CN112343602B - 一种上下层重叠隧道施工方法 - Google Patents

一种上下层重叠隧道施工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112343602B
CN112343602B CN202011061692.2A CN202011061692A CN112343602B CN 112343602 B CN112343602 B CN 112343602B CN 202011061692 A CN202011061692 A CN 202011061692A CN 112343602 B CN112343602 B CN 112343602B
Authority
CN
China
Prior art keywords
blasting
tunnel
layer
construction
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011061692.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112343602A (zh
Inventor
阳东廷
叶颜伟
何勇华
袁枫杰
李元亿
王昊乾
龚学亮
李闽锐
王连杰
邓学明
宋昱廷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Railway No 2 Engineering Group Co Ltd
China Railway Erju 5th Engineering Co Ltd
Original Assignee
China Railway No 2 Engineering Group Co Ltd
China Railway Erju 5th Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Railway No 2 Engineering Group Co Ltd, China Railway Erju 5th Engineering Co Ltd filed Critical China Railway No 2 Engineering Group Co Ltd
Priority to CN202011061692.2A priority Critical patent/CN112343602B/zh
Publication of CN112343602A publication Critical patent/CN112343602A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112343602B publication Critical patent/CN112343602B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/006—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries by making use of blasting methods
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
    • F42D3/04—Particular applications of blasting techniques for rock blasting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

本发明涉及隧道与地下工程技术领域，特别是一种上下层重叠隧道施工方法，包括如下步骤，S1，按照单层隧道现有施工方法完成下层隧道的施工；S2，根据下层隧道的控爆开挖参数结合上层围岩和下层围岩的差异，确定上层隧道初始控爆参数；S3，对爆破振动进行监控分析；先获得既有隧道易出现应力集中处质点的动力响应数据；再确定质点的爆破振动速度；然后确定爆破地震波在地层和结构中的衰减规律；S4，根据S3中的分析结果，对上层隧道初始控爆参数进行优化，获得优化后的上层隧道控爆参数；S5，按照优化后的上层隧道控爆参数进行上层隧道控爆施工。将上层隧道开挖施工优化为控爆开挖，加快了施工进度，缩短了工期。

Description

一种上下层重叠隧道施工方法
技术领域
本发明涉及隧道与地下工程技术领域，特别是一种上下层重叠隧道施工方法。
背景技术
上下层重叠隧道采用先施作下层隧道，待其衬砌结构稳定且达到一定的强度，上下层隧道错开相应的距离后方可进行上层隧道的开挖施工。为减少上层隧道施工对下层既有结构的扰动和影响，上层隧道开挖施工作业采用机械开挖，隧道开挖断面较大，围岩质地坚硬，机械开挖作业时间较长，严重影响施工工程进度。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有上下层重叠隧道施工时，在上层隧道施工过程中，存在的机械开挖作业时间较长，严重影响施工工程进度的问题，提供一种上下层重叠隧道施工方法，该方法通过设计保守的上层隧道初始控爆参数，进行控爆试验，得到优化的上层隧道控爆参数，且在施工过程中，动态的监测质点的动力响应数据，即使调整上层隧道控爆参数，使得能够使用爆破的方式进行上层隧道施工，加快了施工进度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种上下层重叠隧道施工方法，包括如下步骤，
S1，按照单层隧道现有施工方法完成下层隧道的施工；
S2，上层隧道开挖面核心土机械破除，作为试验爆破断面；
根据下层隧道的控爆开挖参数结合上层围岩和下层围岩的差异，确定上层隧道初始控爆参数；
S3，对爆破振动进行监控分析；
先获得既有隧道易出现应力集中处质点的动力响应数据；再确定质点的爆破振动速度；然后确定爆破地震波在地层和结构中的衰减规律；
S4，根据S3中的分析结果，对上层隧道初始控爆参数进行优化，获得优化后的上层隧道控爆参数；
S5，按照优化后的上层隧道控爆参数进行上层隧道控爆施工。
本发明的施工方法，根据现场具体围岩情况初步保守设计上层隧道控爆开挖爆破参数进行控爆试验，并通过相关仪器对爆破振动进行监控分析，进而优化上层隧道爆破参数，确保上层隧道在可控条件下进行控爆开挖。
进一步的方案中，步骤S5中，动态监测质点的动力响应数据，动态对上层隧道控爆参数进行调整。
在对上层隧道施工过程中，采用实时的动态监测各质点的动力响应数据，并根据数据对上层隧道控爆参数进行调整，保证控爆施工安全。
进一步的方案中，步骤S5中，监测点位于下层隧道二衬拱顶同里程及前后各5m范围内，以及上层隧道距离爆破位置不同里程处。
增加下层隧道的监测点，能够即时掌握上层爆破对下层隧道的影响，保证控爆施工安全。
进一步的方案中，步骤S2中，上层隧道初始控爆参数中的最大单段装药量为Q1，同里程的下层隧道控爆参数中的最大单段装药量为Q2，Q1≤0.8×Q2。
上层隧道和下层隧道在处于同样的围岩情况下，参考下层隧道的控爆参数，采用相当于0.8倍的最大单段装药量的情况下，能够保证施工安全。
进一步的方案中，步骤S3中质点的动力响应数据包括质点位移、质点速度和质点加速度。
进一步的方案中，以质点速度作为破坏标准确定爆破振动速度。
隧道围岩和衬砌在爆破地震波的作用下，质点的运动状态可以用三种形式来表示分别是位移、速度和加速度。因为质点最大位移与质点最大速度与频率的乘积成正比，质点最大加速度与质点最大速度的平方成正比，除此外，质点最大振动速度与最大径向应变成正比。所以，质点速度是岩体变形与应变的尺度，是与结构物损害联系最为密切的动力扰动。因此，将质点速度作为破坏控制标准，对爆破振动速度进行监测，控制隧道和围岩的峰值振动速度，进行爆破振动的破坏作用控制。
进一步的方案中，步骤S3中应力集中处设置监测点；所述监测点包括洞内监测点和地表监测点；
洞内监测点位于多个测振断面，多个测振断面从爆破断面向洞口延伸，距离爆破断面的距离分别为1m，2m，3m；每个测振断面包括三个位于拱底底面的洞内监测点；洞内监测点以质点的切向、径向和垂直向振动速度作为监测参量；
在开挖面的地表设置三组地表监测点，地表监测点以质点垂直振动速度作为监测参量。
进一步的方案中，步骤S3中，衰减规律采用下述公式描述，
Figure BDA0002712596770000031
式中V----质点爆破振动速度，cm/s；
Q----最大单段装药量，kg；
R----测点与爆源间的距离，m；
K、a----分别为爆破地震波的衰减系数和衰减指数；
K、a值的与多种因素有关，根据现场爆破试验测得的各监测点的质点爆破振动速度峰值数据，按照上式进行回归计算给出。
在回归计算时，首先将上述公式转化为线性方程，再进行回归统计计算。
对上式的两端取对数，有
Figure BDA0002712596770000041
令y＝lnV，
Figure BDA0002712596770000042
b＝lnK，转化为如下标准的线性方程：
y＝αx+b，对于每一组样本数据，V、Q、R都是确定的，α，b可按照爆破试验中测得的数据作为样本组进行回归计算。从而获得K、a的值。
进一步的方案中，步骤S3中，还对围岩进行扫描，采用现场实测的方式确定试验爆破对围岩的影响深度；在爆破之前，对爆破面附近下方围岩进行勘测，保存数据；爆破以后，对爆前的围岩进行复测，分析本次爆破对围岩的损伤程度。
进一步的方案中，通过对爆破时的震速、爆破后的开挖面和拱底底面的围岩的表面观察以及地质雷达的测试数据，分析爆破对围岩的损伤程度。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的上下层重叠隧道施工方法，在对上层隧道进行施工前，进行控爆试验，优化控爆参数，在确保下层隧道衬砌结构安全稳定的情况下，将上层隧道开挖施工优化为控爆开挖，加快了施工进度，缩短了工期。
2、本发明的上下层重叠隧道施工方法，在对上层隧道进行施工时，在下层隧道二衬拱顶同里程及前后各5m范围内，以及上层隧道距离爆破位置不同里程处隧道设置监测点，能够即时的掌握控爆施工对下层隧道和上层隧道的影响，保证施工安全。
附图说明
图1是数值模拟中上下层隧道模型对比图。
图2是炮孔布置网络图。
图3是光爆孔装药结构图。
图4是爆破震动测点布置图。
图5是实施例2中爆破震动隧道影响第1台测震仪所测数据。
图6是实施例2中爆破震动隧道影响第2台测震仪所测数据。
图7是实施例2中爆破震动隧道影响第3台测震仪所测数据。
图8是实施例2中爆破震动隧道影响第4台测震仪所测数据。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
某隧道工程的工程的其中一个断面的工程概况如下：上层隧道埋深49.4m，上下层隧道竖向净距4.5m，上下层隧道水平间距11.7m。该断面隧道周围为V级围岩。在完成下层隧道施工后，进行上层隧道施工。具体施工方案和过程如下。
1.某隧道进口上层隧道施工方案分析
1.1施工方案
对于尚未开挖的上层隧道，拟考虑三种施工方法，即方案一，台阶法加临时横撑；方案二、台阶法施工；方案三，双侧壁导坑法施工。
1.2模型建立
综合考虑埋深和临近程度对施工的影响，选取某断面作为典型截面进行三种施工方法的数值模拟。
数值模拟中上下层隧道模型分别如图1所示。
1.3结果分析
由于不同施工方案在应力方面的趋势大同小异，故下表只整理了各施工方案位移的计算结果。
表1各施工方案模拟结果(单位：mm)
Figure BDA0002712596770000061
由表1可知，当上层隧道采用双侧壁导坑法施工时，上层隧道施工完成时，其拱顶沉降与净空收敛程度最小，为7.7mm与6.6mm，相对台阶法减少了16％与14％，相对台阶法加临时横撑减少了13％与12％。此外，当采用双侧壁导坑法施工时，上层隧道施工对下层隧道的影响最小，下层隧道的沉降由8.9mm增至9.5mm，增幅7％，净空收敛由10.6mm增至10.9mm，增幅3％，而台阶法增幅分别为9％与6％，台阶法加临时横撑增幅同样分别为9％与6％。
尽管双侧壁导坑法相对而言对上层隧道拱顶沉降变形、隧道净空面收敛变形的影响较大，但是对下层隧道的拱顶沉降变形、隧道净空面收敛变形影响与其它两种方法相比并不明显。
从上述分析可知，当采用双侧壁导坑法时，位移量最小，隧道施工影响最小，风险最低，但施工效率较低；采用二台阶法时，位移量最大，风险最高，但效率较高；采用二台阶法加临时横撑时，位移量介于两者之间，风险虽较大。从施工费效比、风险程度等角度综合考虑，采用二台阶法加临时横撑的施工方式，较为适合本工程。
2.交叠隧道小净距光面爆破钻爆施工试验方案
2.1隧道爆破下台阶施工概况
隧道光面爆破采取微振动控制爆破技术。为控制超挖，周边采用光面爆破方法。隧道光面爆破要求周边眼爆破既能将岩石爆落下来，又能形成规整的轮廓，尽可能保留半孔痕迹，减小爆破对围岩的扰动，减少超挖量。
影响光面爆破效果的因素有很多，主要有围岩地质条件、炸药特性、断面形状和大小、钻孔质量等。其中岩地质条件和钻孔质量是最主要的影响因素。当施工到上下两层隧道距离较近时，严格控制爆破参数，以保护交叠部分围岩完整性。下层隧道DK63+690～DK64+110段及上层隧道AK63+820～AK64+062段根据围岩级别及现场地质情况，选用二台阶法临时仰拱施工方法施工。隧道光面爆破原始条件见表2。
表2隧道光面爆破原始条件表
1 洞内开挖平面尺寸 ⑨
2 洞内开挖断面面积 约35m<sup>2</sup>
3 围岩类型 IV～Ⅴ类围岩
4 炸药类型 2号岩石硝铵、乳化炸药
5 药包规格 直径27mm、35mm
6 光爆孔间距 50cm、70cm、100cm
7 光爆孔外插角 1～3°
8 光爆孔最小抵抗线 孔口25cm
9 周边眼孔深 1.5m
10 辅助眼孔深 1.5m
2.2光面爆破的主要参数及施工控制
2.2.1理论计算
隧道爆破炮孔钻孔时由外侧向中间分别为周边孔、辅助孔和掏槽孔。其中周边孔和辅助孔钻孔深度为1.5m，利用率为0.8，循环进尺1.2m，炮眼直径d炮眼＝40mm。
根据光面爆破的理论数据，取周边孔孔距E＝(10～15)d，则炮眼间距E＝(10～15)d＝40～60cm，周边孔沿开挖边线均匀布置。装药集中度q＝0.9kg/m；不耦合系数D＝1.5～2.0。钻孔时，周边孔孔口边紧贴设计开挖边线，向外侧偏斜1～3°钻孔。与周边孔紧邻的一排辅助眼决定了周边眼最小抵抗线(W)，一般要求W＝1.2E＝48～72cm，周边孔孔距设为0.5m，辅助孔孔距设为0.7m和1m，炮孔布置网络图如图2所示。
爆破参数的理论计算值如下：
A.下台阶钻孔数量N、总药量
N＝38+23+47＝108个；
Q＝qp1×n1+qp2×n2+qp3×n3＝38×0.325+23×0.46+47×0.8＝60.5kg。
B.周边孔(15段、17段)平均炸药用量qp1，炮孔布置网络图如图2所示。
根据公式：qp1＝aWLp(0.5～0.9)q；
取a＝0.5m W＝0.6cm Lp＝1.5m q＝0.9kg/m3。
则qp1＝0.5×0.6×1.5×0.6×0.9＝0.325kg。
C.辅助孔(1段～9段)平均炸药用量qp2，炮孔布置网络图如图2所示。
根据公式：qp2＝aWLp(0.5～0.9)q
取a＝1m W＝1.2m Lp＝1.5m q＝0.9kg/m3
则qp2＝1×1.2×1.5×0.5×0.9＝0.8kg。
D.辅助孔(11段～13段)平均炸药用量qp3，炮孔布置网络图如图2所示。
E.根据公式：qp3＝aWLp(0.5～0.9)q
取a＝0.7m W＝0.8m Lp＝1.5m q＝0.9kg/m3
则qp3＝0.7×0.8×1.5×0.6×0.9＝0.46kg。
2.2.2装药结构及炮孔堵塞
隧道光面爆破光爆孔采用分段装药结构，事先由炮工将药卷间隔串联在导爆索上，并用胶带绑扎在一根有一定强度的竹片上，装药时炮工将绑有药卷的竹片放入每个周边孔内，应使竹片紧靠围岩外侧，而药卷则紧靠开挖岩石的内侧，装药结构如图3所示。
为保证爆破效果及充分利用炸药能量作功，隧道爆破施工时炮孔应用炮泥进行堵塞，堵塞长度为炮孔的未装药部分。对炮孔进行堵塞有利于提高爆破质量、提高炸药利用率、降低单耗等效果。
2.2.3光面爆破施工细则
确定隧道施工方案时，要综合考虑隧道的地质条件、钻孔设备、爆破器材、支护方法和技术水平等因素来决定。应该特别强调的是，隧道开挖施工方案和爆破方法之间有着十分密切的关系。隧道光面爆破施工应遵循以下原则：
①钻孔孔位依据测量定出的开挖轮廓线确定。周边孔在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线等间隔布置炮眼，需要调整孔位时偏差不大于2cm，周边眼应向外侧偏斜1～3°钻孔，周边眼外插角偏差不大于1°，各炮孔孔底落在规定的平面上，凹凸不平整度小于10cm；与周边孔相邻一排辅助炮孔的孔口距离不小于60cm，打眼方向水平、平行于掘进方向。
②钻孔前必须严格按照钻爆设计标示出孔位和编号；如果孔位与上次的残孔重合，必须适当移位，绝对不准在残孔内钻孔。
③必须保证钻孔质量。钻进中要防止漏钻和多钻，控制好孔位、孔深和角度，是保证光面爆破效果的基础。
④炮孔钻完后要及时清孔并用木楔封堵，防止落入石块等杂物。炮孔经检查合格后，方可装药爆破。
⑤为减少装药时间，事先由炮工将药卷间隔串联在导爆索上，并用胶带绑扎在一根有一定强度的竹片上，装药时炮工将绑有药卷的竹片放入每个周边孔内，应使竹片紧靠围岩外侧，而药卷则紧靠开挖岩石的内侧，这样既有利于保护岩壁，又可以增强对开挖岩石的爆炸力。炮孔内放入药卷后，应将导爆索引出孔外，然后炮泥封堵炮孔。
⑥为使周边孔装药达到一定的不偶合系数，周边眼采用直径
Figure BDA0002712596770000101
的小药卷进行装药。
⑦为保证周边眼光面爆破效果，周边孔最后一段起爆。同时起爆的炮孔用导爆索串联在一起或用同段位的导爆管雷管簇联在一起，最后通过电雷管进行激发。
⑧连线必须认真细致，仔细清点数量并复核，对联结块上的上下级导爆管必须捆扎牢固，严防产生漏爆拒爆现象。
⑨爆破后的残留炮孔痕迹在开挖轮廓线上是否均匀分布；半孔残痕率在完整岩石处保持在95％以上，较完整和完整性稍差的岩石处保持在80％以上，较破碎和破碎岩石处半孔率不小于50％。
⑩每次爆破以后，要先进行通风，通风15分钟后检查人员方可进入隧道做相应的检查工作；要及时察看围岩周边光面爆破效果，核对与爆破设计是否相符，如有变化要及时调整爆破参数，使其达到最佳效果。
2.3爆破震动测试
(1)监测目的
选取质点的振动速度峰值作为主要监测指标来反映爆破振动强度，及时调整爆破装药参数。以我国《爆破安全规程》(GB6722-2003)为监测控制标准，采用质点振动速度相互垂直的三个分量(径向、切向和垂直向)与合成矢量速度相结合的方法，并考虑相应方向的主振频率。
针对本工程的实际情况，为建立超小净距上跨隧道爆破施工技术，确保下卧爆破施工时既有隧道的安全，确定本项目监测目的如下：
①获得既有隧道易出现应力集中处(仰拱与衬砌连接位置)质点的动力响应；
②获得既有隧道爆破地震波在远处未做减震处理结构中的传播规律。
(2)测试仪器系统
现场监测所需仪器设备主要由三大部分组成：拾振器或测振仪(又称传感器)、记录仪和振动分析仪。本工程监测采用(6台)及成都中科动态有限公司生产的IDTS3850型(6台)爆破震动监测专用仪器(共12台)，统称为爆破振动记录仪，主要用于对机械振动、地震波和各种冲击信号进行记录数据、分析结果、输出显示打印和数据存储的便携式仪器。爆破振动记录仪性能指标详见表3，传感器的性能指标见表4。
表3仪器性能指标
Figure BDA0002712596770000121
表4传感器性能指标
传感器 固有频率 直流阻抗 阻尼系数 灵敏度 失真 动态阻抗
NO.386 4.36Hz 375Ohm 0.558 27.1V/m/s 0.0005 1160ohm
NO.387 4.67Hz 376Ohm 0.559 27.7V/m/s 0.0014 1222ohm
NO.389 4.43Hz 377Ohm 0.564 27.4V/m/s 0.0008 1191ohm
NO.391 4.64Hz 376Ohm 0.559 27V/m/s 0.0004 1134ohm
NO.392 4.51Hz 378Ohm 0.563 27.1V/m/s 0.0008 1124ohm
(3)测试内容
隧道围岩和衬砌在爆破地震波的作用下，质点的运动状态可以用三种形式来表示分别是位移、速度和加速度。因为质点最大位移与质点最大速度与频率的乘积成正比，质点最大加速度与质点最大速度的平方成正比，除此外，质点最大振动速度与最大径向应变成正比。所以，质点速度是岩体变形与应变的尺度，是与结构物损害联系最为密切的动力扰动。因此，将质点速度作为破坏控制标准，对爆破振动速度进行监测，控制隧道和围岩的峰值振动速度，进行爆破振动的破坏作用控制。
目前大多数学者已趋于一致地认为一般可以采用振动速度来作为衡量爆破振动强度的参量。然而，质点的实际运动参数却是由3个相互垂直的分向量(即对爆源而言径向、切向和垂直向)的矢量和求得。虽然国内外目前对实际应用中是采用3个分量的矢量和还是采用3个分量之一尚无定论；我国现行的爆破规范中对此也未明确规定，但是借鉴众多文献，本工程中将采用切向、径向和垂直向振动速度作为爆破振动监测的内容。
(4)测试地点选择
本次试验在隧道中采用小药量模拟爆破，为保证测试数据的准确和工作人员、测试仪器的安全，尽量避免邻近生产爆破作业给测试工作带来的不利影响，在选择测试地点时考虑到以下几个原则：
①尽量选择模拟爆破声波测试期间不进行采掘生产作业的区域，以少临近生产爆破给现场声波测试带来的不利影响。
②尽量选择围岩质量较好的隧道，要求顶底板以及两帮矿岩不发生自然坍塌，既有利于提高测试效果，又能保证工作人员和测试仪器的安全。
③要求测试隧道中的水电使用方便，能够保证中深孔钻机进行钻孔施工和声波测试工作的顺利进行要求测试地点附近无大量民采空区、大断层和严重破碎带，保证钻孔施工机具、工作人员和测试仪器的安全。
④测试地点距离主巷道出口不宜太远，同时要求测试地点尽量与主隧道出口在同一水平，方便工作人员和测试仪器进出。
(5)隧道震动测试布置
在爆破之前，布置好爆破测震仪，测震断面为距离爆破断面向洞口延申1m、2m、3m处，爆破测震仪准备9套，若无充足的设备，也可以做多组试验，从而得出震动的影响规律，断面上的测点如图4所示。
(6)地表测试布置
在靠近开挖面的地表附近设置3组监测点，地表各测点监测中一般以质点垂直振动速度作为监测参量，在下卧隧道爆破施工开挖过程中，对地表质点振动进行监测。
(7)爆破振动安全允许标准
建、构物的爆破振动安全判据，各国的标准不一致。我国《爆破安全规程》(GB6722—2003)，对爆破振动安全允许值作了规定。表4-4引自《爆破安全规程》(GB6722—2003)P42页表4中的部分内容。
表5爆破振动安全允许标准
Figure BDA0002712596770000141
(8)应用地质雷达对围岩进行扫描
巷道开挖后，由于应力重分布作用，在围岩范围内形成一定厚度的松动区(软化区)、承载区(弹性区)和原岩区。如何确定既有开挖爆破对围岩的影响深度，目前尚无准确的定量计算公式，最直接有效的方法就是现场实测。在爆破之前，对爆破面附近下方围岩进行勘测，保存数据；爆破以后，对爆前的围岩进行复测，分析本次爆破对围岩的损伤程度。需要仪器为地质雷达1台。通过对爆破时的震速、爆破后的开挖面和拱底底面的围岩的表面观察以及地质雷达对围岩损伤的分析，以优化爆破参数。
(9)爆破震后的围岩表面裂缝
爆破后，应形成平整、光滑的开挖面，清渣后，对新开挖形成的拱底底面拍照、分析。
2.4试验结果与数据分析
(1)既有开挖爆破对围岩损伤和扰动情况
声波测试法可以根据测试得到的声速——孔深曲线，识别出既有开挖爆破影响深度。为此，在模拟爆破前对所有剖面进行了普查型测试，目的就是确定既有开挖爆破对围岩的影响深度，在整个钻孔深度范围内选择累积损伤试验测试区域
(2)质点动力响应速度
通过对爆破震动监测点的记录，获取爆破地震波在地层和结构中的传播规律，同时检验应力集中部位的质点震动速度是否超过10cm/s。
(3)萨氏经验公式的回归与识别
影响爆破地震波传播的因素有很多，想要将其全部考虑进来是非常困难的，一般工程中都是选取几个主要的因素作为变量，结合给定的基函数来回归、拟合出振动速度经验公式。我国广泛应用萨道夫斯基经验公式：
Figure BDA0002712596770000151
式中V-----测点振动速度，cm/s；
Q-----最大单段装药量，kg；
R-----测点与爆源间的距离，m；
K、a-----分别为爆破地震波的衰减系数和衰减指数。
K、a值的与多种因素有关，一般根据现场爆破试验测得的振动速度数据，按照上式进行回归计算给出。
在回归计算时，首先将公式(1-1)转化为线性方程，再进行回归统计计算。对上式的两端取对数，有
Figure BDA0002712596770000161
令y＝lnV，
Figure BDA0002712596770000162
b＝lnK，公式(1-1)转化为如下标准的线性方程：y＝αx+b，对于每一组样本数据，V、Q、R都是确定的，a，b可按照爆破试验中测得的数据作为样本组进行回归计算。
根据测试结果获得优化后的最大单段装药量Q值。
3上层隧道控爆参数优化和施工
按照优化后的最大单段装药量Q值，结合炮孔设置参数，进行上层隧道控爆施工。
在对上层隧道施工过程中，采用实时的动态监测各质点的动力响应数据，并根据数据对上层隧道控爆参数进行调整，保证控爆施工安全。监测点位于下层隧道二衬拱顶同里程及前后各5m范围内，以及上层隧道距离爆破位置不同里程处。
实施例2
某上下层重叠隧道的上层隧道控爆开挖实例的爆破振动试验如下：
试验爆破参数
(1)基本参数：孔径d＝42mm。掏槽炮孔采用垂直于工作面的浅孔，梯形布置。孔距a＝(1200～1500)mm，孔深L＝(2.5～3.0)m。单孔药量为q＝1.5kg。
(2)爆破器材选择及起爆网路确定
炸药使用硝铵炸药，药卷直径35mm，长度300mm，每节药卷重量为0.15kg。起爆材料为火雷管、高精度非电毫秒导爆管雷管和普通导爆索。采用非电起爆系统，爆破网络为：起爆火雷管→导爆索→孔内高精度毫秒导爆管雷管→孔内导爆索。
(3)测试结果
爆破2m，该次爆破总装药量7.5Kg，共分16段(4段～19段)，最大一段起爆药量0.15*8*4＝4.8Kg(11段)。
本次共采用四台测振仪进行测试，爆破震动测试结果，经过FFT变换后的波形图见图5～图8。
从测试结果来看，测点最大震动速度为7.11mm/s，完全满足《爆破安全规程》中的要求10～20cm/s。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种上下层重叠隧道施工方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1，按照单层隧道现有施工方法完成下层隧道的施工；
S2，上层隧道开挖面核心土机械破除，作为试验爆破断面；
根据下层隧道的控爆开挖参数结合上层围岩和下层围岩的差异，确定上层隧道初始控爆参数；
S3，对爆破振动进行监控分析；
先获得既有隧道易出现应力集中处质点的动力响应数据；再确定质点的爆破振动速度；然后确定爆破地震波在地层和结构中的衰减规律；
应力集中处设置监测点；所述监测点包括洞内监测点和地表监测点；
洞内监测点位于多个测振断面，多个测振断面从爆破断面向洞口延伸，距离爆破断面的距离分别为1m，2m，3m；每个测振断面包括三个位于拱底底面的洞内监测点；洞内监测点以质点的切向、径向和垂直向振动速度作为监测参量；
在开挖面的地表设置三组地表监测点，地表监测点以质点垂直振动速度作为监测参量；
S4，根据S3中的分析结果，对上层隧道初始控爆参数进行优化，获得优化后的上层隧道控爆参数；
S5，按照优化后的上层隧道控爆参数进行上层隧道控爆施工；步骤S5中，动态监测质点的动力响应数据，动态对上层隧道控爆参数进行调整；监测点位于下层隧道二衬拱顶同里程及前后各5m范围内，以及上层隧道距离爆破位置不同里程处。
2.根据权利要求1所述的上下层重叠隧道施工方法，其特征在于，步骤S2中，上层隧道初始控爆参数中的最大单段装药量为Q1，同里程的下层隧道控爆参数中的最大单段装药量为Q2，Q1≤0.8×Q2。
3.根据权利要求1所述的上下层重叠隧道施工方法，其特征在于，步骤S3中质点的动力响应数据包括质点位移、质点速度和质点加速度。
4.根据权利要求3所述的上下层重叠隧道施工方法，其特征在于，以质点速度作为破坏标准确定爆破振动速度。
5.根据权利要求1所述的上下层重叠隧道施工方法，其特征在于，步骤S3中，衰减规律采用下述公式描述，
Figure FDA0003813607560000021
式中V----质点爆破振动速度，cm/s；
Q----最大单段装药量，kg；
R----测点与爆源间的距离，m；
K、a----分别为爆破地震波的衰减系数和衰减指数。
6.根据权利要求1所述的上下层重叠隧道施工方法，其特征在于，步骤S3中，还对围岩进行扫描，采用现场实测的方式确定试验爆破对围岩的影响深度；在爆破之前，对爆破面附近下方围岩进行勘测，保存数据；爆破以后，对爆前的围岩进行复测，分析本次爆破对围岩的损伤程度。
7.根据权利要求6所述的上下层重叠隧道施工方法，其特征在于，通过对爆破时的震速、爆破后的开挖面和拱底底面的围岩的表面观察以及地质雷达的测试数据，分析爆破对围岩的损伤程度。
CN202011061692.2A 2020-09-30 2020-09-30 一种上下层重叠隧道施工方法 Active CN112343602B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011061692.2A CN112343602B (zh) 2020-09-30 2020-09-30 一种上下层重叠隧道施工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011061692.2A CN112343602B (zh) 2020-09-30 2020-09-30 一种上下层重叠隧道施工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112343602A CN112343602A (zh) 2021-02-09
CN112343602B true CN112343602B (zh) 2022-10-21

Family

ID=74360442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011061692.2A Active CN112343602B (zh) 2020-09-30 2020-09-30 一种上下层重叠隧道施工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112343602B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113883978B (zh) * 2021-10-19 2023-10-24 太原理工大学 一种隧道预留护廓岩幕水压聚能光面爆破方法
CN114370897B (zh) * 2021-12-31 2024-05-28 北京住总集团有限责任公司 一种暗挖隧道爆破震动监测装置及方法
CN118091759A (zh) * 2024-04-19 2024-05-28 中铁七局集团武汉工程有限公司 一种深浅埋大跨隧道爆破场速率监测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110487138A (zh) * 2019-09-16 2019-11-22 中国十九冶集团有限公司 高海拔小断面长陡斜坡隧道全断面光面爆破施工方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19650330A1 (de) * 1996-08-16 1998-02-19 Johannes Junior Verfahren und Vorrichtung im Tunnelbau
JP4260329B2 (ja) * 2000-03-03 2009-04-30 株式会社フジタ トンネル切羽前方地質探査法
CN105781560B (zh) * 2016-04-18 2018-04-13 中建交通建设集团有限公司 一种超近距叠线隧道远距离导坑先行控制爆破的施工方法
CN106288987A (zh) * 2016-08-23 2017-01-04 中国铁建大桥工程局集团有限公司 一种小净距上下交叉隧道施工工法
CN108050902B (zh) * 2018-01-12 2020-05-05 中铁上海工程局集团有限公司 一种隧道爆破开挖方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110487138A (zh) * 2019-09-16 2019-11-22 中国十九冶集团有限公司 高海拔小断面长陡斜坡隧道全断面光面爆破施工方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
立体交叉隧道近距离爆破振动控制研究;曹正龙等;《地下空间与工程学报》;20151215;全文 *
考虑施工爆破振动影响的小净距隧道设计参数优化研究;赵杰;《山西交通科技》;20200815(第04期);全文 *
超小净距交叉隧道爆破与安全技术;徐顺香;《工业安全与环保》;20101210(第12期);全文 *
隧道下穿密集居民区减震沉降控制技术研究;胡广利等;《公路》;20130625(第06期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112343602A (zh) 2021-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112343602B (zh) 一种上下层重叠隧道施工方法
CN104390537B (zh) 一种基于爆破振动测试的边坡预裂爆破开挖损伤控制方法
Jayasinghe et al. Attenuation of rock blasting induced ground vibration in rock-soil interface
CN111121575B (zh) 城镇深基坑浅层松动控制爆破施工方法
CN107066753A (zh) 浅埋隧道爆破施工地表质点峰值振速的预测方法
Emsley et al. ZEDEX-A study of damage and disturbance from tunnel excavation by blasting and tunnel boring
Zhao et al. Experimental and numerical investigation of the effect of blast-induced vibration from adjacent tunnel on existing tunnel
CN107367203B (zh) 一种保证地面建筑物安全的爆破参数优化方法
CN102809329A (zh) 城镇石方浅孔控制爆破方法
CN112161538A (zh) 一种复杂矿区环境控制爆破方法
CN109470101A (zh) 基于现场模型的临近隧道爆破对既有隧道影响的研究方法
CN109737840A (zh) 基于软弱夹层的多隧洞施工方法
CN106032750B (zh) 一种基于钻探能谱的地质编录仪
CN104111008A (zh) 使用电子雷管和非电子雷管组合模式的爆破系统以及方法
Uysal et al. Effect of a pre-split plane on the frequencies of blast induced ground vibrations
Trivino et al. Estimation of blast-induced damage through cross-hole seismometry in single-hole blasting experiments
Yamamoto et al. Experimental and theoretical study on smooth blasting with electronic delay detonators
CN113899271B (zh) 单临空面岩塞爆破参数优化方法
Catalan Implementation and assessment of intensive preconditioning for cave mining applications
CN114322686A (zh) 一种暗挖隧道安全爆破的起爆网路架构及控制方法
Iverson et al. Application of the NIOSH-modified Holmberg-Persson approach to perimeter blast design
Pal Roy et al. Induced caving by blasting: innovative experiments in blasting gallery panels of underground coal mines of India
CN113916075B (zh) 单临空面岩塞爆破参数初选试验方法
CN113916076A (zh) 单临空面岩塞贯通爆破试验方法
Shirzadegan Development of a methodology for in-situ dynamic testing of ground support

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant