下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法
【专利摘要】本发明公开了一种下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法，其特征是：对于下穿古文保建筑物的暗挖地铁区间隧道，采用三台阶法钻爆开挖，沿隧道纵向开挖依次形成上台阶、中台阶和下台阶本发明方法中采用三台阶法钻爆开挖，通过分部开挖，重点控制上台阶爆破开挖，降低了爆破总装药量。本发明方法可以保证下穿文保建筑施工段爆破振速符合相关要求，可靠保护文物保护建筑不受损。
【专利说明】下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种爆破控制减震方法，更具体地说是针对下穿文物保护建筑隧道实施爆破中所采用减震控制方法，是为降低爆破震动有害效应对地面文保建筑的损害。
【背景技术】
[0002]随着我国城市地铁的蓬勃发展，采用钻爆法施工穿越城市繁华地段的地铁工程越来越多，一些城市还有大量的国家级文物保护建筑。爆破产生的震动有害效应有可能危及周围建筑物，特别是年代久远的文物保护建筑。如何有效地控制爆破震动有害效应，保障文物保护建筑的安全和施工顺利进行，已成为当前采用钻爆法施工城市地铁项目亟待解决的
一项重要课题。
[0003]青岛作为国家历史文化名城，历史文化遗产十分丰富，保存了大量以德占时期修建的古建筑群为代表的优秀历史遗存，其中由中铁四局承建的青岛市地铁一期工程土建施工地段分布有较多的国家级、省级以及市级重点文物保护建筑，历史均在一百年左右。地铁区间爆破施工时必须有效控制爆破振动有害效应，保障这些不可再生历史文化遗产的安全。
[0004]根据《青岛市地铁一期工程(3号线)土建01标段建筑物现状调查评估报告》及《青岛市地铁一期工程(3号线)土建01标段穿越文物建筑专项方案论证会专家意见》，建议振速安全允许值应控制在不大于0.5cm/s。
[0005]在工程爆破中，单一的减震措施已有很多，但在采用单一减震措施的情况下，在被保护点与爆破区域距离在20m时，测点爆破振动速度在2?5cm/s，这显然远远满足不了
0.5cm/s的控制要求。减少单段炸药量以及缩小每次开挖进尺等都是以延长工期为代价。
【发明内容】
[0006]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法，以保证下穿文保建筑施工段爆破振速符合相关要求，可靠保护文物保护建筑不受损，保障施工进度。
[0007]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0008]本发明下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法的特点是:对于下穿古文保建筑物的暗挖地铁区间隧道，采用三台阶法钻爆开挖，沿隧道纵向开挖依次形成上台阶、中台阶和下台阶。
[0009]本发明下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法的特点也在于:
[0010]对于上台阶区域的开挖是首先沿着上台阶的开挖轮廓线的上拱等间距预置各外廓临空孔；在所述上台阶区域的底部设置超前导洞，中心炮孔位于所述超前导洞的几何中心，预置的四个中心临空孔分处在以所述中心炮孔为中心的方形环的四个顶点位置处；所述超前导洞与上台阶扩挖区分两次爆破，并且超前导洞超前于上台阶扩挖区掌子面为
1.0?2.0米，所述上台阶扩挖区掌子面设置为反向5: I的坡面。[0011]所述外廓临空孔的孔径为40?42毫米，环向间距为0.5米，纵向间距为5米；所述中心临空孔的孔径为90?108毫米，纵向间距为10?15米。
[0012]所述超前导洞偏离隧道结构中心线位置0.5米，并处在远离被保护建筑物的一侧的开挖断面底部。
[0013]此外，也可以设置超前导洞逐孔延时起爆网络，其是在所述中心炮孔的外围、距离中心炮孔由近而远间隔设置各层扩槽炮孔；第一层扩槽炮孔在中心炮孔的外围呈十字分布，并与所述四个中心临空孔共同形成方形环。
[0014]将所述超前导洞中的中心炮孔及各层扩槽炮孔按区域划分为左侧区域、右侧区域和下部区域；并且第一层扩槽炮孔处在下部区域中；在所述各区域中，同一区域的孔内雷管段别各不相同，以实现在同一区域内逐孔起爆。
[0015]针对所述左侧区域、右侧区域和下部区域分别设置左侧区域外联雷管、右侧区域外联雷管和下部区域外联雷管，所述左侧区域外联雷管、右侧区域外联雷管和下部区域外联雷管并联设置并且与超前导洞引爆雷管串联设置；所述左侧区域外联雷管、右侧区域外联雷管和下部区域外联雷管段别各不相同，以实现超前导洞所有炮孔自中心炮孔起由内向外逐层逐孔起爆。
[0016]此外，还可以设置扩挖区孔内外联合延时分区微差起爆网络，其是将所述上台阶扩挖区按上中下和左右结构划分为:分处在超前导洞两侧的左内侧区域和右内侧区域，分处在上台阶扩挖区左右外侧的左侧中部区域、左侧下部区域、右侧中部区域和右侧下部区域；以及分处在上台阶扩挖区上部左右两侧的左侧上部区域和右侧上部区域；在所述各区域中，在相邻的两至四个炮孔中采用相同段别雷管形成同步起爆段，不同的同步起爆段之间采用不段别的雷管逐段起爆。
[0017]针对左内侧区域和右内侧区域设置相同段别的内侧区域外联雷管，针对左侧下部区域和右侧下部区域设置相同段别的下部区域外联雷管，针对左侧中部区域和右侧中部区域设置相同段别的中部区域外联雷管，以及针对左则上部区域和右侧上部区域设置相同段别的上部区域外联雷管；所述内侧区域外联雷管和下部区域外联雷管并联设置为扩挖区外联雷管，扩挖区起爆雷管、扩挖区外联雷管、中部区域外联雷管以及上部区域外联雷管依次串联设置，实现分区域微差起爆。
[0018]对于处在上台阶扩挖区最外围的不同区域中的各同步起爆段，实现各同步起爆段之间的微差起爆。
[0019]本发明综合减震措施的实施，将爆破振动速度可靠地控制在安全要求范围内，与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0020]1、本发明方法中采用三台阶法钻爆开挖，通过分部开挖，重点控制上台阶爆破开挖，降低了爆破总装药量。
[0021]2、本发明方法中超前导洞与上台阶扩挖区分两次爆破，超前导洞内设四个中心临空孔形成预置临空面，并实施逐孔延时起爆，起到减振和降振效果，同时又为上台阶扩挖区爆破创造了临空面；超前导洞和扩挖区分次起爆，降低了微差爆破干扰，经试验验证爆破对周边建筑物造成震动影响最小。
[0022]3、本发明方法中超前导洞偏离隧道结构中心线，并将导洞设置在开挖断面底部，尽可能增加了爆源至文保建筑之间的距离，将爆破引起的对保护物地基震动能量传递值尽可能降至最低。
[0023]4、本发明方法中上台阶扩挖区掌子面设置成反向5:1坡面，有效降低了掌子面岩石夹制作用的影响，增大了临空面，降低爆破后洞渣的抛掷距离。
[0024]5、本发明方法中外廓形成预置临空孔，起爆后，爆破能量由开挖断面内圈至周边传递，经周边空孔吸收，有效降低了岩石爆破后沿文保建筑方向能量的传递。
[0025]6、本发明方法中对于超前导洞预置的四个中心临空孔，使掏槽过程减震作用显著。
[0026]7、本发明方法中超前导洞非电毫秒雷管孔内外联合延时起爆网络的设置实现了逐孔延时起爆,将以往掏槽区6?8个炮孔同时起爆楔形掏槽的传统模式调整为本例中28个炮孔逐孔延时起爆的方式，1.8米X 1.8米的超前导洞均为掏槽区，增大了掏槽区的开挖面积，同时大大降低了同段位起爆的装药量。
[0027]8、本发明方法中扩挖区非电毫秒雷管孔内外联合延时起爆网络的设置，实现了上台阶扩挖分区微差起爆。上台阶扩挖区划分为左右基本对称的8个区域，每个区域内布置16-30个炮眼，同一区域内2-4个炮孔采用同段装药，起爆顺序由内向外、自下而上、左右对称，通过非电毫秒雷管孔内、孔外联合延时，将上台阶156个炮孔分成56个起爆段别实现分区微差起爆，将传统的隧道光面爆破和控制爆破技术运用进行了延伸，使爆破振速符合要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明三台阶开挖法示意图；
[0029]图2为本发明中上台阶示意图；
[0030]图3为本发明中导洞炮孔布置图；
[0031 ] 图4为超如导洞起爆网络不意图；
[0032]图5为上台阶扩挖区起爆网络设计图；
[0033]图中标号:11上台阶，12中台阶，13下台阶，14上台阶扩挖区掌子面；20超前导洞，21被保护建筑物，22外廓临空孔，23隧道结构中心线，24上台阶开挖轮廓线，25上台阶扩挖区，V为被保护建筑物的地基与隧道拱顶之间高差，H为被保护建筑物的地基与隧道开挖轮廓线之间的最小距离；30超前导洞大空孔，31中心炮孔，32第一层扩槽炮孔，33第二层扩槽炮孔，34第三层扩槽炮孔，35第四层扩槽炮孔；40超前导洞引爆雷管，41下部区域外联雷管、42左侧区域外联雷管、43右侧区域外联雷管，44下部区域、45左侧区域、46右侧区域；501左内侧区域、502右内侧区域、503左侧下部区域、504右侧下部区域、505左侧中部区域、506右侧中部区域、507左侧上部区域、508右侧上部区域，509扩挖区起爆雷管，510内侧区域外联雷管、511下部区域外联雷管，512中部区域外联雷管、513上部区域外联雷管。
【具体实施方式】
[0034]参见图1，本实施例中下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法是:对于下穿古文保建筑物的暗挖地铁区间隧道，采用三台阶法钻爆开挖，沿隧道纵向开挖依次形成上台阶11、中台阶12和下台阶13。图1中所示的V为被保护建筑物的地基与隧道拱顶之间高差，H为被保护建筑物的地基与隧道开挖轮廓线之间的最小距离，本实施例中V值为1.5米，H值为16.3米。本实施例中采用三台阶分部开挖法，三台阶之间纵向深度拉开距离，在完成上台阶爆破开挖之后，对于中台阶和下台阶的爆破即不会对地面保护建筑造成太大影响。
[0035]如图1、图2所示，对于上台阶区域的开挖是首先沿着上台阶11的开挖轮廓线24的上拱等间距预置各外廓临空孔22以形成预置临空面，以减小抵抗线，减震隔震；在上台阶区域的底部设置超前导洞20，中心炮孔31位于超前导洞20的几何中心，预置的四个中心临空孔30分处在以中心炮孔31为中心的方形环的四个顶点位置处；超前导洞20与上台阶扩挖区25分两次爆破，并且超前导洞20超前于上台阶扩挖区掌子面14为1.0?2.0米，上台阶扩挖区掌子面14设置为反向5: I的坡面。
[0036]具体实施中，外廓临空孔22的孔径为40-42毫米，环向间距为0.5米，纵向间距为5米；中心临空孔30的孔径为90?108毫米，纵向间距为10?15米；超前导洞20偏离隧道结构中心线23位置0.5米，并处在远离被保护建筑物21的一侧的开挖断面底部，以尽可能增加爆源至地面保护对象之间的距离，距离越远保护对象受到的影响越小。
[0037]参见图3和图4，设置超前导洞逐孔延时起爆网络，其是在中心炮孔31的外围、距离中心炮孔31由近而远间隔设置各层扩槽炮孔；第一层扩槽炮孔在中心炮孔31的外围呈十字分布，并与四个中心临空孔30共同形成方形环。
[0038]如图3和图4所示，将超前导洞20中的中心炮孔及各层扩槽炮孔按区域划分为左侧区域45、右侧区域46和下部区域44 ;并且第一层扩槽炮孔处在下部区域44中；在各区域中，同一区域的孔内雷管段别各不相同，以实现在同一区域内逐孔起爆。
[0039]针对左侧区域45、右侧区域46和下部区域44分别设置左侧区域外联雷管42、右侧区域外联雷管43和下部区域外联雷管41，左侧区域外联雷管42、右侧区域外联雷管43和下部区域外联雷管41并联设置并且与超前导洞引爆雷管40串联设置；左侧区域外联雷管42、右侧区域外联雷管43和下部区域外联雷管41段别各不相同，以实现超前导洞所有炮孔自中心炮孔起由内向外逐层逐孔起爆。
[0040]参见图5，设置扩挖区孔内外联合延时分区微差起爆网络，其是将上台阶扩挖区25按上中下和左右结构划分为:分处在超前导洞两侧的左内侧区域501和右内侧区域502，分处在上台阶扩挖区25左右外侧的左侧中部区域505、左侧下部区域503、右侧中部区域506和右侧下部区域504 ;以及分处在上台阶扩挖区25上部左右两侧的左侧上部区域507和右侧上部区域508;在各区域中，在相邻的两至四个炮孔中采用相同段别雷管形成同步起爆段，不同的同步起爆段之间采用不段别的雷管逐段起爆。
[0041]如图5所示，针对左内侧区域501和右内侧区域502设置相同段别的内侧区域外联雷管510，针对左侧下部区域503和右侧下部区域504设置相同段别的下部区域外联雷管511，针对左侧中部区域505和右侧中部区域506设置相同段别的中部区域外联雷管512，以及针对左则上部区域507和右侧上部区域508设置相同段别的上部区域外联雷管513 ;内侧区域外联雷管510和下部区域外联雷管511并联设置为扩挖区外联雷管，扩挖区起爆雷管509、扩挖区外联雷管、中部区域外联雷管512以及上部区域外联雷管513依次串联设置，实现分区域微差起爆；对于处在上台阶扩挖区25最外围的不同区域中的各同步起爆段，实现各同步起爆段之间的微差起爆。
[0042]图 5 中所不 al、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9、alO、all、al2、al3、al4、al5、al6、al7、al8、al9分别表示为段别，其中al指为I段非电毫秒雷管，al9指19段非电毫秒雷管，其余依次类推。
[0043]本实施例中延时间隔爆破可以使地震波叠加减弱，达到降震要求，非电毫秒雷管孔内外联合延时在本实施例中做到了掏槽区28个炮孔逐孔微差起爆，上台阶扩挖区156个炮孔分作55个段别微差起爆，极大地降低了爆破振速。将传统控制爆破限段别数的雷管调制到符合装药计算或振动监控符合要求的段数，极大的增加了延时控制的范围。
[0044]本发明方法尤其适用于硬岩、大断面暗挖隧道，硬岩是指标准抗压强度大于60Mpa的岩石；大断面是指开挖断面面积大于80m3/m的地铁单洞双线区间暗挖隧道。
【权利要求】
1.下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法，其特征是:对于下穿古文保建筑物的暗挖地铁区间隧道，采用三台阶法钻爆开挖，沿隧道纵向开挖依次形成上台阶(11)、中台阶(12)和下台阶(13)。
2.根据权利要求1所述的下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法，其特征是:对于上台阶区域的开挖是首先沿着上台阶(11)的开挖轮廓线(24)的上拱等间距预置各外廓临空孔(22);在所述上台阶区域的底部设置超前导洞(20)，中心炮孔(31)位于所述超前导洞(20)的几何中心，预置的四个中心临空孔(30)分处在以所述中心炮孔(31)为中心的方形环的四个顶点位置处；所述超前导洞(20)与上台阶扩挖区(25)分两次爆破，并且超前导洞(20)超前于上台阶扩挖区掌子面(14)为1.0?2.0米，所述上台阶扩挖区掌子面(14)设置为反向5: I的坡面。
3.根据权利要求2所述的下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法，其特征是:所述外廓临空孔(22)的孔径为40?42毫米，环向间距为0.5米，纵向间距为5米；所述中心临空孔(30)的孔径为90?108毫米，纵向间距为10?15米。
4.根据权利要求2所述的下穿文保建筑隧道爆破综合减震方法，其特征是:所述超前导洞(20)偏离隧道结构中心线(23)位置0.5米，并处在远离被保护建筑物(21)的一侧的开挖断面底部。
【文档编号】E21D9/00GK103541734SQ201310534938
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】彭小兵, 隗志远, 徐华生, 石华峰, 余高飞, 柯宇庆, 陈文尹, 李拥军, 吴锡君 申请人:中铁四局集团有限公司