復(fù)線隧道施工爆破對(duì)既有隧道的影響

孔丙飛 范曉亮 卞澤光

摘 要：結(jié)合襄胡二線新劉家溝隧道實(shí)際工程，通過(guò)對(duì)既有花果隧道的四 次爆破振動(dòng)測(cè)試分析及一次爆破驗(yàn)證，說(shuō)明爆破振動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì)是合 理的，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度能夠客觀反映現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)狀況和衰減規(guī)律，新 建隧道施工爆破對(duì)爆心距最小的左邊墻影響最大。隨著測(cè)點(diǎn)與爆心距 的增大，質(zhì)點(diǎn)振速衰減明顯，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅值依次減小。建議在新建隧 道洞口段進(jìn)行分段爆破，限制每次爆破最大段裝藥量，以保證既有隧 道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全和正常運(yùn)營(yíng)。

關(guān)鍵詞：隧道工程;既有隧道;施工爆破;振動(dòng)測(cè)試

1概述

爆破與天然地震對(duì)隧道的影響非常相似，作用過(guò)程也包括幾個(gè)主要階段，但就各自的特點(diǎn)而言，兩者有較大的區(qū)別。爆破的振動(dòng)波高頻成分起著強(qiáng)烈作用（達(dá) 100 Hz），且作用持續(xù)時(shí)間較短，復(fù)線隧道施工爆破對(duì)既有隧道的破壞以體波破壞為主，而地震波作用下隧道的破壞則主要是低頻波，且作用時(shí)間長(zhǎng)，因而兩者的破壞機(jī)理存在很大的差異，相應(yīng)的計(jì)算方法也有很大的不同。

2復(fù)線隧道施工爆破對(duì)既有隧道的影響因素

復(fù)線隧道施工爆破對(duì)既有隧道的影響因素主要有爆源特性、地質(zhì)條件、隧道特征等。由于這些因素的復(fù)雜性，使得這一問(wèn)題的研究十分困難。

（1）爆源特性的影響

爆破對(duì)既有隧道的影響主要與炸藥及裝藥特性、起爆方法、爆破參數(shù)設(shè)計(jì)（孔間距、孔間延時(shí)、最小抵抗線）等有著密切的關(guān)系。對(duì)于大當(dāng)量的爆破，爆壓力作用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，波長(zhǎng)也長(zhǎng);相反，小當(dāng)量的爆破作用頻率高、波長(zhǎng)短。因此，在同樣的巖體條件下，隧道周邊巖體中的應(yīng)力波分布及效應(yīng)均不相同。另外，對(duì)不同的掏槽方法、起爆順序、布孔形式等也有很大影響，如集中藥包起爆時(shí)，爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與藥量的立方成正比;延長(zhǎng)藥包爆破時(shí)，振速與藥量的平方根成正比;特別是對(duì)于多孔爆破，孔間延時(shí)對(duì)爆破震動(dòng)影響較大。在微差爆破中，隧道周邊的應(yīng)力集中因子隨延發(fā)時(shí)間的增大而減小。

（2）地質(zhì)條件的影響

地質(zhì)條件的影響主要為地質(zhì)材料與地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)條件對(duì)爆破作用的影響程度起著非常重要的作用：一方面，決定了隧道自身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性：另一方面，爆炸應(yīng)力波參數(shù)及應(yīng)力波的傳播是巖石介質(zhì)和爆源相互耦合的結(jié)果。應(yīng)力波的大小是二者波阻抗的函數(shù)，特別是既有隧道至復(fù)線隧道間的地質(zhì)構(gòu)造（如斷層、軟如夾層等）會(huì)對(duì)應(yīng)力波的傳播影響很大，從而極大地影響著隧道周邊的應(yīng)力場(chǎng)。隧道圍巖的物理性質(zhì)主要通過(guò)影響應(yīng)力波的波速而起作用，波阻抗對(duì)隧道周邊的應(yīng)力集中因子影響很大，且隨著波阻抗的增大，應(yīng)力集中因子顯著降低。

（3）隧道結(jié)構(gòu)特征的影響

從爆破破壞的特點(diǎn)上看，隧道的橫斷面形狀、被復(fù)材料、襯砌結(jié)構(gòu)、與爆源的相對(duì)位置、與爆破應(yīng)力波波一長(zhǎng)的相對(duì)尺寸大小等都直接影響著洞壁周邊的應(yīng)力分布。在其他條件相同的情況下，隨著隧道直徑的增大，迎爆一側(cè)主要是由于應(yīng)力波的反射拉伸作用，其動(dòng)應(yīng)力集中因子增大：而背爆一側(cè)沒(méi)有明顯的變化。這說(shuō)明在隧道直徑增大時(shí)，應(yīng)力波的反射增強(qiáng)而繞射減弱，洞周最大應(yīng)力集中因子隨隧道直徑的增大而減小。

3爆破振動(dòng)傳播規(guī)律及影響分級(jí)

對(duì)于鉆爆法施工，最大段裝藥量及爆心距這 2 個(gè)因素很大程度上影響著爆破振動(dòng)的傳播規(guī)律，下面將分別分析最大段裝藥量和爆心距對(duì)爆破振速的影響，并建立爆心距與最大段藥量影響分級(jí)。監(jiān)測(cè)頻率變化范圍為 50 一 100 Hz，根據(jù)既有隧道安全狀況和其他學(xué)者相關(guān)研究成果，可以將爆破振動(dòng)對(duì)隧道襯砌影響根據(jù)爆破振速分為如下 4 級(jí)：

爆破振速滿足v≤5 cm/s，爆破振動(dòng)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)基本無(wú)影響;

爆破振速滿足 5 cm/s≤v≤8 cm/s，爆破振動(dòng)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)有微影響，無(wú)安全隱患;

爆破振速滿足 8 cm/s≤v≤ 10 cm/s，爆破振動(dòng)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)有較大影響，有安全隱患;

爆破振速滿足v≥10 cm/s}爆破振動(dòng)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)有安全性影響，需采取減振措施。

4爆破減振措施

為了保證新建隧道周?chē)扔薪Y(jié)構(gòu)和人員安全，必須將爆破振動(dòng)危害控制到允許范圍之內(nèi)"因此爆破設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮爆破振動(dòng)對(duì)既有結(jié)構(gòu)影響，施工過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，以保證既有結(jié)構(gòu)的安全性能和實(shí)用性能"常用的減振措施主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）開(kāi)挖工法的選擇與優(yōu)化。一般來(lái)說(shuō)雙線隧道不僅在洞口段有最小凈距，洞口段圍巖條件也相對(duì)較差，為了保證新建隧道與既有隧道的安全，除了采取超前支護(hù)措施，做好仰坡維護(hù)，還需要盡量減少開(kāi)挖斷面面積。因此洞口段可以采用分步開(kāi)挖法施工，如臺(tái)階法、中隔壁法、側(cè)壁導(dǎo)坑法等，本工程進(jìn)口端采用臺(tái)階法進(jìn)行施工，減小了開(kāi)挖面積的同時(shí)降低每次爆破裝藥量，因此也會(huì)降低了爆破施工對(duì)既有隧道的影響。

（2）分段起爆及單段裝藥量。前面已經(jīng)討論，隧道爆破單段裝藥量對(duì)爆破振動(dòng)有很大影響，因此對(duì)于分段數(shù)及單段裝藥量的控制能有效降低爆破施工對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響。大量實(shí)踐證明爆破振動(dòng)速度主要與單段裝藥量、爆心距及介質(zhì)條件有關(guān)，在爆心距及介質(zhì)無(wú)法改變條件下，認(rèn)為控制最為有效的方法就是分段起爆和最大段藥量的控制。一般將一次爆破藥量分為多段毫秒延期起爆，可以使得爆破振動(dòng)峰值減小為僅受單響最大藥量控制，這樣一次爆破規(guī)模以得到擴(kuò)大但是不會(huì)產(chǎn)生超強(qiáng)振動(dòng)。因此爆破中可采用增加雷管的段別，減少同段雷管起爆藥量來(lái)減小爆破振動(dòng)。

（3）選擇合理的掏槽形式。掏槽是隧道爆破成敗的關(guān)鍵，同樣也是產(chǎn)生最大爆破震動(dòng)速度的主要影響因素。為了達(dá)到減震的目的，根據(jù)巖石的性質(zhì)，選擇合理的掏槽形式。如大斷面的隧道，可以選擇斜眼掏槽。斷面較小的隧道，可以選擇中空直眼掏槽。為了達(dá)到減振目的，一般選用楔形+密排監(jiān)控眼混合掏槽法，即充分利用楔形掏槽的易拋擲和減振作用與貫通掏槽的臨空面來(lái)最大限度減小振動(dòng)。

其它因素包括炸藥種類(lèi)的選取、孔網(wǎng)參數(shù)的確定、鉆孔深度、間距以及起爆順序?qū)Ρ普駝?dòng)都會(huì)有較大影響。但是，值得注意的是，由于隧道工程長(zhǎng)距離、小間距的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工不僅要對(duì)爆破進(jìn)行嚴(yán)格控制，還需兼顧施工單位因此所增加的成本，既要確保既有隧道的運(yùn)營(yíng)安全和新建隧道的施工安全，又要降低施工成本，保證正常的施工進(jìn)度。

5結(jié)論

（1）根據(jù)以往研究成果，既有隧道結(jié)構(gòu)受爆破施工影響最大部位在迎爆側(cè)，因此對(duì)于該隧道也選取迎爆側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，采集不同爆心距及單段裝藥量條件下的爆破振速。對(duì)爆破數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與回歸分析，既有隧道結(jié)構(gòu)絕大部分爆破振速均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)，爆破對(duì)于既有隧道的影響得到有效控制。

（2）通過(guò)薩氏公式振速衰減方程對(duì)爆破振動(dòng)速度傳播規(guī)律進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際工程和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并參考《暴破安全規(guī)程》，將爆破振動(dòng)對(duì)隧道襯砌安全性影響根據(jù)爆破振速分為 4 級(jí)，分別為無(wú)影響區(qū)、微影響區(qū)、較大影響區(qū)及安全性影響區(qū);同時(shí)分別對(duì)爆心距和最大段藥量的影響進(jìn)行分析，同樣針對(duì)該隧道的工程實(shí)際情況進(jìn)行影響分級(jí)。

（3）對(duì)爆破常用減振措施進(jìn)行總結(jié)分析，該隧道主要通過(guò)開(kāi)挖斷面優(yōu)化、爆破合理分段及最大段裝藥量的控制降低了新建隧道對(duì)于既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的影響。事實(shí)證明，控制措施效果明顯，有效降低既有病害隧道的安全隱患，并保證新建隧道的安全施工。

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