基于传统爆破公式的山区城镇隧道爆破参数设计与优化

183

基于传统爆破公式的山区城镇隧道爆破参数设计与优化

2

牛泽林*1，

（1. 中国铁建大桥局工程集团有限公司，天津300300；2. 西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055）

摘

要：钻爆法作为隧道主流的施工方法得到了充分的利用, 在山区城镇的隧道建设中钻爆法也体

现出了它的优越性，但是由于山区城镇施工环境复杂，地质条件相对较差，这给隧道爆破施工带不少问题，尤其是隧道穿越或临近既有建（构）筑物爆破施工对周围环境和人民群众生命财产的危害更是不容忽视。结合工程实际情况拟定了爆破监测点，采集了大量的样本值并通过对这些样本值应用去伪存真法、数理统计法和最小二乘法等方法进行数据回归处理，优化了符合现场实际地质条件情况的爆破设计参数，指导了山区城镇隧道爆破设计和施工。这对今后修建类似隧道工程有着重要的指导意义和借鉴价值。

关键词：山区城镇；爆破设计；既有建（构）筑物；数理统计；最小二乘法中图分类号：U455.6文献标识码：A 文章编号：1004-5716（2014）11-0183-03

1

概述

我国国土辽阔，山丘众多，随着我国基础建设步伐的加快，城市间立体交通化的进程也随之加速，山区城镇的隧道工程建设项目也日益增多，隧道与既有隧道的交叉、隧道与既有建（构）筑物的交叉，怎样保证隧道施工安全，怎样保证人民群众生命财产不受损失，这些都是山区城镇隧道爆破施工需要面临的困难和技术难题，而且这些技术难点和问题涉及领域和学科较广，对它们合理全面的分析和解决需要花费大量的人力、物力和财力。为此，广大的工程技术人员和学者，针对隧道穿越山区城镇的立体化交通系统的合理化、科学化、安全化建设开展了一系列研究。姚勇[1]以小间距隧道爆破施工为例，研究了后行隧道爆破施工对现行隧道施工的影响；柯庆辉[2]针对邻近既有建筑物的爆破施工过程中，利用高密度电法仪进行了爆破区地质情况的探测，为隧道爆破设计提供了真实可信的信息；陈中学[6]研究并提出了隧道爆破减震的方式、方法；舒磊[3]研究了隧道爆破施工对既有隧道主体结构的影响；于晨昀[4]从理论上提出了某个特定的既有建筑的允许爆破振动速度，为类似工程爆破振动的研究提供了方法。而这些研究成果基本都是针对隧道爆破减震方法和主体结构安全的研究，而未对爆破数据采集、分析和优化未进行系统的研究和阐述，这使得大部分工程技术人员对于隧道穿越既有建

*收稿日期：2014-08-12

修回日期：2014-08-13

（构）筑物这种立体交叉方式的爆破减震施工存在一定的误区和概念错误，这势必会影响到隧道和既有建筑物的主体结构安全，造成巨大的人民财产损失。2

工程概况

狮子岭双线隧道全长8673.52m ，起于浙江省温州市瓯海区泽雅镇天长村，止于温州市鹿城区双屿镇双岙村。狮子岭隧道在DK181+160~DK181+300设计为浅埋段，且下穿龙峰山庄大型别墅群，如图1所示，其中DK181+226.874处隧道开挖拱顶距离既有建筑群基础最小垂直距离为10m 左右，多个既有建筑物基础完全落入隧道开挖轮廓线内，施工难度大，风险高，在该段需采取控制爆破技术。3

数据采集与分析

狮子岭隧道在该段属于浅埋段，其上方开挖影响范围内既有别墅建筑有多座，其基础多为石砌基础。考虑到隧道爆破施工对既有建（构）筑物群主体结构的危害，故在该区域内施工设计要求进行控制爆破，设计爆破振动速度为1cm/s。因此，为了实时地、准确地掌握隧道爆破施工的振动速度、监控和指导隧道单段最大起爆药量，尽快地研究分析出该区域内影响振动速度的地质参数的量值就显得尤为重要，也为后续隧道爆破施工的振动速度监控和单段最大起爆药量的实时调整做好了扎实的准备工作，最终彻底实现隧道爆破信息化施工。

作者简介：牛泽林（1978-），男（汉族），甘肃静宁人，讲师，现从事隧道与地下结构工程的科研、施工与教学工作。

184

图1

狮子岭隧道下穿龙峰山庄段平面示意图

3.1爆破振速的采集

为了保证数据分析结果的可靠性和对单段最大装

回归方程，即式（1）, 同时也将采集的数据和线性回归方程式绘制于图3中，以便更好地掌握影响狮子岭隧道爆破振动速度的地质参数的变化情况。

y =1.366x +2.153（相关系数为：0.961）

（1）

根据萨道夫斯基公式[6]，即式（2），对公式（2）两边同时取以10为底的对数函数，如式（3）。

V =K (Q max /R ) α

13

药量有指导性，数据的采集工作必须做到全面和详尽。同时，众所周知，数据采集工作是合理分析模型的前提，故振速采集点的布设也将是至关重要的，本文结合实际地形将振速采集点分别布置于狮子岭隧道掌子面拱顶和两侧拱腰正上方的地表处，即图2，且随着掌子面的变化而变化。本文借助TC-4850测振仪完成

数据收集工作。

（2）

式中：R ——震源中心距建筑物的距离，m ；

Q max ——最大单段装药量，kg ；

V ——地震波振动速度，cm/s；K 、α——与爆破地点至计算保护对象间的地质地形相关的系数和衰减系数。

lg V =lg K +αlg(Q max /R )

13

13

（3）

令lg V =Y ，lg K =b , α=a , lg(Q max /R ) =X ，故可由式（3）改写成式（4）：Y =aX +b （4）根据表1中的相关数据和回归函数式（1），可将式（4）改写如下式，即式（5）：

Y =aX +b =1.366X +2.153（5）其中，a =α=1.366,b =lg K =2.153。

图2测点分布图

3.2数据整理与回归分析

本文将采集到的狮子岭隧道部分爆破振动速度值

汇总于表1中。依据表1中的振动速度值，应用数理统计知识和最小二乘法理论对数据进行必要的处理和回归分析，并将数据处理过程中的部分数据列于表1中，根据数据结果得到了狮子岭隧道爆破振动速度的

[5]

α=1.366≈1.37，由式（3）和式（5）可知，K =102.153=142.23≈142。

由公式（2）和公式（5）可得式（6），式（6）便是适用于狮子岭隧道下穿龙峰山庄段地质条件的、优化后的萨道夫斯基爆破计算公式。

V =K (Q max /R ) α=142(Q max /R ) 1.37

13

13

（6）

实践证明，萨道夫斯基经验公式具有较强的实用性和参考性，只要通过前期合理可靠的爆破试验，准确

表1

采集次数

12345┆[1**********]5

装药量Q （m 3)

3528212216┆[1**********]5

振速V （cm/s)

2.7762.3131.7291.0370.967┆2.4051.3741.0022.5072.3742.292

隧道爆破振动速度汇总表距离R （m)

1617192428┆[1**********]9

X =Q n (1/3)/R n -0.689430635-0.745526391-0.848068183-0.924701059-1.051256324

┆-0.759437171-0.944265602-0.953806016-0.669902334-0.737869575-0.801543713

Y =lg(V n ) 0.4434194620.3641756330.2377949930.015778756-0.014573526

┆0.3811150810.1379867330.0008677220.3991543340.3754807150.360214613

185

备注：由于本文篇幅有限，表1中只列出部分数据，

其它数据不再赘述。

场施工。通过上述的分析和成功应用，现得出以下结论：

（1）萨道夫斯基公式中的与地质条件相关的影响参数，受围岩岩性影响较大（如：岩层走向、节理、层理关系不同等等）, 为了保证爆破监测的精准度，在前期试验阶段中，必须充分试验，尽可能准确掌握相关地质条件和影响条件；

（2）为了保证测试数据的准确性和代表性，本文应用多种学科知识，通过理论分析、计算和优化，最终得出了符合当地工程地质特性的隧道爆破设计参数；

图3

爆破振速值的线性回归图

（3）实践证明了，通过前期测试分析得到的与隧道爆破设计参数相关的地质参数是可以值得工程技术人员信赖的、是可以指导安全施工的；

（4）通过本文的阐述和计算分析，为今后隧道爆破设计中的数据采集方法、分析理论和公式优化提供了一整套的思路方法，为今后类似工程有着重要的理论指导意义。

参考文献：[1][2][3][4][5][6]

[J].岩土力学,2009（9）:2815-2822.

姚勇. 并设小净距隧道爆破振动响应分析及控爆措施研究

测定出符合实际的地质地层修正参数K 、α值，这将使得萨道夫斯基公式在后期指导爆破施工的过程中更加准确无误，从其公式可以清楚地看出只要判断出爆破点距离最近既有建（构）筑物之间的距离，就可以轻松计算出该爆破点本次本段的最大装药量，这个值将是控制施工的限值，从而最大限度地减小了对周边既有建（构）筑物和人民群众的危害，最关键的是它的掌握和实际应用也是非常简单的，有利于工程技术人员短时间内熟练掌握。4

结论

在立体交叉式的交通工程中，新建隧道穿越既有建（构）筑物的案例屡见不鲜，实践证明控制爆破技术对于保护既有建（构）筑物的结构安全有着至关重要的作用。为此，依据狮子岭隧道工程，结合萨道夫斯基公式，针对爆破监测从试验初探到优化参数，再到最终保质保量地完成工程任务，在这整个过程中本文系统地研究了隧道爆破监测参数设计和优化方法，指导了现

控制研究[D].长沙：中南大学，2012.

柯庆辉. 隧道爆破施工对周围建（构）筑物损伤分析及危害

响及对策研究[J].铁道标准设计，2013（7）:70-74，77. 速度研究[J].铁道标准设计，2012（S1）：39-42.

舒磊, 仇文革, 龚伦. 下穿隧道爆破施工对既有隧道的振动影于晨昀. 张呼客运专线隧道下穿长城烽火台遗址容许振动

孙荣恒. 应用数理统计[M].北京:科学出版社,2014. 中国标准出版社,2011．

中国工程爆破协会.GB 6722-2011爆破安全规程[S].北京: