某公路隧道爆破施工對上穿管線的影響及施工合理性研究

田洋TIAN Yang

（重慶科技學(xué)院，重慶 401331）

0 引言

由于實際工程中的復(fù)雜性，采用撒道夫斯基預(yù)測公式無法直接得到管道振動速度，需要根據(jù)實際工程參數(shù)，建立數(shù)學(xué)物理模型來分析預(yù)測在爆破施工中，管道的振動速度以及受力情況。首先建立了數(shù)學(xué)物理模型，并對其進行了計算精度驗證。對管道在爆破施工時是否會遭到破壞進行了分析。

1 工程概況及模型建立

新修某公路位于城市建設(shè)區(qū)，經(jīng)人工建設(shè)平整，地形較平坦。新建一條隧道與某公路銜接，為某A連接線隧道，全長899.076m。本文主要對某公路A連接線隧道的爆破施工對上方管線的安全影響進行研究。

所建模型的Y軸為隧道軸線，負向為隧道掘進方向，垂直隧道軸線向上為Z軸的正向，沿著隧道掘進方向，水平向左為X軸的正向。根據(jù)施工現(xiàn)場情況，模型沿隧道掘進方向即Y軸負向取11m，其中前2m已經(jīng)爆破開挖，隧道爆破開挖寬度約為12.8m，在X軸上取60m，爆破開挖高度約為14.4m，Z軸上取70m，模型尺寸為60×70×11m3。其中上覆土體的厚度約為3m，管道埋深約為1.25m，兩條管道外徑分別為426mm，273mm，管壁厚分別為8mm和7mm，兩條管道為于隧道正上方偏右，距離隧道拱頂約為25m～7m。

2 數(shù)值模擬計算結(jié)果及分析

2.1 上下臺階法模擬分析

對施工方提出的爆破施工方案上下臺階法進行數(shù)值模擬，爆破采用二號巖石乳化炸藥，最大單爆藥量14.8kg。

圖3為采用二臺階法，管道與隧道洞頂垂直距離25m、單爆藥量為14.8kg時，爆破產(chǎn)生的振動速度（D426×8燃氣管道）時程圖。

從圖3分析，管道在約0.01s開始震動，在大約0.02s達到振速峰值10.58cm/s，在0.06s后衰減趨近0。距離起爆點25m、單爆藥量為14.8kg條件下，D426×8燃氣管道其最大振速為10.6cm/s，已經(jīng)超過2.0cm/s，不滿足管道安全的要求。

圖4為采用二臺階法，管道與隧道洞頂垂直距離25m，單爆藥量為14.8kg時，爆破產(chǎn)生的振動速度（D273×7燃氣管道）時程圖。

從圖4分析，管道在約0.01s開始震動，在大約0.017s達到振速峰值6.6cm/s，在0.05s后衰減趨近0。距離起爆點25m、單爆藥量為14.8kg條件下，D273×7燃氣管道其最大振速為6.6cm/s，已經(jīng)超過2.0cm/s，不滿足管道安全振速要求。同時，發(fā)現(xiàn)在同樣條件下小管徑的燃氣管道起振快，達到最大振速的時間短，最大振速低，衰減快。即同樣爆破對直徑不同的管道振動影響不同。

從圖3和圖4綜合分析，當采用二臺階法施工時，距洞頂垂直距離25m、單爆藥量為14.8kg條件下，D273×7燃氣管道影響最大的是垂直管道方向，其最大振速達到6.6cm/s，已經(jīng)超過2.0cm/s，不滿足管道安全的要求。D426×8燃氣管道，其垂直方向的最大振速為10.6cm/s，已經(jīng)超過2.0cm/s，不滿足管道安全振速要求。從整體來說，采用二臺階法施工，不能滿足兩條管道安全要求。

2.2 單側(cè)壁導(dǎo)坑法模擬分析

對施工方提出的爆破施工方案單側(cè)壁導(dǎo)坑法進行數(shù)值模擬，爆破采用

二號巖石乳化炸藥，最大單爆藥量7.2kg。圖5為采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，管道與隧道洞頂垂直距離25m、單爆藥量為7.2kg時，爆破產(chǎn)生的振動速度（D426×8燃氣管道）時程圖。

從圖5分析，D426×8管道垂直方向振速峰值為3.3cm/s，在0.06s后趨近于0。高于2.0cm/s，不滿足管道安全振速要求。

圖6為采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，管道與隧道洞頂垂直距離25m、單爆藥量為7.2kg時，爆破產(chǎn)生的振動速 度（D273×7燃 氣 管 道）時程圖。

從圖6分析，在D273×7管道垂直方向振速峰值為2.9cm/s，在0.07s后趨近于0。高于2.0cm/s，不滿足管道安全的要求。

由模擬結(jié)果可以看出，在采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，單爆藥量降低到7.2kg后，兩條管道在Z軸的振動速度峰依然大于安全臨界振速2cm/s，垂直方向Z軸最大振動速度降低約三分之二，這說明降低單爆藥量有明顯的降振效果。

2.3 三臺階法模擬分析

對施工方提出的爆破施工方案三臺階爆破法進行數(shù)值模擬，爆破采用二號巖石乳化炸藥，最大單爆藥量3.6kg。圖7為采用三臺階爆破法，管道距洞頂垂直距離25m單爆藥量為3.6kg條件下，D426×8管道在垂直方向（Z軸方向）上的振速時程圖。

從圖7分析，D426×8管道在0.018s達到振速的峰值2.9cm/s，D426×8管道振動峰值大于2.0cm/s，不滿足管道安全震速要求。

圖8為采用三臺階爆破法，管道距洞頂垂直距離25m單爆藥量為3.6kg條件下，D273×7管道在垂直方向（Z軸方向）上的振速時程圖。

從圖8分析，D273×7管道在0.018s達到振速的峰值1.9cm/s，D273×7管道振動小于控制震速2.0cm/s。由于D426×8管線不滿足管道安全振速要求，所以此工況不可采用。

結(jié)合全部三種單爆藥量隨距離變化趨勢圖分析，全部三種施工方式都不能滿足前文規(guī)定的管道安全振速2.0cm/s，因此應(yīng)該對爆破方案進行改進。

3 結(jié)論

對施工方提出的三種爆破方案進行模擬發(fā)現(xiàn)：二臺階法（最大單爆藥量14.8kg）、單側(cè)壁導(dǎo)坑法（最大單爆藥量7.2kg）、三臺階法（最大單爆藥量3.6kg）在管道與隧道洞頂垂直距離25m處，均不能滿足前文規(guī)定的管道安全振速2cm/s，并且管道振動峰值隨著管道與隧道洞頂垂直距離的縮短，呈現(xiàn)出加速上升的趨勢。因此，需要改進施工方法，降低管道振動速度到安全范圍。