中铁十二局集团第二工程有限公司 山西太原 030032
摘要：为保证隧道开挖爆破期间周边民用建筑及石油管道的安全，本文开展爆破振动速度验算及控制措施研究，通过查阅大量文献资料，在复杂环境下隧道爆破取爆破振动速度控制值为2.0cm/s，爆破时采取严格控制最大同段装药量、起爆总药量和爆破振动监测等措施，确保了隧道施工安全。
关键词：隧道；爆破；振动速度
1.引言
近些年来，山区高速公路发展飞速，其中隧道经常下穿工业或民用建筑附近区域。在复杂环境下进行隧道爆破施工时，由于距离建构筑物较近，爆破振动及飞石易对周边建构筑物产生危害，轻则危及建筑物安全使用，重则危及周边人员生命及财产安全，易引起纠纷。所以，在隧道与邻近建筑距离一定的情况下，如何确定爆破振动对邻近建筑物的影响范围，如何开展试验、优化爆破参数对降低爆破危害具有重要的研究意义。许多专家针对这一问题已开展大量研究工作。邓涛[1]等人以某公路隧道施工中爆破振动导致周边房屋开裂的评估工程为依托，通过对隧道周边房屋进行爆破振速监测、房屋裂缝形态分析和性状监测等方法，对房屋裂缝成因进行了系统地分析和讨论。王波[2]以某隧道工程爆破振动监测项目为依托，通过现场振动测试，比对使用不同种类雷管实施爆破下的地表振动强度，认为采用数码电子雷管起爆可有效减小振动效应，最后，对现行爆破振动安全评价标准展开进一步探讨。马伟平[3]等人建议将峰值振动速度3～6 cm/s作为爆破对管道安全影响的判定依据，据此计算爆破安全距离、飞石安全距离和爆破噪声声压等参数。结合计算示例，给出了典型岩性岩石和不同炸药量条件下爆破对应的管道安全距离。最后，针对提升爆破施工科学性和保障管道、人员安全，提出了我国国家标准修订建议。
2.工程概况
（1）设计概况
三家村隧道位于云南省昆明市西山区三家村附近，有乡村公路至隧道进、出口附近，但路况差，交通条件一般。设计为分离式隧道，建筑限界14.5×5.0m，起讫桩号左线ZK6+355～ZK8+920，长2565m；右线YK6+310～YK8+865，长2555m；进洞口设计标高左线2132.572m、右线2131.417m，出洞口设计标高左线2196.657m、右线2195.345m；隧道最小埋深约20m，属长隧道。
（2）工程地质
隧址区附近海拔2397.0～2085.0m，相对高差312m。隧道横穿一连续山体。进出口均位于斜坡体上，隧道通过区为山地，植被茂密，多为灌木、少量乔木，大部为第四系残坡积土，局部基岩裸露；隧道通过段地面高程为2204.1～2359.3m，相对高差155.2m。
场区覆盖层为第四系残坡积层(Qel+dl)碎石土、粉质粘土；下伏基岩为泥盆系上统宰格组(D3z)白云岩，中统海口组(D2h)砂岩、寒武系下统沧浪铺组(∈1c)砂岩、筇竹寺组(∈1q)泥质粉砂岩。
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图1 隧道出口处周围环境示意图
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图3 隧道浅埋段周边环境示意图
（3）工程环境现状
三家村隧道整体爆破施工环境良好，距离周边建（构）筑物距离较远，但存在三处较为复杂的爆破施工环境。距离三家村隧道出口西偏东方向83.42m处有中石化管道，正北方向110.26处有民用建筑物；距离三家村隧道进口南偏西方向149.47m处有中石油管道；距离三家村隧道出口约500m处隧道浅埋段下穿顶部有民用建筑物，垂直距离约为19m，具体施工环境如图所示。
3.爆破振动安全控制措施
3.1 爆破振动控制目标与安全验算
根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）13.2.2条有关规定：爆破振动判据以拟保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率为控制值。据上述工程环境现状，本爆破设计必须保证临近三家村隧道的民房建（构）筑设施，以及后行开挖隧道施工不受爆破危害效应损害，确保爆破安全。
根据《油气管道地质灾害风险管理技术规范》SY/T 6828-2011第7.1.4.5 条中规定：在管道附近采用控制爆破或机械振动施工时，采取减震沟减震后，形成的振动波到达管道处的最大爆破振动速度不得超过7 cm/s；中国石油天然气集团公司企业标准Q/SY 1358-2010《油气管道并行敷设技术规范》中也规定爆破形成的振动波到达在役管道处的最大垂直振动速度不应超过10 cm/s。根据大量震害统计资料，对于埋地天然气长输管道而言，一般场地下直埋管道地震动峰值加速度大于或等于0.3 g 时才开始产生破坏作用。GB 50251-2015《输气管道工程设计规范》第5.1.1 条规定“当管道通过地震动峰值加速度等于或大于0.1 g 的地区时，应按SY/T 0450-2012《输油（气）钢质管道抗震设计规范》对管道在地震作用下的强度进行校核”，而GB 50470-2008《油气输送管道线路工程抗震技术规范》和SY/T 0450-2012 均规定对位于设计地震动峰值加速度大于或等于0.2 g 地区的管道，应进行抗拉伸和抗压缩强度校核。参照GB/T 17742-2008《中国地震烈度表》，地震动峰值加速度0.1 g 对应地震烈度在Ⅵ～Ⅶ 级，地震动峰值速度为6～13 cm/s，也就是说从管道强度设计角度，埋地天然气长管道本身至少具有抵抗振动速度6 cm/s 以上的抗震能力[4]。因《爆破安全规程》里没有明确对于燃气管道的爆破振动安全允许标准，根据以上相关行业规范规定，通过参照《爆破安全规程》GB6722-2014对爆破振动安全允许标准和《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）对小净距隧道影响程度对应爆破振动速度控制标准的规定，本设计按爆破振速≤2.0cm/s作为安全允许标准，对施工控制最大同段装药量进行验算，确保三家村隧道附近建（构）筑设施不受爆破振动和爆破飞石危害。
按公式：V=K（Q1/3/R）α对允许同段最大安全装药量进行核算，公式中：
R —爆破振动安全允许距离，m；
Q —最大同段装药量（最大单响药量），kg；
V —保护对象所在地质点峰值振动安全允许速度，cm/s；
K、a —与爆破点至计算保护对象间的地形、地质等条件有关的系数和衰减指数；隧址区岩性为砂岩夹灰岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等，裂隙发育，岩体破碎，岩体完整性较差。通过对现场已开挖揭露出的新鲜岩土层分析，隧道开挖岩体属软—中硬岩石，系数K中硬岩取200，α取1.7/软岩取300，α取1.9；
为了充分保证周围建（构）筑设施不受爆破施工影响，进行爆破振速验算，具体结果如下表1所示：
表1 爆破振速安全验算
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通过对爆破振动的理论验算，在三家村隧道爆破施工开挖时，参照上述不同距离范围，按设计严格控制好每次起爆的最大同段药量和做好试爆工作，及时做好对隧道自身安全和附近保护建筑设施安全监测工作，爆破安全才能得到有力的保证。
在正式爆破前进行爆破试验，选择距保护对象较远处或隧道采用小进尺爆破掘进处按爆破设计选择的孔网参数和装药量进行试爆，然后分析试爆效果，及时进行参数调整，以此为依据调整到最佳效果后方可进行正式爆破[5]。
3.2 爆破减振措施
（1）控制最大同段装药量
采用浅孔微差控制起爆技术，严格控制最大同段装药量。对距离爆破中心附近各保护对象，控制其所在位置爆破允许安全振动速度V＜2.0cm/s，保证隧道自身施工和附近需保护的建筑设施安全。在三家村隧道爆破施工开挖时，在IV级围岩爆破施工时，控制最大同段安全药量≤17kg；在V级围岩及隧道进出口爆破施工时，控制最大同段安全装药量≤9.0kg；在浅埋段下穿民用建筑处，在距离爆破点100m范围内，控制最大同段安全装药量为≤0.8kg。
（2）控制每次爆破总药量
严格控制每次爆破的总药量，在三家村隧道爆破施工开挖时，在IV级围岩爆破施工时，控制每次爆破总装药量＜150kg；在V级围岩及隧道进出口爆破施工及浅埋段下穿民用建筑处，控制每次爆破总装药量＜85kg；浅埋段距民房50m内采用数码雷管逐孔起爆技术，每次进尺控制在0.8m。
（3）做好爆破振动监测
每次爆破施工时，对相邻的建筑设施和隧道自身进行爆破振动监测，便于调整爆破参数，充分确保爆破振动不会对附近民房建筑和隧道自身开挖造成危害。
4. 结论
在复杂环境下，爆破振动对周边建构筑物安全有着非常重要影响。本文在总结相关行业研究成果的基础上提出爆破振动总体控制目标值2cm/s，通过实践证明目标值在本项目的适用性。另外，在施工中严格现场管理、控制最大段装药量、一次爆破总药量及监测措施也是本次研究成功的关键，研究成果可为隧道爆破振动控制提供参考。
参考文献
[1]邓涛,金一平,吴培贵,魏雯,曹洋.某高速公路隧道的爆破振动对邻近民房开裂的影响分析[J].现代隧道技术,2018,55(03):69-75.
[2]王波,郭迅,郭嘉源,范晓庆,宣越,查申申.隧道爆破振动对地表建筑的影响——以京张高铁怀来段某隧道为例[J].科学技术与工程,2020,20(25):10452-10458.
[3]马伟平,姜旭,李贵荣,李萌.爆破振动对管道安全性影响评估研究[J].石油工业技术监督,2020,36(09):50-53.
[4]王振洪,侯雄飞,边明,张欢欢,陈保燕.爆破对天然气长输管道振动影响的安全判据[J].油气储运,2016,35(08):813-818.
[5]龚磊,杨烜.公路隧道爆破施工控制研究[J].黑龙江交通科技,2015,38(02):110-111.