宜萬鐵路排水支洞爆破振動(dòng) 對運(yùn)營隧道影響研究

傅江華

摘 要：在不良地質(zhì)突出的地段進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，爆破振動(dòng)是影響工程安全的重要因素。文章通過對宜萬鐵路新增排水支洞爆破施工對相鄰運(yùn)營隧道的振動(dòng)速度和應(yīng)變影響進(jìn)行監(jiān)測與分析，研究運(yùn)營隧道振動(dòng)速度與應(yīng)變隨著排水支洞爆破施工的變化規(guī)律，結(jié)果表明，運(yùn)營隧道振動(dòng)速度與排水支洞爆破單次爆破進(jìn)尺密切相關(guān)，應(yīng)變則隨著爆破次數(shù)的增加而小范圍波動(dòng)。

關(guān)鍵詞：鐵路;運(yùn)營隧道;排水洞;爆破振動(dòng)

中圖分類號(hào)：U455.41

0 引言

在隧道工程建設(shè)中不良地質(zhì)往往是影響工程安全的重要因素，宜萬鐵路是一條典型的穿過大量不良工程地質(zhì)的既有運(yùn)營鐵路隧道，其處于巖溶地區(qū)，受地質(zhì)構(gòu)造影響顯著，具有高水壓、巖溶水豐富、溶洞發(fā)育等特征，因此，宜萬鐵路需通過排水支洞進(jìn)行排水。在宜萬鐵路云某Ⅰ、Ⅱ號(hào)運(yùn)營隧道新增排水支洞工程中采用鉆爆法施工，但鉆爆法施工在高效開挖巖體的同時(shí)也會(huì)帶來問題，例如，其引起的隧道塌方以及大變形事故比較多。另外，對于爆破振動(dòng)激勵(lì)下的地震波傳播方式以及衰減規(guī)律，目前還無法從理論上給出統(tǒng)一認(rèn)可的公式，因此，在每次爆破施工過程中，獲取第一手真實(shí)準(zhǔn)確的爆破地震波數(shù)據(jù)尤為重要。爆破造成的事故具有突發(fā)性、復(fù)雜性和毀滅性，有的事故原因是邊坡巖石在爆破動(dòng)力作用下沿原生節(jié)理面與母巖分離，巖石在自身重力作用下失穩(wěn)向坡外滑出。因此，如何控制施工過程中的爆破振動(dòng)強(qiáng)度并及時(shí)反饋，對保證施工安全順利進(jìn)行有著十分重要的意義。

1 排水支洞爆破施工

1.1 爆破器材

新增排水支洞爆破施工主爆藥采用2號(hào)巖石乳化炸藥，規(guī)格為32 mm×250 mm。使用乳化炸藥時(shí)，采用20 mm低爆速光爆藥卷。掏槽孔、輔助孔、周邊孔均采用連續(xù)裝藥，各孔采用底部起爆形式，即先裝入反向裝藥起爆藥卷，起爆藥卷和所有藥卷的聚能穴朝向孔外，起爆雷管采用1～20段的毫秒導(dǎo)爆管雷管。

1.2 爆破參數(shù)

恰當(dāng)合理的爆破參數(shù)不僅能夠保證每次爆破進(jìn)尺，而且能夠很好地控制爆破振動(dòng)強(qiáng)度，保證鄰近運(yùn)營隧道的安全。為盡量減少對已有運(yùn)營隧道的多次擾動(dòng)，新增排水支洞開挖采用光面爆破，以減輕爆破對周邊的擾動(dòng)，控制超欠挖。光面爆破的主要參數(shù)有周邊孔的間距、光爆層的厚度、周邊孔密集系數(shù)、周邊孔的線裝藥密度等。光面爆破參數(shù)通過試驗(yàn)確定，并根據(jù)現(xiàn)場爆破效果不斷進(jìn)行調(diào)整，其典型全斷面開挖施工炮孔布置示意圖如圖1所示（圖中1～11為炮孔段別編號(hào)），具體參數(shù)如表1所示。

2 爆破振動(dòng)監(jiān)測與控制

2.1 運(yùn)營隧道振動(dòng)速度監(jiān)測

本次爆破振動(dòng)速度監(jiān)測采用泰測科技Blast-NET型爆破測振儀，Blast-NET型爆破測振儀采樣速率最高可達(dá)10 k次/s，可測頻率范圍為5～300 Hz，測量振動(dòng)速度范圍為0.001～35 cm/s。該測振儀通過數(shù)據(jù)傳輸線與傳感器連接，并將傳感器收集的振動(dòng)信號(hào)通過電子轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并保存。爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)通過無線路由器直接上傳至專門的服務(wù)器并可遠(yuǎn)程下載，通過專業(yè)的振動(dòng)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以及波形顯示輸出。

2.1.1 監(jiān)測點(diǎn)布置

本次爆破施工的新增排水支洞位于運(yùn)營隧道側(cè)上方，因此爆破振動(dòng)速度傳感器固定在運(yùn)營隧道迎爆側(cè)（靠近爆源一側(cè)）邊墻拱肩處，見圖2。

圖3為Ⅰ號(hào)運(yùn)營隧道振動(dòng)速度監(jiān)測點(diǎn)示意圖，Ⅰ號(hào)運(yùn)營隧道爆破振動(dòng)速度監(jiān)測長度為211 m，以新增排水支洞與Ⅰ號(hào)運(yùn)營隧道交點(diǎn)為起點(diǎn)，向兩側(cè)以30 m為間隔布置測點(diǎn)，共布置7個(gè)測點(diǎn)。由于新增排水支洞長度較小，整個(gè)排水支洞施工期間，爆破振動(dòng)速度測點(diǎn)位置始終不變。

2.1.2 爆破振動(dòng)分析

圖4給出了新增排水支洞爆破引起的Ⅰ號(hào)運(yùn)營隧道典型爆破振動(dòng)速度波形，由圖4可見，爆破引起的隧道振動(dòng)速度波形明顯分成6個(gè)區(qū)段，段與段之間的時(shí)差越來越大，這表明爆破施工很好地避免了不同區(qū)段振動(dòng)波的疊加增強(qiáng)。

圖5給出了2018年1月—4月I號(hào)運(yùn)營隧道爆破振動(dòng)速度監(jiān)測結(jié)果，體現(xiàn)了每日最大振動(dòng)速度值與其對應(yīng)的單次爆破進(jìn)尺之間的關(guān)系。由圖5可知，爆破振動(dòng)速度的峰值通常隨著爆破進(jìn)尺的增加而增大，4個(gè)月的施工中共有3次振動(dòng)速度超過控制值5 cm/s。

2.2 運(yùn)營隧道應(yīng)變監(jiān)測

本次運(yùn)營隧道應(yīng)變監(jiān)測采用HC-9000型振弦式應(yīng)變計(jì)，該應(yīng)變計(jì)適合長期埋設(shè)在水工建筑物或其它混凝土結(jié)構(gòu)物（如梁、柱、樁基、擋土墻、襯砌、墩以及基巖等）中，通過應(yīng)變測量測得運(yùn)營隧道在爆破振動(dòng)荷載下的應(yīng)變（應(yīng)力）值。應(yīng)變計(jì)及埋設(shè)示意圖如圖6所示。

2.2.1 監(jiān)測點(diǎn)布置

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，在運(yùn)營隧道Ⅲ級圍巖施工段內(nèi)布置混凝土應(yīng)變計(jì)，對新增排水支洞爆破施工引起的運(yùn)營隧道應(yīng)變進(jìn)行測量。應(yīng)變計(jì)安裝位置與振動(dòng)速度測量一樣，設(shè)置在運(yùn)營隧道迎爆側(cè)邊墻處（圖2），并沿隧道每30 m布置1個(gè)測量斷面，根據(jù)施工需要在施工過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，例如，排水支洞每爆破進(jìn)尺30 m，監(jiān)測人員進(jìn)入運(yùn)營隧道將4號(hào)測點(diǎn)移動(dòng)至1號(hào)測點(diǎn)前方30 m處，以確保Ⅲ級圍巖施工段爆源始終位于監(jiān)測長度范圍內(nèi)。圖7為Ⅱ號(hào)運(yùn)營隧道應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖。

2.2.2 應(yīng)變分析

圖8給出了新增排水支洞爆破引起的Ⅱ號(hào)運(yùn)營隧道應(yīng)變測量結(jié)果，由圖8可以看出，各測量斷面處的監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)變在新增排水支洞爆破施工過程中均較小，最大應(yīng)變值為2.124 με，最小應(yīng)變值為-2.099 με，這表明新增排水支洞爆破施工對運(yùn)營隧道的應(yīng)變影響較小。

3 結(jié)束語

宜萬鐵路新增排水支洞爆破施工時(shí)對既有運(yùn)營隧道進(jìn)行的振動(dòng)監(jiān)測分析，很好地反饋了新增排水支洞爆破施工對既有運(yùn)營隧道振動(dòng)速度與應(yīng)變的影響，對施工單位及時(shí)優(yōu)化爆破參數(shù)起到了至關(guān)重要的作用。新增排水支洞爆破施工引起的運(yùn)營隧道振動(dòng)速度與應(yīng)變通常與新增排水支洞每次爆破掘進(jìn)進(jìn)尺密切相關(guān)，隨著新增排水支洞爆破掘進(jìn)進(jìn)尺增加，運(yùn)營隧道振動(dòng)速度與應(yīng)變也隨之增加。因此，合理控制新增排水支洞爆破掘進(jìn)進(jìn)尺，能夠很好地控制爆破振動(dòng)對既有運(yùn)營隧道的振動(dòng)影響。