緊鄰既有鐵路巖墻爆破監(jiān)測(cè)技術(shù)

佘蟬眉

（中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司，湖南 長沙 410000）

鐵路建設(shè)過程中，改、擴(kuò)建既有線路日益普遍，對(duì)于大方量的石方開挖，爆破依然是最有效的開挖方法。對(duì)于鄰近既有鐵路的大方量石方爆破開挖大都采用預(yù)留巖墻深孔控制爆破技術(shù)，即在靠近坡面一側(cè)預(yù)留一定厚度的巖墻作為天然保護(hù)屏障，巖墻內(nèi)側(cè)的山體采用常規(guī)深孔爆破方法施工[1-2]。依托于監(jiān)測(cè)技術(shù)的控制爆破預(yù)留巖墻可有效防止主體爆破造成的爆堆向既有線拋擲和爆破飛石等危害，同時(shí)巖墻自身穩(wěn)定可避免滾石順坡侵入既有線。通過精準(zhǔn)控制爆破巖墻可以將處于復(fù)雜環(huán)境下大方量的石方轉(zhuǎn)化為小方量的巖墻控制爆破，大幅降低爆破施工難度，提高施工效率，保護(hù)既有線的運(yùn)營安全。如何精準(zhǔn)控制巖墻爆破控制參數(shù)，具有現(xiàn)實(shí)意義。

本文依托渝懷二線漾頭車站的預(yù)留巖墻爆破開挖進(jìn)行了3 次試驗(yàn)，第一次爆破布設(shè)一排炮孔，每個(gè)炮孔的孔間距為1.3m，抵抗線為1.0m，孔深為2.5m，單孔裝藥量為0.8kg，巖墻頂部共布設(shè)21 個(gè)炮孔，總共使用炸藥量14.7kg。第二、三次試爆后炮孔分上下臺(tái)階兩種裝藥參數(shù)，上臺(tái)階爆破參數(shù)不變，仍采用孔間距為1.3m，炮孔抵抗線為1m，孔深為2.5m，下臺(tái)階布設(shè)兩排炮孔，孔間距為1.3m，排間距為1.0m，單孔裝藥量為0.8kg，下臺(tái)階采用2 孔一響。3 次試驗(yàn)過程中分別在巖墻背部設(shè)置了動(dòng)態(tài)錄像、振動(dòng)速度測(cè)試、巖體損傷檢測(cè)和位移測(cè)試四個(gè)監(jiān)測(cè)手段，分析不同保留層厚度下巖墻背部的穩(wěn)定性以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)規(guī)律，進(jìn)而為巖墻快速爆破提供科學(xué)合理、安全高效的爆破參數(shù)，確保了巖墻前方爆破體碎而不飛和巖墻后方裂而不塌，做到了安全有效的精準(zhǔn)控制爆破[3-4]。

1 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

在試驗(yàn)中，可根據(jù)巖墻背部巖體的振動(dòng)傳播規(guī)律，分析可能出現(xiàn)振裂或出現(xiàn)拉伸破壞的情況。將測(cè)振傳感器布設(shè)在巖墻背部，形成橫向和垂直2 條測(cè)線，測(cè)量爆破過程中預(yù)留巖墻的振動(dòng)速度，分析爆破參數(shù)與振速的關(guān)系、振速與巖體狀態(tài)的關(guān)系以及巖墻背部爆破振動(dòng)衰減規(guī)律。

1.1 測(cè)試設(shè)備

在試驗(yàn)過程中，采用TC-4850 爆破振動(dòng)測(cè)振儀，由振動(dòng)速度傳感器和數(shù)據(jù)記錄器兩部分組成。測(cè)振儀具有4 通道，可以并行采集，采樣率在100sps～100Ksps之間；超低頻1～500Hz 可以采集X、Y、Z 三向的振動(dòng)速度，其觸發(fā)分為內(nèi)觸發(fā)與外觸發(fā)，并支持觸發(fā)同步輸出，以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)儀器并行采集。測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況：在巖墻背部共布設(shè)了5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，1#測(cè)點(diǎn)布設(shè)在最頂部，距離巖墻頂部的距離為2.5m，2#、3#和4#測(cè)點(diǎn)的之間的水平間距為1.5m，1#、3#和5#測(cè)點(diǎn)的之間的豎向間距為1.5m。這樣布設(shè)可以通過單個(gè)點(diǎn)或整體取平均值的方式分析爆破過程中巖墻的振動(dòng)特征。

1.2 巖墻背面爆破振動(dòng)分析

根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度和頻率統(tǒng)計(jì)巖墻厚度-振速關(guān)系曲線（見圖1）。第2 次試驗(yàn)爆破振動(dòng)速度大于第1 次，巖墻厚度變薄，振動(dòng)衰減距離縮短，此時(shí)巖體還比較完整，振動(dòng)值也相應(yīng)增大；而第3 次爆破振動(dòng)速度反而減小，表明巖體內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)大量裂隙，減弱爆破振速波的傳播，得出現(xiàn)場巖墻不能繼續(xù)爆破開挖，只能通過機(jī)械處理完成。

圖1 巖墻厚度與振速關(guān)系圖

2 爆破位移監(jiān)測(cè)技術(shù)

在預(yù)留巖墻靠近既有鐵路的側(cè)面，布置網(wǎng)狀位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，選擇通視良好、無擾動(dòng)、穩(wěn)固可靠、遠(yuǎn)離形變護(hù)坡高度3 倍以上比較穩(wěn)定的地方埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，使用全站儀采集觀測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過多點(diǎn)高精度解算技術(shù)來解算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)巖墻背部表面位移（如位移方向、位移速率、累計(jì)位移等）的目的，得到爆破作用下預(yù)留巖墻背部變形情況。對(duì)每次爆破后巖墻背部的位移變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，分析不同爆破參數(shù)下巖墻背部的位移情況[5-6]。

爆破位移監(jiān)測(cè)分析：（1）通過位移測(cè)試（圖2），第三次爆破時(shí)巖墻巖體內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了大量裂隙和噴漿層脫落，同時(shí)測(cè)點(diǎn)也出現(xiàn)了較大的位移變化量，進(jìn)而說明了第三次爆破時(shí)已經(jīng)超過安全極限范圍；（2）受爆破沖擊荷載作用，巖墻背部巖體產(chǎn)生的位移以垂直于巖墻方向?yàn)橹鳎译S著爆破作用距離縮短位移逐漸增加。

圖2 爆破巖墻位移數(shù)據(jù)柱狀圖

3 巖體內(nèi)部損傷監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)巖墻背部需保留部分進(jìn)行采用聲波損傷測(cè)試，在不同爆破參數(shù)下對(duì)背部圍巖的損傷情況進(jìn)行分析，確保巖墻背部圍巖出現(xiàn)可控程度的損傷，而不會(huì)出現(xiàn)大面積的垮塌，為爆破參數(shù)的選擇提供參考依據(jù)。

3.1 聲波測(cè)試原理

在巖墻拆除過程中，聲波測(cè)試?yán)脦r石的聲學(xué)特性，通過聲波在巖體內(nèi)傳播的聲學(xué)參數(shù)間接地分析巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征以及力學(xué)特性，具有簡單、快速、經(jīng)濟(jì)和無損害等特點(diǎn)。基于聲波檢測(cè)原理，采用非金屬聲波檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)試。

3.2 測(cè)試設(shè)備與試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方案

在試驗(yàn)區(qū)采用鉆孔聲波檢測(cè)技術(shù)，測(cè)試爆破損傷深度。現(xiàn)場測(cè)試設(shè)備采用的是武漢中巖股份科技有限公司（原中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所智能儀器室）所生產(chǎn)的RSM-SY5（T）非金屬聲波檢測(cè)儀來進(jìn)行損傷測(cè)試。測(cè)試于爆破完成后進(jìn)行，以減小巖體時(shí)效松弛帶來的影響；每次測(cè)試前，對(duì)所用測(cè)試儀器按規(guī)范要求進(jìn)行校正，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性；試驗(yàn)現(xiàn)場采用水耦合法，自孔底向孔口測(cè)試一次（包含孔口位置），以獲取整個(gè)聲波孔數(shù)據(jù)。

3.3 超聲波測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：當(dāng)聲速降低率≥15%，爆破對(duì)巖體影響明顯，巖體達(dá)到極限破壞程度。通過平均聲波速度隨深度變化趨勢(shì)（如圖3 所示）分析：隨著距離的減小，損傷逐漸增加，距炮孔1.1m 處的巖體已完全損傷。最后一排孔的保留距離不能低于2.2m，即保留層厚度為抵抗線的2.2 倍。

圖3 平均聲波速度隨深度變化趨勢(shì)圖

4 巖墻影像監(jiān)測(cè)技術(shù)

在可以清晰拍攝到巖墻靠近既有線的安全區(qū)域安裝高速攝影機(jī)，對(duì)爆破過程中的預(yù)留巖墻進(jìn)行拍攝，記錄爆破作用下巖墻的運(yùn)動(dòng)以及可能出現(xiàn)掉塊或滾石的情況，通過對(duì)高清影像資料進(jìn)行分析，得到其中的一些影響規(guī)律?，F(xiàn)場采用高速視頻錄像的方式對(duì)巖墻的正面、背面和頂部三個(gè)方向進(jìn)行拍照和視頻采集，視頻收集均采用了高清數(shù)碼相機(jī)，視頻收集點(diǎn)布設(shè)情況如圖4 所示。

圖4 影像測(cè)點(diǎn)分布情況示意圖

巖墻影像監(jiān)測(cè)分析：結(jié)合巖墻拆除爆破正面、頂部和背面圖像分析，認(rèn)為第一次爆破，巖墻背部穩(wěn)定性保持良好，尚未達(dá)到巖墻所承受的極限破壞距離；第二次巖墻爆破時(shí)，已經(jīng)接近巖墻所承受的極限破壞距離；而第三次巖墻爆破時(shí)，基本達(dá)到或超過巖墻所承受的極限破壞距離，此時(shí)，巖墻最后一排孔的保留層厚度為最小抵抗線的2.1～2.2 倍，與理論計(jì)算值基本一致。

5 結(jié)論

通過對(duì)巖墻背部的動(dòng)態(tài)錄像、振動(dòng)速度、巖體損傷和位移等進(jìn)行測(cè)試結(jié)果綜合分析，得到了巖墻爆破巖體的動(dòng)力響應(yīng)特性，驗(yàn)證了多邊界爆破藥量計(jì)算方法和巖墻爆破時(shí)能量分配系數(shù)計(jì)算公式的正確性，為復(fù)雜環(huán)境巖墻爆破及防護(hù)方案設(shè)計(jì)提供了理論支撐。監(jiān)測(cè)技術(shù)在依托工程渝懷二線漾頭車站預(yù)留巖墻爆破施工中發(fā)揮良好的監(jiān)測(cè)作用，為爆破施工提供了可靠的安全保障，值得推廣應(yīng)用。