水工隧洞下穿高速隧道控制爆破设计

1.工程概况

开化水库输水工程中金溪村隧洞进口位于金溪村，桩号为输 （金洞 0+000 ），出口位于明廉村，桩号为输 17+349.5000 （金洞 7+891⋅500 ），隧洞全长 7.8915km 。隧洞断面为城门洞型，隧洞开挖洞径为 2.8m～3.3m ，断面面积为 6.86m²～9.56m² ，属于超长特小断面隧洞。其中金溪村隧洞输 （金洞 2+915.000 ）～输 12+497.000 （金洞 ）段下穿G3（京台）高速公路大流坑隧道。输水隧洞衬后底板标高为 156.330，G3（京台）高速公路大流坑隧道左线下穿节点路面标高为 204.364，右线下穿节点路面标高为 204.076 。两隧道左右线下穿节点位置竖向净距分别为44.996m 、 44.806m

2.控制标准

《爆破安全规程》(GB6722-2014)第 13.2 条规定，对于爆破安全允许距离及环境影响控制规定如下：地面建筑物、电站（厂）中心控制室设备、隧道与巷道、岩石高边坡和新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率。安全允许标准如下：

表2-1 爆破振动安全允许标准

注：1.爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。

的工艺要求进行施工，确保围岩成洞的稳定。

2.表中质点振动速度为三个分量中的最大值，振动频率为主振频率。

3.频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取：硐室爆破f 小于 20Hz ，露天深孔爆破f 在 10Hz～60Hz 之间，；

露天浅孔爆破f 在 40Hz～100Hz 之间；地下深孔爆破f 在 30Hz～100Hz 之间，地下浅孔爆破f 在 60Hz～300Hz 之间。

根据规程内容：输水隧洞属于地下浅孔爆破，其主振频率在 60～300HZ 之间，安全允许质点振动速度不大于 15cm/s

根据施工图纸要求：京台高速安全允许质点振动速度 7cm/s ，爆破过程中应严格按照《爆破安全规程》(GB6722-2014)和《水工建物地下开挖工程施工规范》(SL378-2007)的相关要求，严格控制分段爆破最大单响药量等爆破参数，按小爆破药量，短进尺掘进，紧跟工作面支护，并加施工工期监测等措施。

3.控制爆破施工方法

金溪村输水隧洞位于 G3 京台高速大流坑隧道下方，两者高差为41.12m ，要求穿越京台高速大流坑隧道爆破振动速度在 5.0cm/s 以内，需要采用控制爆破技术穿越该隧道，确保该隧道的建筑结构安全。严格按“ 超前探测、超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”

控制爆破方法如下：

（1）严格按照设计方案进尺深度进行钻爆掘进。（2）采用数码电子雷管大延时（ 100ms 以上）分段起爆，全断面方式

钻爆掘进。采取崩落孔及光爆孔采取逐孔起爆方式，降低振动。（3）在超前距离下穿段控制范围 50m 位置开始，布置爆破振动监测点，

根据监测的结果调整进尺深度，以确保下穿时爆破振动速度控制在 5cm/s

以内。4.爆破参数设计4.1 掏槽孔设计大直径中空掏槽孔采用直孔掏槽型式。L1 取 200mm ，L2 取 200mm

掏槽孔设计直径为 42mm ，每循环设计孔深 _L=2.5m （加深 30cm ），采用

耦合连续装药结构，装药系数 0.86 。掏槽布置型式及装药结构见下图：

图4-1 掏槽孔布置图

4.2 周边光面爆破孔设计

周边光爆孔沿隧洞开挖轮廓线布置。光爆孔设计直径为 42mm ，设计间距 E=52cm ，设计每循环造孔深度 L=2.5m 。光爆层厚度 W 光取 60cm 。光爆孔采用不耦合间隔装药结构，不耦合系数K 取1.31。光爆孔线装药密度 q=400g/m

图4-2 装药结构图

崩落孔介于光爆孔与掏槽孔之间，用于扩槽和破碎岩石，崩落孔均匀交错布置。崩落孔设计直径为 42mm ，设计间距 E=60～80cm （视围岩性质调整），设计排距 b=60cm 。设计每循环造孔深度 _L=2.5m 。装药结构采用耦合连续装药结构，装药系数取 0.60 。装药结构见图4-3。

图4-3 装药结构图

4.3 崩落孔设计

4.4 爆破孔网络布置

图4-4 孔网布置图

注：数字代表起爆顺序，掏槽孔延时为 400ms ，其他逐孔延时为 120ms 4.5 爆破设计参数表及预期爆破效果表

表4-1 爆破设计及预期爆破效果表

备注：1.设计每循环进尺 2.3m ，每循环方量约 16.6lm³ ，爆破效率 0.80 2.设计炸药单耗q 为： 2.66kg/m³ ；最大单段药量 4.8kg ；每循环总装药量 57.20kg ；光爆眼线装药密度 q 为： 0.40kg/m 3.光爆炮眼痕迹率根据围岩类别控制。4.如围岩条件变差，应缩短进尺长度并及时做好支护。

5.输水隧洞开挖对大流坑隧道影响分析

（1）计算软件

本计算采用有限元相关软件进行计算分析。

（2）模型介绍

建模时以输水隧洞纵向为 Y 方向进行建模，为消除边界条件影响，模型尺寸取 80m× 110m× 230m （ X^×Z^×Y ）。模型共 156704 单元、107553节点。计算模型整体如图5-1 所示，结构模型如图5-2 所示。有限元计算工序根据实际工程现场施工顺序确定，共划分为12 个工序，如表5-1 所示。

（3）模型参数

数值模型中土体及二衬结构采用平面应变单元，初期支护及中隔墙采用梁单元，锚杆采用植入式桁架单元，进行了隧道 CD 法开挖分析。土体本构采用了摩尔-库伦本构模型，模型参数取值如下：

（4）分析工况及施工工序

（5）结果分析

图5-1 模型整体示意图

由图5-1、5-2 可知，输水隧洞开挖过程中，G3 高速大流坑隧道最大位移为 0.05mm ，小于隧道结构水平位移 3～5mm 及隧道结构竖向沉降 3～10mm 限值要求。该限值参考《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）第 9.3.5 条相关规定。

由图5-1、5-2 可知，输水隧洞开挖过程中，最大位移为 1.54mm ，最大竖向位移为 1.54mm ，最大水平位移为 0.28mm. 。远小于两车道V 类围岩隧道预留变形量 80～120mm 限值要求，该限值按公路隧道设计规范 第一册：土建工程》（JTG 3370.1-2018）第 8.4.1 条规定执行。

6.结论

通过控制爆破设计计算，控制质点振动速度满足相关规范要求，同时采用有限元计算软件复核大流坑隧道的水平位移和沉降，均满足相关规范要求。

图5-2 输水隧洞及大流坑隧道结构模型