隧道爆破施工对既有高铁隧道的数值分析

李斌

中铁十一局集团一公司湖北省襄阳市441000

摘要：目前，我国的综合力在不断的加强，新建隧道爆破施工会不可避免地影响既有隧道。针对某工程实例，建立隧道三维数值模型，分析既有高铁隧道的位移、轴力、弯矩、安全系数等特征。结果表明，新建公路隧道爆破施工对既有高铁隧道的影响较小，可为类似工程的设计和施工提供经验和技术上的参考。

关键词：公路隧道；爆破施工；既有高铁隧道

引言

随着社会的不断发展，地下工程已成为城市建设的重要部分。隧道能够压缩城市空间，方便人们的出行，在交通运输中起着重要的作用，被大量运用于城市建设中。但是，地下空间有限，有时会遇到隧道下穿情况，下穿隧道的建设势必会给既有隧道带来影响，产生地面沉降、既有隧道变形及土层变形等危害。由于用矿山法开挖隧道的爆破会产生爆轰波，严重影响了既有结构的稳定性，因此，在地铁爆破过程中，需要研究工程爆破对既有结构的影响，预测结构受力变形。关于工程爆破振动的研究有很多。等人基于粘性岩体爆破振动频谱表达式，并结合ＬＳ－ＤＹＮＡ有限元软件，对球状药包爆破振动主频和平均频率的衰减机制及其规律进行了分析。等人采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法，对超浅埋地铁站通道爆破开挖邻近埋地混凝土管道的动力响应进行了研究。等人运用数值模拟方法，分别研究了不同顶板厚度下隧道爆破施工引起的围岩振速分布特征及其对围岩的损伤情况，并对围岩稳定性进行了分析。为了研究隧道爆破引起的冲击波传播衰减，建立了具有爆破效果的三维模型。

1工程概况

新建公路双线隧道左右线平行，上跨某既有高铁隧道，交叉角约40°，两隧道垂直净距约28.0m，交叉段围岩级别为Ⅲ级。2隧道施工过程静力影响分析2.1隧道地质条件公路隧道爆破施工前必须充分了解隧道岩层类别、裂隙发育状况、岩层走向等地质条件因素，针对不同的地质条件制定有效的爆破方案，选择最为有效的爆破方式及合理的爆破参数，在提升爆破施工效率的同时充分保护围岩震动情况，减少对隧道围岩的破坏。

2.2爆破精度控制

在隧道施工过程中，要根据现场状况合理控制爆破情况，在隧道开挖施工中应选择专业人员进行现场爆破施工，并做好相应的安全培训和技术交底工作，从人员、工艺、仪器等多个方面对爆破精度进行合理控制。

2.3工艺流程的控制

为确保公路隧道爆破施工成效，为后续施工开挖，必须进行爆破参数的比选，进而确定爆破器材、炸药类别、装药结构、起爆顺序、起爆网络等多种要素。由于爆破施工易受多种因素的影响，必须通过现场试验不断进行优化比选，从而确定合理的爆破设计参数，获取最佳的爆破效果。

2.4新建隧道爆破动力影响分析

单响最大药量取9.4kg，起爆点位于交叉断面处时（右线爆破点距离既有隧道拱顶25.91m时），既有隧道上跟踪点的振速时程曲线见图1，从图中可以看出，距离爆破点越远振速呈快速递减趋势，爆破荷载引起的临近隧道最大振速约为2.4cm/s。爆破动力影响分析表明：（1）爆破荷载分析表明，当单响最大起爆药量取9.4kg，爆破点位置隧道底部25.91m时，高铁隧道最大振动速度约为2.4cm/s，小于振速3.0cm/s，高铁隧道在邻近爆破施工条件下处于安全状态；（2）按国标规定安全振速下限10cm/s为基础，参考国内外现行爆破振动控制标准，为了保证高铁隧道运营安全，取高铁隧道爆破振动安全允许振速不超过3cm/s。

图1隧道二次衬砌位置振速与时间关系

3隧道爆破施工对既有高铁隧道的数值分析

3.1确定爆破厚度及炮眼系数

在隧道爆破施工过程中，爆破厚度是确定爆破效果实施后的影响范围，同时也会对爆破周边眼最小抗线、眼密集系数、眼间距等产生影响，其大小会对爆破效果产生影响，造成爆破应力波在炮眼间传播距离小于应力波到临空面的传播间距。

3.2爆破作业前技术交底

一般来讲，爆破工程师依据隧道开挖方法、围岩等级、被爆岩石可爆性分级、支护类型不同确定了相对固定的隧道的爆破设计方案。而出现以下几种情况时，爆破方案应根据实际情况进行调整：①地质条件的变化，如同一掌子面内有多种可爆性不一的岩石，出现了新的软弱带或断层等，爆破设计单位应根据实际地质条件，适当对孔位、炮孔数量、装药量等参数进行调整；②钻孔质量及数量变化的影响，目前大部分隧道仍采用风动凿岩机进行钻孔，有时钻孔的误差较大，与设计存在较大偏差，爆破设计施工单位应根据实际钻孔情况调整装药参数；③爆区周边存在需保护的设备或设施时。为了最大限度地提高炮孔利用率，减少超挖、欠挖量，在每次装药作业前，现场技术负责人要将本次作业的孔网参数、装药量、重点区域、注意事项、施工安全等内容向作业人员交底。为责任到人，结合现场作业条件，利用作业台架将掌子面分区管理，每个区域均设置相对固定的负责人，比如在中等大小的公路铁路隧道全断面或两台阶开挖时，通常在掌子面设置5个装药区域，包含顶部1个、中部两侧2个和底部两侧2个。

3.3台阶法模拟爆破

将全断面开挖爆破改为台阶法开挖爆破，会使爆破对隧道的影响降低。对既有隧道一断面ＭＣ－６处的振动速度进行了检测，监测点的位置与ＭＣ－Ｃ的布置相同。分别采用全断面爆破和台阶法爆破的方式进行隧道开挖，监测点的振动速度如图2所示。

图2监测点振动速度

3.4爆破安全监理单位现场施工管理

爆破安全监理是以施工阶段的爆破安全为主要目标，贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，为爆破作业项目实施提供监督管理，以利于提高爆破作业的安全可靠性。针对爆炸物品现场使用环节监管薄弱的现状，北京地区从2015年下半年推行使用爆破作业现场视频监控应用平台，此平台由爆破监理人员使用，主管民警核查，实现了爆破作业现场使用环节安全监管及时、可视、可控，确保了“最后一公里”的安全。监理是全过程、全方位，全天候的，监理作业产生公安机关了解现场的第一手资料。因此加强对监理单位的监督管理，发挥好监理作用，对保障工程质量与安全作用尤为突出。公安机关应从资质、内业资料、现场管理三个方面对监理作业进行监督管理，并形成一套规范的监督管理制度。资质管理主要包括：对监理机构的设置、人员资格、同类工程监理经验的审查，对监理机构进行动态信用评价。内业资料管理主要包括：检查主要管理文件如监理指令内容及整改闭合，检查监理日志、旁站视频录像的真实性和规范性。现场管理主要包括：安全、质量的控制力度。

3.5采用有效的装药结构

根据现场施工要求，选择满足施工要求的药卷直径，采用合理的装药结构，确保药卷直径、不偶合系数等重要参数满足施工要求，确保爆炸传播稳定，若采用间隔式装药，对于相临炮眼药卷位置要合理设置，充分发挥炸药效能。

结语

公路隧道爆破施工过程中需要选择正确的爆破参数和有效的施工方法，确保爆破施工安全、高效的展开。在公路工程建设期间爆破施工要对爆破作用进行有效控制，从而减少对隧道周边围岩造成的扰动问题，提升工程总体建设质量，确保施工企业经济和社会效益。

参考文献:

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