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摘要：在公路、铁路增建二线工程中，新建隧道与既有线隧道线间距小于50m时，为确保既有线的运营安全，新建隧道应进行必要的控爆设计，控制爆破的振速是新建隧道开挖掘进的关键
关键词：小净距；隧道；爆破；安全
引言
在山区公路、铁路增建二线隧道工程中，受地形条件的限制，新隧道往往与既有隧道并行穿越高山，线间距离很小，新建隧道施工如果爆破控制不好，将影响既有隧道结构安全。下面简明阐述一下小净距隧道爆破设计。
1爆破原理
1.1爆破与地震
爆破与地震对隧道的影响相似，但两者也有较大的区别。爆破震动与地震相比，具有频率高的特点，因此把振动速度换算成加速度值时，会达到很大的数值，用振动加速度来推断结构物的受害限界显然是不可行的。因此在爆破震动控制时，应该以振动速度为基准。目前各国对隧道的围岩破坏标准大都以振动速度为评判指标，但关于爆破振动临界值的确定有多种意见，各国的标准也有一定的差异，主要有以下几种方法：
(1)根据岩石抗拉强度反求临界振动速度：
(2)根据岩石拉伸破坏的极限应变值反求临界振动速度：
(3)由一维波理论近似计算反求临界振动速度：
(4)深埋隧道考虑静应力与爆破动应力之联合作用来确定临界破坏振动速度值。
1.2爆破安全标准备
根据国内外不同学者的研究，结合工程经验也直接提出了不同的爆破振动 安全标准值。经验证明尽管岩石特性有较大差异，但临界振动速度差值范围并不显著，国内外著名的爆破专家对较完整坚硬的岩石，建议了以下的隧道破坏标准：
(1)以25c m／s的振动速度作为保守的壁墙破坏标准，把30c m／s的峰值质点速度作为不衬砌隧道中岩石产生堕落的临界值，把 60cm／s的峰值质点速度作为岩石形成新裂缝的临界值。
(2)完整、坚硬的岩石初始破裂的临界值为70cm／s，比较塑性的节理岩体以40c m／s和 120c m／s作为初始破坏和再破坏标准。
(3)我国水电部门在考虑地下洞室的爆破振动安全时， 一般按下列标准考虑：与岩体结合为一体的钢筋混凝土衬砌隧洞，振速V≤5 0～10 0c m／s：基岩或地下岩壁(中等岩石)，振速 V≤25～50 c m／s ，不衬砌的地下洞室和离壁式衬套
(4)我国《爆破安全规程》( GB6722—86)规定交通隧道安全振动速度标准为15cm／s，水工隧道则为10cm／s。
2爆破方案设计
2.1爆破方案的确定
鉴于新旧隧道间距较小，从振动安全角度考虑，结合既有隧道的实际状况，采用整个断面的分区掘进、浅眼多循环、微差控制爆破方案。第一阶段先开挖上导坑，第二阶段开挖中导坑和下导坑。中导坑开挖时可借用上导坑创造的临空面，减小对既有隧道的影响，下导坑开挖时可借用中导坑创造的临空面，产生的震动大大减小。上导坑和中导坑的间距应控制在5～10m之间。
2.1掏槽形式的确定
一般掏槽孔爆破在整个断面爆破中，比相同装药量的其他炮孔爆破要产生较大的振动速度，因此选择合理的掏槽形式及掏槽孔位置，是紧邻既有隧道的新建隧道开挖中控制爆破震动的关键。鉴于目前普遍的施工设备和技术水平来看，一般都采用楔形掏槽的方式。
3爆破参数
3.1最大分段装药量
由于在不同爆破条件下，介质系数和震动衰减系数 k、n值相差很大，因此在爆破设计的初始阶段很难确定 k、a的合理取值。由爆破振动速度现场监测值、爆心距、最大分段装药量回归出的 k、a值，可以较好地反映 爆破现场的实际地形地质情况和爆破规模，用于计算爆破振动速度值是比较准确的。根据类似工程数据及经验初选 k、a值为 k=121、Ⅱ=1．7。由萨 道夫斯基的爆破振动速度公式可得最大分段药量，公式：
Q=R3?([ v]／k)3/a
式中：Q～最大分段装药量，kg；
[v]—爆破安全振动速度，[v]=3cm／s；
R—爆心距，m；
k、a是与岩石性质、地质条件、爆破规模等综合因素有关的系数。将 k、Q、[v]的值代入式中得：
Q=0．00367R3
在新、旧隧道间距范围内，取不同的爆心距R的值代入上式计算，所得不同爆心距下的最大分段药量如下：
可见随着相互的变化，允许的最大段药量变化很大，如此计算的最大分段 药量值可作为起爆网路的设计依据。
3.2爆破循环进尺
为减小新建隧道对既有隧道的震动危害，须对爆破进尺进行控制。根据隧道的围岩状况和当地供应爆破器材的情况，确定爆破循环进尺为1.0m。
3.3爆破参数
（1）掏槽孔的布置。楔形掏槽时掏槽孔与开挖面成一定角度，角度较小时爆破效果较好，但钻孔困难且影响辅助孔的布置角度大，炮孔深度大，掏槽效果差。考虑到循环进尺较小，将掏槽孔的角度取为 63.5。。掏槽孔的深度要比循环进尺适当加深。
（2）辅助孔的布置。辅助孔的布置主要是确定炮孔间距和最小抵抗线，这两个参数应根据岩石的坚硬程度和孔深来确定，根据围岩的具体情况、炮孔的不同分区，取孔深为 1.2m，孔间距为 0.7～0.8m。
(3)周边孔的布置。工程实际中，为形成光滑的轮廓面，光爆孔间距 a光一般取得较小，按围岩为III～Ⅳ级，取a =0.5m，光爆孔的最小抵抗线W = ( 1.0～1.5)a ，取W =0.5～0.7m，线装药密度为 0.06～0.15kg/m。靠既有隧道一侧的周边孔，每两个装药孔之间设一空孔，作为减震、导向孔，空孔与光爆孔的间距为0.25m。
(4)炮孔装药量计算。
Q = K?W?a?h
式中：K一单位耗药量，取K=0.5～1.0kg/m 3 ，具体取值视岩体情况和炮孔 所在分区的不同而定：
a—炮孔间距，m;
w一最小抵抗线，m;
h一炮孔深度，m。
4起爆方式及网路设计
起爆方式采用非电起爆系统，起爆器材选用非电毫秒延期雷管。根据所供雷管的最高段别，爆破网路设计时，按 1 ～1 5段设计。为保证爆破引起的振动速度控制在3cm／s以内，又能获得较好的爆破效果，便于铲装、运输的顺利进行，必须严格限制单段最大装药量的同时，尽可能使掏槽孔、各类同排炮孔 同时起爆， 起爆顺序为： 掏槽孔一辅助孔一崩落孔一边墙周边孔一底板孔一拱部周边孔，其中辅助孔、崩落孔又按先内后外的顺序逐排起爆。
起爆网络的联结采用：火雷管一导爆管一导爆管雷管的起爆网络。为了保证后起爆的网络不被先起爆的炸断，设计采用孔内微差的起爆网络。各炮孔内采用非电毫秒雷管微差起爆，不但控制同段起爆的最大药量，又能有效地控制每段雷管间的起爆时间，使爆破震动波不叠加。这样既能保证岩石破碎达到理想爆破效果，又能消除爆破震动的有害效应。在掏槽跟、辅助眼、底板眼及周边眼中，每相邻段别雷管间隔时差为不小于25 ms，即每次爆破相邻两 段别装药量较大的起爆雷管采用国产系列非电毫秒雷管， 这样可以使爆破震动速度降低 30％。
5装药结构
5.1装药形式
周边眼装药结构采用间隔装药，其它装药结构采用连续柱状装药。
5.2光面爆破参数的选择
(1)不偶合参数，取2.0～2.5；
(2)炮眼间距E，E=( 10～20)D，式中： D—炮孔直径，m；
(3)光面层厚度W，据现场地质条件及开挖情况定，一般应大于炮眼间距。
(4)炮眼邻近参数m，取m=0.8～1.0；
(5)线长药密度P，取 P= 100~250 g/m；
(6)起爆间隔时间，一般情况下采用齐发爆破，若总药量大于一次允许齐爆药量时采用毫秒微差爆破。
(7)装药结构为不偶合装药。
结束语
为控制新隧道开挖爆破的振动，指导爆破施工，确保既有隧道的安全，施工过程中，辅以小循环进尺、炮孔线形布置和起爆、微差爆破、加强炮孔堵塞、周边设空孔等减震措施，并用IDTS 3850爆破振动记录仪对既有隧道振速进行复核和监测，按照以上设计进行的控爆施工中，既有线质点振速限值均未突破3cm/S的控制标准，确保了既有线的运营安全。
参考文献
[1]隧道及地下工程. 1997，1；
[2]爆破安全规程 ( GB6722—86)；
[3]齐景岳.隧道爆破现代技术【M】.北京: 中国铁道出版社，1995。
论文作者:黄和生
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/14
标签：隧道论文; 药量论文; 导坑论文; 速度论文; 间距论文; 雷管论文; 岩石论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;