浅谈城市隧道爆破对周边环境影响的控制技术

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LOW CARBON WORLD 2013/5

浅谈城市隧道爆破对周边环境影响的控制技术

周正强（重庆中环建设有限公司，重庆渝北401120）

【摘

要】结合重庆市渝中区解放碑地下环道工程隧道爆破对周边环境影响控制的施工经验，介绍了在城市人、车流量大和建筑密集的复杂环境条件下减小隧道爆破对周边环境影响的控制方法、措施和技术，为类似工程施工提供参考。【关键词】城市隧道；爆破施工；环境影响；控制技术

【文章编号】2095-2066（2013）10-0278-03

引言

随着城市建设的发展，各类城市隧道建设越来越多，而城市隧道往往处于建筑物、道路和地下管线等设施的密集区，主要体现在周边及拱顶上方建筑物密集、距离近、人车流量大、隧道埋深浅等，从而导致城市隧道施工中环境影响的控制问题尤为突出。隧道开挖采取非爆破方式对周边环境的影响虽然比爆破方式小，但非爆破开挖成本高、效率低，因此，在能有效控制施工对周边环境影响的前提下城市隧道一般优先选用爆破开挖方式。

隧道开挖爆破不同于一般土石方爆破，隧道掏槽爆破只有一个临空面，一次起爆药量过小达不到预期爆破效果，且隧道一般是近水平方向掘进，是立面水平方向抛掷爆破，与地面土石方爆破可采取覆盖防护相比，对隧道爆破采取立面覆盖防护效果差且不现实，因此，城市隧道爆破控制有其特殊性和复杂性，本文结合重庆市渝中区解放碑地下环道一期二标段隧道爆破施工经验，分别从隧道爆破飞石控制、隧道爆破对周边建筑物震动控制、爆破粉尘控制及爆破组织管理几方面介绍了城市隧道爆破对周边环境影响的控制技术。

1工程概况

解放碑地下环道长约4km ，由临江门、较场口转盘、五一路口三点合围而成，连接整个解放碑核心区域。一期二标段工程全长700m ，全部为地下隧道，通过出入口一隧道与北区路相接，从北区路人行道旁挂口进洞，北区路为重庆市渝中区主要交通干道，车流量大，人流密集，人行道宽6m ，施工场地狭窄，隧道上方相继穿越农工民主党、长江仪表厂、临江路小学、大井巷社区、重庆二十九中学校、世贸中心、国际金融大厦、万豪国际会展中心、合景大厦等建筑物，埋深10~20m ，隧道开挖断面宽8.44m ，高7.43m ，地层岩性以砂岩和砂质泥岩为主，岩体完整，围岩级别为Ⅳ级，隧道转弯半径小，经反复比较和组织专家论证，隧道开挖方式主要以控制爆破为主。

2隧道爆破飞石控制技术

2.1搞好防护措施

进洞前先施作混凝土套拱及超前管棚，洞口段（约5m ）风化破碎带用破碎机开挖，其余采取爆破方式开挖，本工程共采取了三道防飞石措施，第一道防护设置在距开挖面附近（一般

3~10m ），用挖掘机将留存的渣石沿隧道全宽挖垒成约3m 高

的渣石挡墙，飞石控制的关键是掏槽爆破抛掷的石渣，因此隧道开挖的掏槽眼尽量布置在开挖断面的下部，这样掏槽爆破飞出的石渣首先被所垒的渣石挡墙拦截；第二道防护设置在洞口，在套拱混凝土上安装防护铁门，为开启方便，铁门由拱

部和下部左右两扇共三部份组成，拱部固定，拱部下沿高度满足挖掘机和出渣车通行，下部左右两扇为可开启的推拉防护门，防护门网架用准25钢筋加工制作，有一定柔性，门上铺三层密目钢丝网（孔径小于1cm ），内侧再铺挂两层棕垫缓冲撞击力，门框下部距离地面留约50cm 空隙仅用棕垫下坠遮挡，作为爆冲气体扩散通道，爆破关闭大门后，在门外侧交叉套挂几道钢丝绳以加固补强；第三道为全封闭外围档防护，墙部为双层钢板围挡，用I25工字钢作立柱，角钢连接，内外侧铺焊

3mm 厚钢板，内层再铺贴一层柔性木板，围墙出入口为钢板推

拉门，洞口外围顶部满铺双层密目钢丝网（透气），形成整个洞口外围全封闭防护。经过爆破实践证明，爆破渣石90%被第一道渣石防护所拦截，剩下10%基本上被洞口防护门拦截，第三道外围防护主要起安全保障作用，防护效果较好，具体防护措施示意图如图1所示。

2.2搞好爆破设计和施工

（1）控制好单位炸药消耗量。充分掌握岩性、地质情况及爆破材料的特性参数，采取松动爆破以减小岩石抛掷，合理确定单位炸药消耗量，如果单位炸药消耗量偏大，当岩石破碎后剩余的爆炸能量就会使破碎的介质获得动能产生抛掷，出现飞石，剩余的能量越多，飞散就越严重，同时要认真按设计钻孔，避免孔位偏差造成个别抵抗线过小产生飞石。

（2）控制一次起爆总药量。首先是控制好循环进度，进口段开挖进尺一般控制在1.2m 以内为宜，然后是采取分部、分段延时起爆，整个断面分成几个部份分别起爆，以减小一次起爆总药量。

（3）合理安排起爆顺序。隧道爆破的关键是掏槽爆破，掏槽爆破只有一个朝向洞口的临空面，爆破后岩石容易向洞外抛掷，是隧道爆破首先起爆的部位，所以掏槽部位设置在整个开挖断面的下部位置，以充分利用第一道渣石挡墙的拦截防护作用，为减小渣石抛掷尽量采用直眼掏槽爆破。其余利用掏槽爆破所产生的临空面逐次扩挖隧道，渣石的主抛方向为最小抵抗线方向，可有效减少向外飞石的数量。

（4）确保填塞质量。填塞长度偏小、填塞质量不好或填塞

图１隧道进口段爆破飞石防护示意图

交通建设

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材料中夹有硬物，易沿炮孔方向产生飞石，因此钻孔完后要用高压风吹洗钻孔，将孔内泥浆吹洗干净，装药完后用合格填塞料认真填塞每个炮孔。

3隧道爆破对周边建筑物的震动控制技术

3.1对地面建筑物进行调查，

确定合理的安全震速城市隧道距地面建筑物往往较近，此时爆破震动问题将会显得愈发突出，过大的震动可能引起墙体开裂、涂料脱落、门窗玻璃破裂等，严重影响周围环境的安全，而采取过于保守的爆破震动控制措施，无疑会符合安全生产的要求，但这势必造成施工成本的大量增加和施工效率的急剧降低，因此，施工前首先要对隧道沿线建筑物进行详细的摸排调查，调查的内容包括建筑物与施工线路位置关系、隧道埋置深度、建筑物修建年代、高度、建筑结构设计、基础类型、施工质量等，然后综合考虑受保护对象的重要性、建筑质量、新旧程度、自震频率、地基条件等因素，合理确定被保护建筑物的抗震能力和安全允许质点震速。

3.2采用毫秒延期分次爆破，限制一次爆破的最大

用药量

隧道开挖是一个不断向前推进的过程，一次爆破的最大药量控制要根据不同的埋置深度、不同的保护对象、不同的地形地质环境进行调整，被保护建筑物的允许临界震动速度[V]确定后，可根据苏联科学家萨道夫斯基归纳出的爆破震动经验计算公式计算一次爆破最大用药量Q m ，并以被保护对象质点震动波速度限值V max 作为控制标准，反算隧道各区段所允许的单段最大用药量，并进行试爆试验，及时调整爆破规模，优化爆破参数，每次爆破都进行震速监测，根据实测震速和装药量情况，取得k 、a 参数值，指导后续爆破。

即：

Q m =R 3

（V/K ）3/a

式中：V-被保护物处的质点震动速度，cm/s ；K-介质性质、爆破方式等有关系数，一般坚硬岩取值50~150，中硬岩取值

150~250，软岩取值250~300，试爆后根据现场情况进行调整；a-与传播途径和地形有关的系数，一般坚硬岩取值1.3~1.5，中硬岩取值1.5~1.8，软岩取值1.8~2.0，试爆后根据现场情况进行调整；R-爆源中心到震速控制点的距离（m ）。

采用毫秒延期爆破来限制一次爆破的最大用药量，为使相邻段位爆破震动波不相互叠加，毫秒雷管跳段起爆，毫秒间隔时间t ≥100ms 。爆破循环进尺根据围岩条件和爆破震动监测数据进行调整，为减小每孔装药量及一次起爆药量，炮孔眼深一般控制在0.8~1.5m ，且炮孔间距较一般隧道爆破适当加密。当雷管段位有限不能全断面爆破时，采取分部位分次装药分次起爆，为避免先爆的渣石覆盖下部眼孔，先起爆下部的掏槽孔、扩槽孔、和底孔，然后由下往上逐层下压分次起爆，以达到限制一次起爆药量控制震速的目的，每次爆后人工配合挖掘机对开挖面进行彻底排危，然后再进行下次爆破装药，炮眼布置和起爆顺序见图2。

3.3打减震孔进行减震

虽然预裂爆破可减小掏槽孔、辅助孔爆破对地表建筑物的震动影响，但存在如下三个问题：①预裂爆破要求炮孔数量多、精度高、且需同时起爆，这样会产生较大的震动；②为减小一次起爆药量，整个断面自下而上分次装药分次起爆，预裂爆

破爆碎上部岩石后对下部装药连线施工构成安全危胁；③软弱围岩进行预裂爆破效果较差。因此在这种特殊环境下采取预裂爆破减震不适合，隧道爆破减震辅助措施可采取沿拱弧周边和掏槽孔上部分别设置减震孔，减震孔按双排梅花形布置，间排距20cm ，沿拱弧的减震孔最后可以隔孔装药兼作爆破孔，掏槽孔装药比较集中且只有一个临空面，震速公式中的

k 和α取值相对较大，掏槽爆破产生的震速较大，因此有必要在掏槽孔上方增设一道减震孔，减震孔布置见图2。

4降低爆破粉尘污染空气的技术措施

隧道爆破后，爆破烟尘集中从洞口溢出，将严重污染城市环境，可采取如下几方面措施来降低爆破粉尘对城市空气的污染：

4.1采取湿式凿岩技术

湿式凿岩使用的风动凿岩机等钻孔设备皆配备了注水设备，在空心钻杆钻孔的同时向孔内注水，由此因钻杆摩擦岩体产生的粉尘不再飞扬，而是顺着水流流出孔外。

4.2采用水封爆破技术

水封爆破是用水炮泥堵塞炮眼，放炮后形成水雾的一种爆破方法，放炮时炸药产生的高温、高压气体将水炮泥破坏，水受热雾化形成微细水雾，起到降尘作用。

4.3水雾帘幕降尘

喷雾洒水过程是水雾与尘粒因凝结而降尘的过程，水雾与尘粒的凝结决定了喷雾洒水的降尘效果。本工程从洞口沿隧道向里每隔一定距离设置一道水雾帘拦截爆后粉尘，另外在距开挖面15~20m 安装除尘喷雾器，简易的除尘喷雾器可采用一根约1.2m 长准40钢管加工制作，沿喷射方向和钢管全长密钻细小喷射孔，然后将高压水管与高压风管汇合结入，在爆后打开高压风和高压水管从喷孔喷出高压水雾，实践证明这种喷雾除尘效果比较好。

5加强现场组织管理

5.1认真开展摸排调查

施工前派专人对隧道沿线影响范围内的建（构）筑物进行详细摸排调查，并进行变形监测，认真绘制上、下对照图，根据施工进度随时撑握爆破周边环境，适时调整爆破参数和爆破规模。

5.2认真搞好爆破震动监测和装药记录

执行“三人放炮制度”，即由爆破员、安全员、值班领导组

图２隧道开挖炮孔、减震孔布置及分次起爆示意图

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