代 勇，周建春

(華南理工大學土木與交通學院，廣州 510640)

1 引言

隧道爆破施工時，炸藥釋放的能量以地震波的形式從震源向四周傳播，經(jīng)過介質(zhì)達到地表，引起地表松動和周邊建筑物損傷，振動強度隨著爆距(爆破面到監(jiān)測點距離)的增加不斷減弱。在爆區(qū)的一定范圍內(nèi)，當振動達到一定的強度時，會引起相鄰建筑物不同程度的破壞。一些隧道施工過程中爆破會對周圍環(huán)境的安全產(chǎn)生影響，會引起相鄰隧道襯砌受力發(fā)生改變，甚至產(chǎn)生安全問題。目前，國內(nèi)有關爆破振動的研究主要集中在爆破速度對既有隧道的影響，而對爆破頻率與結構物的響應引起襯砌受力的危害研究較少。通過工程實例探討爆破振動對臨近隧道襯砌受力的影響。

2 工程概況

2.1 工程概況

天坪嶺隧道是廣清(廣州至清遠)高速公路位于清遠龍?zhí)伶?zhèn)附近的1座改擴建隧道工程。老天坪嶺隧道左、右洞均位于直線段，左線隧道長1 525.75 m，左線隧道里程為LK45+638.330～LK47+164.080;右線隧道長1 548.75 m，右線隧道里程為RK45+618.396－RK47+167.146，為雙洞4車道隧道，采用分離式布設。新建天坪嶺左線隧道長l557 m，隧道里程為LK45+643～LK47+200，新建天坪嶺右線隧道長1537 m，隧道里程為RK45+653～RK47+190，改擴建方式為在原老隧道兩側各新建l座隧道，新建天坪嶺左線隧道距相鄰老天坪嶺左線隧道中心線間距約41.8～50.7 m，新建天坪嶺右線隧道距相鄰老天坪嶺右線隧道中心線間距約64.5～108.8 m。新隧道與既有隧道位置關系見圖1。

圖1 新隧道與既有隧道位置關系示意(單位:m)

2.2 地質(zhì)概況

隧道穿越丘陵地段山體完整，丘陵脊線明顯，地層巖性主要為燕山期花崗巖及風化層，覆蓋層主要為第四系坡殘積土，厚度較薄。隧址區(qū)地下水主要為基巖裂隙水，含水層為中～微風化層，腐蝕性較小。圍巖大致分級如表1所示。

表1 天坪嶺隧道圍巖分級

3 爆破振動監(jiān)測方案

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)我國《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2003)的規(guī)定，我國交通隧道振動限值為10～20 cm/s，為了保證舊隧道二襯結構的安全性，爆破振動施工時，須對舊天坪嶺隧道襯砌爆破振動速度、二襯表面應變、隧道變形進行測試分析并確認爆破施工的安全性。

測試項目有:舊隧道襯砌表面應變、舊隧道二襯表面振動速度監(jiān)測，各兩個測試斷面。爆破施工炸藥選用φ32 mm巖石膨化硝銨乳化炸藥，起爆采用延時毫秒電雷管，引爆電源采用FB－300型起爆器，施工方法為全斷面爆破。爆破施工參數(shù)如表2所示。

表2 爆破施工參數(shù)

3.2 舊隧道襯砌應變監(jiān)測

在舊天坪嶺隧道左線清遠端，與爆破區(qū)域?qū)目v向1倍和2倍洞徑長度范圍內(nèi)，爆破四周環(huán)境布置如圖2所示。在舊隧道襯砌離洞門較近處布置2個監(jiān)測斷面，每個斷面共6個測點，監(jiān)測儀器采用金壇海巖儀器廠生產(chǎn)的振弦式混凝土表面應變計，橫斷面布置如圖3所示。

圖2 新天坪嶺隧道爆破區(qū)四周環(huán)境布置(單位:m)

圖3 舊隧道二襯表面應力測點布置

3.3 舊隧道襯砌振動速度監(jiān)測

目的是了解施工過程中新建隧道爆破施工對于舊隧道二襯的影響，制定或驗證合理的施工順序和爆破裝藥量。在新建隧道左線清遠端松動爆破施工時，在舊天坪隧道洞內(nèi)設置2個爆破振動測試斷面，根據(jù)監(jiān)測結果指導施工。

監(jiān)測斷面縱向布置:在距離舊天坪嶺隧道左線清遠出口端1倍和2倍洞徑處(與二襯混凝土表面應變監(jiān)測斷面相同樁號)，分別設置2個爆破振動監(jiān)測斷面。每個監(jiān)測斷面處，左右側各設置1個三分量高精度磁電式速度傳感器，共計1個垂直方向、1個水平橫向(按照隧道縱向?qū)ΨQ軸線建立坐標系)，總計4個測點(圖4)，采用東華測試DH5922動態(tài)信號采集儀和筆記本電腦連接，與爆破同步采集爆破速度時程數(shù)據(jù)。

3.4 舊隧道襯砌變形監(jiān)測

舊隧道襯砌變形監(jiān)測內(nèi)容為單位時間拱頂下沉和周邊收斂量判斷支護效果。爆破監(jiān)測區(qū)域舊隧道二襯斷面變形(拱頂下沉和周邊位移)斷面測線布置如圖5所示，共布設2個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布設拱頂下沉、周邊位移觀測點。

圖4 舊隧道二襯表面爆破振動速度傳感器布置

圖5 拱頂下沉和周邊位移測線布置

4 現(xiàn)場測試結果及分析

4.1 爆破施工時既有天坪嶺隧道二襯表面應變測試分析

共進行3次爆破振動測試，應變測試包括2個斷面，分別為洞口段1倍、2倍洞徑處(見圖2)，每個斷面布置6個振弦式傳感器(圖3)，2倍洞徑斷面布置同1倍洞徑。爆破前后應變測試結果見表3～表5。

表3 第1次爆破施工時天坪嶺隧道二襯表面應變測試結果

由以上新天坪嶺隧道地表松動爆破施工時既有隧道二襯表面應變監(jiān)測結果可知。

(1)爆破施工時既有隧道二襯表面應變監(jiān)測結果表明，所有監(jiān)測斷面各監(jiān)測點混凝土表面壓應變最大值為20.69 με，位于第2次爆破振動監(jiān)測左側墻腳處，遠小于C20混凝土設計開裂限值1 400 με。

(2)由以上監(jiān)測結果可見，爆破施工時既有隧道二襯左、右側混凝土表面應變呈不對稱分布狀態(tài);第1次爆破施工過后二襯較長時間仍有微小殘余應變沒有恢復，原因是第1次爆破裝藥量略大。第2次、第3次爆破施工時裝藥量略有減小，相應的二襯表面混凝土應變很小，可認為無殘余應變發(fā)生。

表4 第2次爆破施工時天坪嶺隧道二襯表面應變測試結果

表5 第3次爆破施工時天坪嶺隧道二襯表面應變測試結果

4.2 爆破施工時既有天坪嶺隧道二襯表面振動速度測試分析

新天坪嶺隧道地表松動爆破施工對舊隧道振動速度監(jiān)測結果如圖6～圖8所示，共進行3次爆破數(shù)據(jù)采集分析，限于篇幅，只列出第一次爆破振動速度測試圖，后續(xù)2次結果相似，3次測試振動速度最大值為0.84 cm/s，振動衰減很快，說明舊隧道剛度較大。

由以上爆破振動監(jiān)測結果可知，所有監(jiān)測斷面各向爆破振動速度遠小于設計要求限值10 cm/s，振動衰減較快，說明結構剛度足夠，對舊隧道襯砌影響不大，因此以此藥量爆破結構偏于安全。

圖6 舊天坪嶺隧道第1次爆破襯砌左側水平方向振動速度(單位:m/s)

圖7 舊天坪嶺隧道第1次爆破襯砌左側豎向振動速度(單位:m/s)

圖8 舊天坪嶺隧道第1次爆破襯砌左側橫向振動速度(單位:m/s)

4.3 爆破施工前后既有天坪嶺隧道二襯變形監(jiān)測分析

在每次爆破施工前后，采用激光斷面儀監(jiān)測了上述1倍洞徑處(斷面1)、2倍洞徑處(斷面2)的斷面拱頂下沉和周邊位移。實際監(jiān)測結果表明，爆破施工前后2個監(jiān)測斷面未發(fā)生顯著變形，如圖9～圖12所示，變形呈起伏狀態(tài)，說明爆破前后結構會有輕微影響，但很快恢復原狀。

圖9 斷面1拱頂下沉時程曲線

圖10 斷面1水平位移時程曲線

圖11 斷面2拱頂下沉時程曲線

圖12 斷面2水平位移時程曲線

5 結論

綜上所述，新天坪嶺隧道爆破施工時既有隧道二襯表面應變、爆破振動速度和斷面變形監(jiān)測分析結果如下:

(1)爆破施工時既有隧道二襯表面應變監(jiān)測結果表明，所有監(jiān)測斷面各監(jiān)測點混凝土表面壓應變最大值為20.69 με，位于第2次爆破振動監(jiān)測左側墻腳處，遠小于C20混凝土設計規(guī)范開裂限值1 400 με。

(2)由爆破振動速度監(jiān)測結果可知，所有監(jiān)測斷面各向爆破振動速度遠小于設計要求限值10 cm/s，以此標準來控制爆破施工對今后類似工程提供有益幫助。

(3)實際監(jiān)測結果表明，在每次爆破施工前后，1倍洞徑處、2倍洞徑處的斷面拱頂下沉和周邊位移很小，爆破施工前后2個監(jiān)測斷面未發(fā)生顯著變形，說明爆破施工滿足設計要求，可供類似工程參考。

總之，測試通過以上3種方法聯(lián)合使用，能達到更好的指導工程施工，確保爆破安全，為今后類似爆破提供監(jiān)測參考。

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