交叉隧道施工中爆破振動(dòng)影響監(jiān)測(cè)探討

寇峰 周其輝

中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 四川 成都 610032

前言

新時(shí)期國(guó)家道路交通工程規(guī)模持續(xù)發(fā)展，伴隨公路網(wǎng)集中規(guī)劃和高速鐵路持續(xù)增多，地區(qū)主干道不斷完善。這類要素演化為交通網(wǎng)絡(luò)的交叉方式施工，山地、交叉式道路工程逐漸增多，鉆爆法造成的振動(dòng)作用常常在建筑設(shè)施中造成難以預(yù)防的危害，所以，對(duì)工程爆破的振動(dòng)破壞做好信息化管理檢測(cè)是必要的，讓工程爆破檢測(cè)能夠引導(dǎo)后期工程爆破設(shè)計(jì)、施工。

國(guó)內(nèi)外研究者利用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方式對(duì)工程爆破振動(dòng)做了大量科學(xué)研究，雙洞隧道工程施工爆破檢測(cè)是其中典型案例，解析了隧道開挖工程施工對(duì)巖洞周邊原始巖層的危害，指出混凝土結(jié)構(gòu)振動(dòng)速度大于70cm/s時(shí)，要對(duì)隧道工程主要結(jié)構(gòu)做好實(shí)地檢測(cè)。在新建某河渠隧道交叉工程中，以調(diào)水渠工程受到的影響為重點(diǎn)案例，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)資料解析結(jié)論制定爆破實(shí)施方案，以模擬計(jì)算方式檢驗(yàn)實(shí)施方案，最終利用交叉施工以及確認(rèn)的工程爆破檢測(cè)結(jié)論，對(duì)比實(shí)施方案和預(yù)測(cè)，提出了分三階段全面擴(kuò)大工程爆破挖掘方式，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破數(shù)據(jù)檢測(cè)進(jìn)行分析，利用振動(dòng)波傳遞規(guī)律，為后期施工提供了實(shí)測(cè)依據(jù)。這里以我國(guó)的一個(gè)交叉式道路工程為例作要點(diǎn)解析。

1 項(xiàng)目概況

該隧道工程是地區(qū)級(jí)主干道上的雙向六車道單獨(dú)雙洞隧道工程施工，左右隧洞和已有高速鐵路隧道呈交叉式，最小洞徑分別為7.360米，7.855m，地質(zhì)勘查資料表明，下有目前隧道工程施工狀況，交接點(diǎn)前后約200米范圍內(nèi)的巖層狀況基本相同，巖性為含泥石灰?guī)r，屬易損、脆弱、可溶巖層[1]。

2 振動(dòng)檢測(cè)

研究表明豎向媒介表層的質(zhì)點(diǎn)活動(dòng)速率是造成房屋建筑毀壞的首要因素，建筑設(shè)施的毀壞程度與路基質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速率、范圍有較大的關(guān)聯(lián)。選擇質(zhì)點(diǎn)典型速率作為判斷振動(dòng)危害強(qiáng)度根據(jù)，是波在媒介中傳遞的固定幅值，其量級(jí)較小。

（1）測(cè)試系統(tǒng)。由測(cè)振儀、感應(yīng)器、手提電腦和各種打印機(jī)構(gòu)成，能檢測(cè)建筑設(shè)施的振動(dòng)速率，完成傳輸、收集、過(guò)程記錄、解析出圖功能。

（2）測(cè)試設(shè)備。本項(xiàng)目所選擇的設(shè)備為TC-4850爆破測(cè)振儀，攜帶型體型小、重量輕、耐壓、防抗、穩(wěn)定實(shí)用，連接集成三向感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)多種類型動(dòng)態(tài)檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析。同時(shí)采用L20型測(cè)試儀，為速率型，主震為三分量振動(dòng)速率主震蕩器，分析系統(tǒng)為L(zhǎng)20（速率）BVA-L20，BVA-L20型，符合行業(yè)規(guī)范。

本項(xiàng)目具體運(yùn)用該儀器設(shè)備對(duì)與爆區(qū)毗鄰區(qū)建筑設(shè)施的振動(dòng)速率的檢測(cè)。設(shè)備選擇內(nèi)觸發(fā)方法，據(jù)震動(dòng)估算振速，預(yù)先設(shè)好觸發(fā)點(diǎn)。

（3）檢測(cè)目的。本檢測(cè)項(xiàng)目的爆破工程震動(dòng)對(duì)間距較近居民樓干擾情況，據(jù)振動(dòng)速度與計(jì)算理論的比較，即時(shí)更改儀器過(guò)程基本參數(shù)，確保安全施工，把隧道爆破震動(dòng)對(duì)建筑設(shè)施的干擾降至最低，確保居民樓安全性。

（4）測(cè)點(diǎn)布置。據(jù)爆破地震波傳遞特點(diǎn)，同樣標(biāo)準(zhǔn)下間距越大振動(dòng)速率越小，對(duì)建筑設(shè)施干擾情況越小。所以，選點(diǎn)尤為重要。測(cè)試點(diǎn)地處建筑設(shè)施爆區(qū)附近，在隧洞交接點(diǎn)引爆面外壁，左右門洞交接點(diǎn)前后設(shè)4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。安裝在主襯X方位垂直支撐表面方位（指爆炸源），Y方位與隧洞垂直，Z方位為豎向。

（5）爆破措施。人工挖孔樁入巖段爆破炸藥采用2號(hào)巖石乳化炸藥，孔樁掘進(jìn)爆破炸藥通常采用非電毫秒雷管，掏槽采用楔型槽。越靠近交接點(diǎn)每段用量越大，逐步調(diào)節(jié)，每段用量從初始的48公斤逐步縮減[2]。

3 施工期安全防范措施

據(jù)制定標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)是爆破振動(dòng)波及其明洞爆破現(xiàn)場(chǎng)造成的墜石。為此我們采用了相對(duì)有利方式，設(shè)定每段裝藥量，科學(xué)安排爆破次序，使各炮孔有充足自由面。選擇通段分散裝藥減少爆破振動(dòng)，及時(shí)反饋信息引導(dǎo)基本參數(shù)調(diào)整。為預(yù)防明洞爆破造成墜石干擾，采用設(shè)備施工。

4 爆破應(yīng)力理論

工程爆破應(yīng)力波是解析巖層應(yīng)力變動(dòng)的一種方式。裝藥時(shí)，爆破距離越大，爆破應(yīng)力波過(guò)程規(guī)律是：沖擊波、不穩(wěn)定沖擊波、彈性波、彈性應(yīng)力波、爆破地震波，大多巖層在撞擊載荷影響下，在沒(méi)進(jìn)入流體狀況前呈現(xiàn)脆弱性，應(yīng)力和應(yīng)變力影響遵從朋克定律，工程爆破應(yīng)力波主要是沖擊波，（彈性）應(yīng)力波，工程爆破波，工程爆破反應(yīng)波，如圖1所示，R0在圖片中是爆破半徑。

圖1 巖石中爆破應(yīng)力波的變遷

通?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)具體位置地處工程爆破源位置，波形衰退后，變成彈性應(yīng)力波或工程爆破波，均屬?gòu)椥圆?，彈性波震蕩方程的誘發(fā)結(jié)果顯示，彈性固體中波形有二種，波速超過(guò)橫波，彈性應(yīng)力波主要是縱波，檢測(cè)振動(dòng)主要是應(yīng)力波中縱波所造成的目標(biāo)振動(dòng)狀況。

5 工程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)及工程爆破方案

5.1 振動(dòng)檢測(cè)儀原理

通常狀況下，工程爆破器是壓電式的，內(nèi)裝用晶狀體和人造極化瓷器，運(yùn)用壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)，在遭受應(yīng)力影響時(shí)，表層出現(xiàn)電荷的數(shù)目和應(yīng)力大小是線型的影響關(guān)系，與應(yīng)力加速度標(biāo)值正相關(guān)，振動(dòng)系可依據(jù)測(cè)定主要參數(shù)種類分二種，即振動(dòng)檢測(cè)儀的壓電加速度計(jì)和振動(dòng)檢測(cè)儀的壓電速度計(jì)，后以電器件為基礎(chǔ)，加入積分電路，以振動(dòng)速率得到加速度信號(hào)。

6 檢測(cè)結(jié)論

在檢測(cè)采集數(shù)據(jù)信息中，X方位峰值速率較大，隧洞結(jié)構(gòu)震動(dòng)狀況也極其顯著，主要解析X方位數(shù)據(jù)；方案論證數(shù)據(jù)顯示，下方高鐵隧洞振速為5cm/s，現(xiàn)場(chǎng)共42次，完成后的峰值振速和地震頻率檢測(cè)結(jié)論的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)論如表1、表2。

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據(jù)測(cè)量結(jié)果，爆炸速度大部分情況符合方案要求的5cm/s，最大不超過(guò)6cm/s。

據(jù)前后振速顯示，通過(guò)交叉點(diǎn)后的振速較小，是由隧道開鑿部分產(chǎn)生的，已開挖區(qū)域?qū)Ρ品磻?yīng)波作用可理解為“諧振作用”。通過(guò)與右側(cè)交叉點(diǎn)前后比較，左邊洞口振速也較小，因右側(cè)洞口是先行洞，也可同理解釋。

振動(dòng)頻率和振速相同是關(guān)鍵因素，越靠近構(gòu)造就越易于被毀壞，據(jù)表2結(jié)論，隧道施工內(nèi)襯振動(dòng)頻率大多數(shù)聚集在90Hz～150Hz，之上通常不超過(guò)180Hz，90Hz以內(nèi)情形不小于60Hz，都超過(guò)鋼筋混凝土共振頻率，不易產(chǎn)生共振破壞。對(duì)所有振速和頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，振速越高工作頻率越大，因此在減低振動(dòng)速率的同時(shí)，振動(dòng)頻率也不會(huì)太高。

7 結(jié)束語(yǔ)

工程爆破震動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方式是用現(xiàn)代信息法施工中不可缺失的方式，融合實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)工程爆破計(jì)劃方案，保證隧道工程安全高效率施工，從本隧道施工爆破監(jiān)測(cè)狀況看來(lái)，數(shù)據(jù)檢測(cè)大部分是能夠達(dá)到限定值規(guī)定的。工程開鑿部分能夠影響工程爆破應(yīng)力波的傳遞途徑，降低建筑物的振速，結(jié)構(gòu)襯里的振動(dòng)頻率通常不高于爆破振動(dòng)頻率，振動(dòng)速度較低時(shí)振動(dòng)頻率也過(guò)低，要避免發(fā)生造成的諧振破壞。