佛祖坳隧道施工爆破監(jiān)控與分析

李 科

(廣東省冶金建設(shè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510080)

目前國(guó)內(nèi)隧道開(kāi)挖主要采用爆破法，爆破產(chǎn)生的震動(dòng)效應(yīng)很可能危及到附近構(gòu)造物的安全，因此需要對(duì)工程爆破進(jìn)行控制與監(jiān)測(cè)，確保工程順利進(jìn)行。本文以惠深高速佛祖坳隧道項(xiàng)目為背景，對(duì)隧道爆破振動(dòng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，計(jì)算出爆破振動(dòng)與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，進(jìn)而求得本隧道最大單段爆破藥量經(jīng)驗(yàn)公式，并據(jù)此檢算和控制每次爆破允許最大單段爆破藥量，同時(shí)通過(guò)對(duì)隧道與油管最近位置爆破振動(dòng)分析，提出爆破振動(dòng)相關(guān)控制和保護(hù)措施，確保施工中爆破振動(dòng)不超過(guò)規(guī)定的范圍。

1 工程概況

佛祖坳隧道位于原惠深高速公路ZK22+535～ZK23+565段，全長(zhǎng)1 030 m，該隧道區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，據(jù)調(diào)繪成果，巖層主要發(fā)育三組節(jié)理裂隙，其產(chǎn)狀為 80°～120°∠65°～70°，175°～195°∠58°～70°，275°～320°∠60°～88°，裂隙傾角普遍較陡，傾角多為60°～80°，隧道區(qū)地層覆蓋層主要為坡積粉質(zhì)粘土，基底主要由侏羅系上統(tǒng)凝灰?guī)r風(fēng)化層組成，隧道區(qū)圍巖主要為Ⅲ級(jí)～Ⅳ級(jí)，巖石較堅(jiān)硬。隧道路線走向與中海油一高壓成品油輸油管線近乎平行，隧道與油管最近距離為40 m，根據(jù)GB 6722-2003爆破安全規(guī)程的規(guī)定，對(duì)于輸油管道保護(hù)對(duì)象，抗震烈度標(biāo)準(zhǔn)為7度，安全允許振速不超過(guò)4.5 cm/s，根據(jù)以上規(guī)定，施工時(shí)需對(duì)開(kāi)挖爆破的震動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，以確保高壓石油管線的安全。目前正在施工隧道距油管較遠(yuǎn)端，通過(guò)監(jiān)測(cè)和分析爆破規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)下一步距離油管較近處的施工。

2 爆破監(jiān)測(cè)

爆破所引起的振動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的隨機(jī)變量，在以波的形式傳播過(guò)程當(dāng)中，其振幅、周期和頻率均隨時(shí)間變化。振動(dòng)的物理量一般用質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度、加速度、位移和振動(dòng)頻率等表示。由于振動(dòng)速度具有可以使爆破振動(dòng)的烈度與自然地震烈度相互參照、標(biāo)定檢測(cè)信號(hào)較容易、便于換算結(jié)構(gòu)破壞相判據(jù)的特點(diǎn)，所以國(guó)內(nèi)多采用質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度和主頻作為衡量爆破地震效應(yīng)強(qiáng)度的判據(jù)。當(dāng)爆破引起的振動(dòng)波在巖石中傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)參數(shù)有相互垂直的三個(gè)分量，即垂直速度、水平徑向速度和水平切向速度。在評(píng)價(jià)爆破地震效應(yīng)對(duì)構(gòu)造物的危害時(shí)，通常采用質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度和主振頻率作為爆破作業(yè)振動(dòng)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目在施工過(guò)程中進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)布置在石油管道地表沿線，每次爆破監(jiān)測(cè)離爆破點(diǎn)最近的點(diǎn)。本項(xiàng)目檢測(cè)使用TC-4850型機(jī)爆破振動(dòng)檢測(cè)儀，該儀器系統(tǒng)由振動(dòng)速度傳感器、TC-4850采集記錄儀、筆記本電腦以及專業(yè)分析處理軟件、供電系統(tǒng)及其他附屬設(shè)施組成，可同時(shí)測(cè)量多個(gè)分向的振動(dòng)速度及振動(dòng)頻率。

3 爆破分析

根據(jù)GB 6722-2003爆破安全規(guī)程以及國(guó)內(nèi)的研究成果，爆破振動(dòng)計(jì)算公式一般采用薩道夫斯基公式:R=(K/V)1/ɑ·Q1/3。其中，Qmax為單次最大齊爆藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量，kg;V為保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，cm/s;R為爆破點(diǎn)至石油管道的距離，m;K，a分別為爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。由于k和a的取值與地形、地質(zhì)條件以爆破形式有關(guān)，通常做法是，根據(jù)爆破過(guò)程實(shí)際數(shù)據(jù)，以薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式為基本形式，回歸分析計(jì)算出來(lái)。對(duì)薩道夫斯基公式兩邊求對(duì)數(shù)得:lnV=lnK+αln(Q1/3/R)。令x=ln(Q1/3/R)，y=lnV，b=lnK，k=α則上式變成一元線性方程:y=kx+b。佛祖坳隧道施工中一直對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，爆破振動(dòng)分析選取了6組有代表性的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得相關(guān)因子r=0.938，滿足回歸精度要求，并由此求得 K=162.0，α =1.52。

表1 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

對(duì)薩道夫斯基公式進(jìn)行反算，得出最大單段爆破藥量Qmax=(V/K)3/ɑ·R3。對(duì)本工程而言，根據(jù)GB 6722-2003爆破安全規(guī)程的規(guī)定，對(duì)于輸油管道保護(hù)對(duì)象，抗震烈度標(biāo)準(zhǔn)為7度，安全允許振速不超過(guò)4.5 cm/s，因此本隧道最大單段爆破藥量的經(jīng)驗(yàn)公式為:Qmax=0.000 863R3。為了保證爆破地震波對(duì)油管的安全，必須把爆破間響藥量控制在Qmax以下，本工程隧道與油管最小距離為40 m，此處最大單段齊爆藥量不能超過(guò)55.3 kg。根據(jù)記錄的爆破波型頻譜分析結(jié)果，主振頻率都在10 Hz以上，而油管自身頻率最多不過(guò)幾赫茲，可見(jiàn)本項(xiàng)目爆破不會(huì)對(duì)油管產(chǎn)生共振。

4 結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)爆破過(guò)程中所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，求得K和a值，進(jìn)而求得本隧道最大單段爆破藥量經(jīng)驗(yàn)公式Qmax=0.000 863R3，在本隧道掘進(jìn)過(guò)程中，不同地段的最大單段藥量可根據(jù)此公式進(jìn)行控制。2)根據(jù)記錄的爆破波型頻譜分析，得到主振頻率都在10 Hz以上結(jié)果，能夠滿足國(guó)家爆破安全規(guī)程規(guī)定。3)本隧道與油管最小處最大單段齊爆藥量不能超過(guò)55.3 kg，爆破方式受到制約，為了方便施工，快速掘進(jìn)，建議采用微差爆破時(shí)，選用合理的段間隔時(shí)差，使段間隔時(shí)差大于爆破振動(dòng)主振相的延續(xù)時(shí)間，使每段炸藥爆破基本上做到獨(dú)立作用，避免爆破振動(dòng)波的疊加作用。同時(shí)可采用低威力、低爆速炸藥(2 000 m/s～2 500 m/s)和小直徑不耦合裝藥進(jìn)行周邊光面爆破。另外設(shè)法創(chuàng)造良好的掏槽爆破臨空面條件，可采用多重楔形掏槽以及直眼分層掏槽、螺旋形掏槽。在掏槽后槽腔足夠大時(shí)，盡可能采用寬孔距小抵抗線的布眼形式，以取得較好的臨空面。最后對(duì)爆破進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)調(diào)整參數(shù)值，確保爆破振動(dòng)不超過(guò)規(guī)定的范圍。

［1］葉顯亮.隧道爆破施工對(duì)附近房的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與影響分析［J］.貴州大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，2(27)：57-58.

［2］李煜川.某公路隧道的擴(kuò)建施工方案［J］.四川建筑，2008，28(5)：38-39.

［3］金 波，韓常領(lǐng)，王萬(wàn)平，等.既有隧道改建施工的安全風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策［J］.公路，2008(7)：50-51.

［4］時(shí)義鵠.我國(guó)高速公路發(fā)展與改擴(kuò)建拓寬工程綜述［J］.湖南交通科技，2007(4)：77-78.

［5］程圍峰，梁 旭，王振宇.隧道爆破施工對(duì)鄰近輸油管道的影響評(píng)價(jià)［J］.石油建設(shè)，2011(8)：44-46.

［6］林 志，林 義.重慶輕軌隧道近跨城市公路隧道數(shù)值模擬分析［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006(sup)：216-219.

［7］林從謀，陳禮彪，蔣麗麗，等.高速公路擴(kuò)建大斷面特小凈距隧道爆破穩(wěn)定控制技術(shù)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(7)：1371-1378.

［8］高 干，劉元雪，徐光偉，等.隧道擴(kuò)建爆破震動(dòng)控制研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010，6(6)：1285-1293.

［9］GB 6722-2003，爆破安全規(guī)程［S］.