一种用于新建隧道上台阶分区分段爆破的施工方法

技术领域

本发明涉及工程建设爆破施工技术领域，尤其涉及一种用于新建隧道上台阶分区分段爆破的施工方法。

背景技术

随着我国交通铁路的大量修建，隧道爆破面临的环境越来越复杂，新建隧道近接穿越既有隧道的工程实例越来越多，降低爆破振动就成为这些隧道开挖的主要难题；现场监测是研究隧道接近施工中爆破控制问题的一种常用方法，便于及时掌握爆破效果的动态信息，具有数据真实直观的优点，已成为不可缺少的研究方法。

立体交叉隧道中新建隧道的接近爆破施工，一方面会引起地下洞室岩体力学性质的劣化，如原有裂隙的张开与扩展，新裂隙的产生，岩体声波速度的降低，渗透系数的增大等，另一方面会改变既有隧道的受力状态，附加动荷载作用在既有隧道的支护结构上，对既有隧道支护结构亦会产生种种不利影响，如结构承载力下降、支护结构(二次衬砌)的破坏、剥落，变形过大侵入限界等；为了保证隧道接近施工时，既有线的运营安全和隧道结构的耐久性，需对新建隧道爆破振速进行一定的限制。

在隧道接近施工时，如果采用传统爆破方式开挖，强大的爆破振动将可能会对既有隧道造成破坏性影响；为了在进行爆破施工时，减少对既有隧道的振动，需要在现有爆破技术的基础上，寻求一种既保证施工质量和进度，同时减少施工对既有隧道影响的爆破施工方法，以确保既有隧道的衬砌结构和线路安全，不影响既有隧道的正常运营。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种解决新建隧道接近施工时减少对既有线的爆破影响的问题，保证既有线的结构的安全性和耐久性又能提高工程施工效率的用于新建隧道上台阶分区分段爆破的施工方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种用于新建隧道上台阶分区分段爆破的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、于既有线内等距离设置监测点：在距离新建隧道的25D范围内的既有线处布设若干组监测点，若干组监测点之间的间距为20m，用于监测包括爆破时的振动速度、沉降和加速度爆破指标，其中监测的爆破指标主要以爆破振动速度为主；

步骤2、确定合适的爆破进尺：根据多方面条件因素考虑来确定新建隧道爆破进尺，其中多方面条件因素包括钢架间距、围岩性质、工期控制、既有线爆破振动限制，并在实际开挖时进行动态调整，在既有线对爆破振速限制范围内进行合理化调整；

步骤3、各工法下爆破参数的确定：根据各工法对爆破振动效果和掌子面处理情况的不同，对不同进尺条件和不同围岩级别下的爆破参数进行设计，主要包括各类型炮孔数量、单孔最大药量和炮孔布置；

步骤4、根据爆破数据划分区域：在新建隧道和既有线交点两侧各设置四个分区，且四个分区对称设置，两侧分区对应尺寸存在差异，并对应四个分区采用不同的减震工法，受周围地质条件的影响，分界点取爆破振速超过既有线运营天窗点内的爆破振速控制值时对应的里程值，在对称分区范围内施工时可依据已经确定分区进行相应准备工作；

根据在既有线布设的监测点得到的爆破振动速度、沉降、加速度等监测指标的变化情况和爆破振动特性，在空间域上对新建隧道上台阶进行分区爆破，为保证分区爆破的差异性和有效性，各分区需采用不同的控制爆破工法；以既有线运营天窗点内的爆破振速控制值为分界点，以既有线与新建隧道的交点为中心进行对称分区，采用四种控爆工法，各工法依据所列顺序靠后者的控制爆破效果越显著，实现各监测点的爆破振速相对于之前仅采用传统控爆有了明显的降低，同时对周边建筑物的影响也有所减弱，能有效提高施工效率；同时能够广泛应用于新建隧道接近既有线时矿山法施工中控制爆破振动影响，防止对既有线的运营产生不利影响，以免结构造成破环，影响其耐久性和安全性。

本发明优选地技术方案在于，所述步骤1中，若干组监测点在隧道内等距离布设，其间隔距离根据所述新建隧道与所述既有线所成夹角进行调整，角度越大间隔距离越大，以适应不同新建隧道接近既有线时的施工要求，应用范围广。

本发明优选地技术方案在于，所述步骤4中，分界点出现的标志为在同一爆破参数下，出现以下三组数据：其中第一组数据合格但接近爆破振速控制值，第二、三组爆破振速已经超过爆破振速控制值，第三组数据为第二组数据的验证组，此时分界里程取为第二组爆破时对应的里程，通过分界点结合不同的爆破减震工法来控制爆破施工，保证爆破效果。

本发明优选地技术方案在于，所述步骤4中，四个分区分别为控爆减震孔绳锯工法分区、控爆绳锯工法分区、控爆减震孔工法分区和控爆工法分区，其对应的减震工法为控爆减震孔绳锯减震工法、控爆绳锯减震工法、控爆减震孔减震工法和控爆减震工法，对应不同分区采用不同减震工法，保证爆破效果佳的同时减少对既有隧道的振动和线路安全，不影响既有隧道的正常运营。

本发明优选地技术方案在于，所述控爆减震工法采用高精度毫秒级电子数码雷管，实施炮孔单孔单响潜孔控制爆破，雷管精准爆破、多钻孔少装药，降低最大单孔装药量，有效降低爆破振速。

本发明优选地技术方案在于，所述控爆减震工法中，相邻炮孔起爆延迟时间设置为10ms-15ms，为后续炮孔起爆时增加临空面，其中炮孔形式为周边眼和辅助眼，能够有效防止各起爆点产生的振速峰值叠加，爆破振速小、降低对围岩扰动，能有效提高爆破效果。

本发明优选地技术方案在于，所述控爆减震孔减震工法中，在实现炮孔单孔单响的情况下，沿新建隧道整圈轮廓等间距开挖若干组减震孔，所述减震孔的直径为108mm，且若干组减震孔的中心间距为30cm，所述减震孔的中心距新建隧道上的周边眼中心为20cm，减震孔的深度根据爆破进尺而定，可进一步减小单孔最大药量，增大减震效果。

本发明优选地技术方案在于，所述控爆绳锯减震工法中，在实现炮孔单孔单响的情况下，采用绳锯机代替掏槽，利用绳锯机将绳锯掏槽所需区域切割出来，避免大药量掏槽爆破，以提高后续爆破的破岩效率，显著增大减震效果。

本发明优选地技术方案在于，所述控爆绳锯减震工法中，绳锯机切割的绳锯掏槽尺寸根据新建隧道掌子面大小进行调整，并于绳锯掏槽上开设有若干组掏槽眼，掏槽深度与开挖进尺相对应，避免大药量掏槽爆破，提高后续爆破效率。

本发明优选地技术方案在于，所述控爆减震孔绳锯减震工法采用三种单项减震工法叠加，用以减少所需的炮孔数量，减震效果显著，降低对既有隧道的影响，保证其安全。

本发明的有益效果为：本发明在新建隧道下穿既有隧道时，隧道平面交角32.6°，下穿段正下方间距为6.9m，围岩级别为Ⅵ级，为保证下穿段施工顺利进行，在正式下穿前进行试验性爆破，根据在既有线布设的监测点得到的爆破振动速度、沉降、加速度等监测指标的变化情况和爆破振动特性，在空间域上对新建隧道上台阶进行分区爆破，为保证分区爆破的差异性和有效性，各分区需采用不同的控制爆破工法；

以既有线运营天窗点内的爆破振速控制值为分界点，以既有线与新建隧道的交点为中心进行对称分区，采用四种控爆工法，各工法依据所列顺序靠后者的控制爆破效果越显著，即掌子面最大单孔药量越小，爆破对既有线影响控制在规定指标内，实现各监测点的爆破振速相对于之前仅采用传统控爆有了明显的降低，同时对周边建筑物的影响也有所减弱，能有效提高施工效率；

同时能够广泛应用于新建隧道接近既有线时矿山法施工中控制爆破振动影响，防止对既有线的运营产生不利影响，以免结构造成破环，影响其耐久性和安全性。

本发明提供的一种解决新建隧道接近施工时减少对既有线的爆破影响的问题，保证既有线的结构的安全性和耐久性又能提高工程施工效率的用于新建隧道上台阶分区分段爆破的施工方法。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中提供的新建隧道分区分段施工示意图；

图2是本发明具体实施方式中提供的采用控爆减震孔减震工法时的掌子面布置图；

图3是本发明具体实施方式中提供的采用控爆绳锯减震工法时的掌子面布置图；

图4是本发明具体实施方式中提供的采用控爆减震孔绳锯减震工法时的掌子面布置图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、新建隧道；2、既有线；3、监测点；4、控爆减震孔绳锯工法分区；5、控爆绳锯工法分区；6、控爆减震孔工法分区；7、控爆工法分区；8、减震孔；9、周边眼；10、辅助眼；11、掏槽眼；12、绳锯掏槽。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种用于新建隧道上台阶分区分段爆破的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、于既有线2内等距离设置监测点3：在距离新建隧道1的25D范围内的既有线2处布设若干组监测点3，若干组监测点3之间的间距为20m，用于监测包括爆破时的振动速度、沉降和加速度爆破指标，其中监测的爆破指标主要以爆破振动速度为主；

步骤2、确定合适的爆破进尺：根据多方面条件因素考虑来确定新建隧道1爆破进尺，其中多方面条件因素包括钢架间距、围岩性质、工期控制、既有线2爆破振动限制，并在实际开挖时进行动态调整，在既有线2对爆破振速限制范围内进行合理化调整；

步骤3、各工法下爆破参数的确定：根据各工法对爆破振动效果和掌子面处理情况的不同，对不同进尺条件和不同围岩级别下的爆破参数进行设计，主要包括各类型炮孔数量、单孔最大药量和炮孔布置；

步骤4、根据爆破数据划分区域：在新建隧道1和既有线2交点两侧各设置四个分区，且四个分区对称设置，两侧分区对应尺寸存在差异，并对应四个分区采用不同的减震工法，受周围地质条件的影响，分界点取爆破振速超过既有线2运营天窗点内的爆破振速控制值时对应的里程值，在对称分区范围内施工时可依据已经确定分区进行相应准备工作。

在新建隧道1下穿既有隧道时，隧道平面交角32.6°，下穿段正下方间距为6.9m，围岩级别为Ⅵ级，为保证下穿段施工顺利进行，在正式下穿前进行试验性爆破，根据在既有线2布设的监测点3得到的爆破振动速度、沉降、加速度等监测指标的变化情况和爆破振动特性，在空间域上对新建隧道1上台阶进行分区爆破，为保证分区爆破的差异性和有效性，各分区需采用不同的控制爆破工法；以既有线2运营天窗点内的爆破振速控制值为分界点，以既有线2与新建隧道1的交点为中心进行对称分区，采用四种控爆工法，各工法依据所列顺序靠后者的控制爆破效果越显著，即掌子面最大单孔药量越小，爆破对既有线2影响控制在规定指标内，实现各监测点的爆破振速相对于之前仅采用传统控爆有了明显的降低，同时对周边建筑物的影响也有所减弱，能有效提高施工效率；同时能够广泛应用于新建隧道1接近既有线2时矿山法施工中控制爆破振动影响，防止对既有线2的运营产生不利影响，以免结构造成破环，影响其耐久性和安全性。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述步骤1中，若干组监测点3在隧道内等距离布设，其间隔距离根据所述新建隧道1与所述既有线2所成夹角进行调整，角度越大间隔距离越大，以适应不同新建隧道1接近既有线2时的施工要求，应用范围广。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述步骤4中，分界点出现的标志为在同一爆破参数下，出现以下三组数据：其中第一组数据合格但接近爆破振速控制值，第二、三组爆破振速已经超过爆破振速控制值，第三组数据为第二组数据的验证组，此时分界里程取为第二组爆破时对应的里程，通过分界点结合不同的爆破减震工法来控制爆破施工，保证爆破效果。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述步骤4中，四个分区分别为控爆减震孔绳锯工法分区4、控爆绳锯工法分区5、控爆减震孔工法分区6和控爆工法分区7，其对应的减震工法为控爆减震孔绳锯减震工法、控爆绳锯减震工法、控爆减震孔减震工法和控爆减震工法，对应不同分区采用不同减震工法，保证爆破效果佳的同时减少对既有隧道的振动和线路安全，不影响既有隧道的正常运营。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述控爆减震工法采用高精度毫秒级电子数码雷管，实施炮孔单孔单响潜孔控制爆破，雷管精准爆破、多钻孔少装药，降低最大单孔装药量，有效降低爆破振速。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述控爆减震工法中，相邻炮孔起爆延迟时间设置为10ms-15ms，为后续炮孔起爆时增加临空面，其中炮孔形式为周边眼9和辅助眼10，能够有效防止各起爆点产生的振速峰值叠加，爆破振速小、降低对围岩扰动，能有效提高爆破效果。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述控爆减震孔减震工法中，在实现炮孔单孔单响的情况下，沿新建隧道1整圈轮廓等间距开挖若干组减震孔8，所述减震孔8的直径为108mm，且若干组减震孔8的中心间距为30cm，所述减震孔8的中心距新建隧道1上的周边眼9中心为20cm，减震孔8的深度根据爆破进尺而定，可进一步减小单孔最大药量，增大减震效果。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述控爆绳锯减震工法中，在实现炮孔单孔单响的情况下，采用绳锯机代替掏槽，利用绳锯机将绳锯掏槽12所需区域切割出来，避免大药量掏槽爆破，以提高后续爆破的破岩效率，显著增大减震效果。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述控爆绳锯减震工法中，绳锯机切割的绳锯掏槽12尺寸根据新建隧道1掌子面大小进行调整，并于绳锯掏槽12上开设有若干组掏槽眼11，掏槽深度与开挖进尺相对应，避免大药量掏槽爆破，提高后续爆破效率。

作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述控爆减震孔绳锯减震工法采用三种单项减震工法叠加，用以减少所需的炮孔数量，减震效果显著，降低对既有隧道的影响，保证其安全。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。