144kg，炮孔为165个扩槽眼2223.03.3725.6一台掘进眼362.72.845.6二台掘进眼372.72.856.6中间掘进眼331
19、2.72.8531.8内圈眼2252.72.8421.2周边眼3412.72.81.5123地板眼4122.72.8511.6图3-1数码雷管炮眼布置图3.2数码雷管全断面爆破试验结果分析根据试验所得结果可知，数码雷管爆破施工过程中，施工处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，降低了对地表建筑物的震动，加快了施工进度。爆破所得岩石块度大小均匀，大块率更少，并且爆破块度可以通过精确爆破设计来控制。合理可控的爆破块度反映了对爆破能力的有效利用，进一步反映了数码雷管起爆可以降低爆破震动效应。用数码雷管进行全断面微差爆破，在埋深30多米的情况下将地表振速控制在1.0cm/s以下是可以实现的，但是需要设置
20、雷管延期时间，经现场试验发现当数码雷管总延期为693（接近700）ms，掏槽眼微差爆破时间间隔为3ms和4ms时减震效果最好，后排起爆炮眼与前排起爆炮眼延时差适当拉大，排内炮眼起爆时差为2ms和3ms。掏槽部分设计需要注意两点，一是增加掏槽眼的个数，二是适当增加单响的装药量，这样减震效果更好。第四章 结论综上所述，普通雷管全断面微差爆破方案优缺点是爆破震动大，施工简便，技术成熟，造价低，而且循环进尺大，工程效率高，适合于围岩较好，安全振速要求低的地段。普通雷管台阶法分部微差爆破方案优缺点爆破震动较大，施工简单，工序少，钻眼效率高，便于转化为全断面爆破，灵活性高，但是对围岩的绕动不稳定，安全性小
21、。适用于围岩较好，安全振速要求低的地段。小导洞超前分部微差爆破方案优缺点是人员变动小，不另增加机械，施工简便，便于操作，造价低，但是施工工序多，施工干扰、劳动强度大。适用于围岩较好，安全振速要求不高的地段。超前下导坑非爆破+预留扩挖层控制爆破减震爆破方案优缺点是减震效果明显；施工简便，便于操作；需增加专业非爆施工人员、机械；施工工序多、施工干扰大；循环进尺小，施工周期长，增加造价。适用于各类围岩，安全振速要求高的地段。上台阶非爆开挖+下台阶控制爆破减震爆破方案，减小了对围岩的扰动，安全性高；便于控制超欠挖，可以挖掘任意形状断面；机械成本较大，围岩硬度较高时难以应用；对施工人员素质要求较高；循环进尺小，施工周期长，造价高。适用于、级围岩情况下的隧道开挖。通过试验数据分析和以往工程经验可知，爆炸波在爆破近区的峰值振速衰减很快，在爆破中远区的衰减较慢，数码雷管起爆的振速一直低于毫秒延期电雷管。通过对比数码雷管与普通雷管爆破效果，数码雷管引起的爆破震动降低50%60%，炮眼利用率达到98%，不仅降低振速，而且改善了爆破块度，还保证了施工进度。
