鉆爆法施工對鄰近埋地管道影響的現(xiàn)場監(jiān)測分析

杜安矞

（中交一公局第二工程有限公司， 江蘇 蘇州 215000）

在進行隧道鉆爆施工時，所產(chǎn)生的爆破地震波將在一定程度上對周邊區(qū)域的埋地管線造成影響，甚至?xí)觿」艿赖牧踊俣龋瑥亩蠓嵘怂淼拦こ痰氖┕るy度。對此，出于降低隧道爆破對周邊區(qū)域影響的基本目的，應(yīng)明確爆破荷載對周邊區(qū)域管道的影響機制，同時進一步分析圍巖管道之間的相互作用，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出可行的方案。文章圍繞鉆爆法施工對鄰近埋地管道影響展開了現(xiàn)場監(jiān)測及其分析。

1 工程概況

栗樹樟隧道進口位于永嘉縣上塘鎮(zhèn)李家村，出口位于黃田鎮(zhèn)上白巖村，采用上、下行分離的隧道形式。項目所在區(qū)域為典型的冰碩丘陵地形，整體起伏較大，具有南北低中間高的基本分布特點。經(jīng)勘察后可知，地面高程介于 37.71～48.66m范圍內(nèi)，隧道沿線埋設(shè)有大量的管線。

2 埋地管道的變形與爆破振動監(jiān)測

2.1 管道監(jiān)測方案

（1）變形監(jiān)測方案?？紤]到隧道周邊存在大量的埋地管道，為了提升對各類管道的掌握程度，工程人員選取了其中一些具有代表性的管道，在此基礎(chǔ)上展開了密切的監(jiān)測，由此獲悉其變形規(guī)律。實際操作過程中采用了直接與間接這兩種監(jiān)測方法。

（2）爆破振動監(jiān)測方案。工程中引入了型號為TC-4850的爆破測振儀，在其作用下可以進行高效的爆破振動監(jiān)測，充分涉及到速度、頻率以及持續(xù)時間等多項參數(shù)。在進行爆破開挖施工時，應(yīng)將三矢量傳感器安裝在指定的區(qū)域，而后從遠(yuǎn)程獲悉到各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，在其作用下可以展開相應(yīng)研究，明確地震波在地表所表現(xiàn)出的衰減規(guī)律。對石膏的狀態(tài)進行檢測，當(dāng)其達到風(fēng)干硬化狀態(tài)后方可進行爆破并展開檢測[1]。關(guān)于檢測方案的具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 地表爆破振動監(jiān)測方案示意圖

2.2 管道監(jiān)控報警值的確定

（1）變形監(jiān)控報警值。以區(qū)域內(nèi)的管道分布狀況為指導(dǎo)，在此基礎(chǔ)上將變形以及變形速率作為衡量安全性能的基本指標(biāo)。對于天然氣以及電纜管道而言，二者的變形量應(yīng)控制在10mm以內(nèi)，所對應(yīng)的變形速度應(yīng)控制在2mm/d范圍內(nèi)；對于排水管道而言，允許的變形量稍大，但也應(yīng)控制在 20mm以內(nèi)，同時變形速度應(yīng)在5mm/d以內(nèi)。

（2）爆破振動效應(yīng)安全判據(jù)。不同的結(jié)構(gòu)類型所對應(yīng)的指標(biāo)也存在一定差異，諸如土窯洞其應(yīng)控制在 0.9～1.5cm/s范圍內(nèi)，大型砌塊建筑物而言其應(yīng)控制在2～3cm/s范圍內(nèi)，相比之下鋼筋混凝土框架的指標(biāo)稍稍有上升，以5cm/s為宜。但行業(yè)內(nèi)并未涉及到關(guān)于地下管道的具體標(biāo)準(zhǔn)，對此工程參考了《大連地鐵爆破振動監(jiān)測》這一資料，考慮到區(qū)域內(nèi)管線分部具有高度復(fù)雜性的特征，最終將其安全控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為2.5cm/s。

3 鉆爆法施工對鄰近埋地管道振動影響的數(shù)值模擬分析

3.1 有限元模型的建立

（1）工程中需要建立出 Mohr-coulomb理想彈塑性模型，而要想得到此結(jié)果就必須依賴于FLAC3d軟件，在其作用下可以展開關(guān)于非線性爆破動力的相關(guān)計算與分析。

（2）動力計算邊界條件及相關(guān)參數(shù)的選取。FLAC3d是此類工程中最為常見的一款軟件，其以某一特定模型為基礎(chǔ)，由此生成一維以及二維網(wǎng)格，在其作用下可以模擬出自由場邊界條件，加之阻尼器的耦合作用，最終得到了主體網(wǎng)格的側(cè)邊界，同時會獲得來自于自由場網(wǎng)格的不平衡力[2]。事實上，自由場邊界可以理解為是一塊具有無限大特性的場地，這意味著向上的面波并不會在邊界區(qū)域發(fā)生反射現(xiàn)象。為了提升動荷載作用下阻尼值模擬結(jié)果的精確性，在進行動力計算時應(yīng)充分考慮到力學(xué)阻尼這一參數(shù)。關(guān)于阻尼的來源，其主要由材料內(nèi)部接觸面的滑動以及摩擦而產(chǎn)生，而在本工程中采用的是瑞利阻尼法，加之FLAC3D軟件的計算分析功能，可以計算出模型的自振頻率，經(jīng)數(shù)據(jù)對比后可知模型的自振頻率為6.11Hz。

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對比分析

（1）以得到的數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，重點圍繞地表垂直豎向質(zhì)點所具有的振動速度展開分析，將所得到的模擬結(jié)果與現(xiàn)場實際狀況進行對比。具體內(nèi)容如圖2和圖3所示。

圖2 實測地表質(zhì)點垂直振速

圖3 模擬地表質(zhì)點垂直振速圖

對上述兩組資料進行對比分析，可以得出如下幾點內(nèi)容：

①就最大質(zhì)點振速這一指標(biāo)而言，二者所得到的結(jié)果差異并不明顯，數(shù)值模擬與實測結(jié)果所對應(yīng)的數(shù)值分別為2.22m/s和1.84cm/s。之所以出現(xiàn)此現(xiàn)象，是因為在實際施工過程中，爆破振動效應(yīng)的復(fù)雜性較高；反之，在進行數(shù)值模擬時，則對爆破荷載進行了簡化處理，由此形成一個三角形脈沖波。

②就地表質(zhì)點所對應(yīng)的爆破振動波這一指標(biāo)而言，二者存在一定的區(qū)別，具體體現(xiàn)在最大波速這一方面。之所以出現(xiàn)此現(xiàn)象，其原因在于：當(dāng)爆破地震波在圍巖內(nèi)進行傳播時，所產(chǎn)生的縱波波速要明顯大于橫波波速，加之縱波所具有的振幅相對更小，因此在尚未達到最大振幅狀態(tài)時便會受到縱波小振幅的影響。

③對上述兩組曲線進行綜合對比分析，對于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)而言可以良好的發(fā)現(xiàn)微差爆破中各個區(qū)段的衰減狀態(tài)，而對于數(shù)值模擬而言在此方面則顯得不夠明朗，即只能觀察到小幅度波動后的衰減情況。之所以出現(xiàn)此現(xiàn)象，其原因在于：在模擬過程中所考慮的內(nèi)容不夠全面，即僅僅局限于某一區(qū)段的爆破數(shù)值模擬。

（2）爆破地震波地表衰減規(guī)律分析。為了進一步研究地震波在地表范圍內(nèi)所具有的傳播特性，工程人員在地表處選取了若干個監(jiān)測點，由此展開針對性分析。區(qū)域內(nèi)單段裝藥量最大值達到了3kg，由此進一步獲悉地表質(zhì)點的振速，在此基礎(chǔ)上可以對地表質(zhì)點振速的衰減情況做進一步分析，關(guān)于所得到的具體內(nèi)容如圖 4所示。

圖4 地表質(zhì)點垂直振速隨爆心距的變化

對以上結(jié)果進行分析可以得知，現(xiàn)場實測與數(shù)值模擬所對應(yīng)的結(jié)果具有高度的相似性，伴隨著爆心距的增加，所帶來的地表垂直振速均表現(xiàn)出減小的趨勢。

（3）最大段藥量的控制。伴隨著隧道鉆爆施工的持續(xù)進行，對爆破峰值振速的影響因素也逐步增多，常見的有爆心距以及單段最大裝藥量等。在所有影響因素中，當(dāng)屬單段最大裝藥量的可控性最高，即可以通過對人為因素的控制便可將影響降到最低。

4 結(jié)論

無論是管道還是地表沉降均表現(xiàn)出指數(shù)分布的特性，對于管道沉降而言可以采取直接與間接兩種方式，二者得到的規(guī)律具有一定的差值關(guān)系，相比之下直接監(jiān)測得到的結(jié)果略大一些。二者的差值可以在一定程度上反映出管道與土體的分離程度，當(dāng)開挖進行到管道正下方區(qū)域時產(chǎn)生的分離現(xiàn)象最為明顯，伴隨著掌子面距離的增加，此現(xiàn)象又得到了進一步緩解。從成因上考慮，造成管土分離的影響因素較多，諸如地層條件、開挖支護技術(shù)等，均會對其產(chǎn)生影響。在實際施工過程中，應(yīng)綜合考慮預(yù)測結(jié)果以及現(xiàn)場實測結(jié)果，在二者的基礎(chǔ)上對爆破參數(shù)進行優(yōu)化處理，由此展開后續(xù)階段的施工作業(yè)。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文將栗樹樟隧道工程為基本背景，圍繞其爆破施工對周邊管線的影響機制展開分析，從而得出相關(guān)結(jié)論，可為今后類似工程提供參考。