公路隧道上跨供水隧洞爆破振動監測技術淺析

高培松

(福建省隧道工程有限公司 福建福州 350001)

公路隧道上跨供水隧洞爆破振動監測技術淺析

高培松

(福建省隧道工程有限公司 福建福州 350001)

高速公路隧道上跨既有輸水隧洞爆破施工過程中,為防止爆破振動影響到既有輸水隧洞實體安全,通過爆破振動波速的分析和控制,在試爆過程中指導雷管段數和炸藥藥量的調整,從而達到將爆破振速控制在7cm/s以下，確保既有輸水隧洞安全運營的目的。本文詳細介紹了爆破振動監測技術應用過程，謹供從事類似工作的工程技術人員參考。

上跨隧道; 控制爆破; 監控量測

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1 工程概況

從莞高速公路走馬崗隧道位于廣東省東莞市樟木頭鎮一帶，設計為分離式隧道，雙向六車道隧道，設計行車速度100km/h，建筑界限為14.75×5.0m。起訖里程左線全長3143m(ZK21+157～ZK24+300)；右線全長3135m(YK21+170～YK24+305)。

該隧道是關鍵的工期控制性工程，為從莞高速公路東莞段的的重難點工程。

東深供水隧洞是由東莞東江引水輸送到深圳、香港的一條輸水動脈，為深圳、香港上千萬居民提供生活生產用水。供水隧洞洞內內凈空寬度6.4m，高度7.2m。

走馬崗隧道左右線從既有東深供水隧洞上方跨越施工通過，施工過程中必須嚴格控制爆破振動波速，以免對下方既有輸水隧洞工程實體造成損害。

2 走馬崗隧道與東深供水隧洞位置關系

受制于周邊線路、地形及隧道縱坡影響，新建的走馬崗隧道上跨既有的東深供水隧洞，隧道與隧洞之間平面線位夾角約30°。該處走馬崗隧道埋深為140m。走馬崗隧道交點處左右線之間凈距離為33m。走馬崗隧道左線與東深供水隧洞交叉樁號ZK22+119.2，右線與東深供水隧洞交叉樁號YK22+189.7。縱向左線最小近距21.5m，右線最小近距22.6m。

據《爆破安全規程》和廣東省水利廳對走馬崗隧道與東深供水走馬崗隧洞交叉段會議紀要的規定，走馬崗隧道施工期允許的安全振動速度為≤7cm/s。

本文將以走馬崗隧道左線施工為例進行介紹闡述(圖1)。

圖1 走馬崗隧道與供水隧洞交叉段空間位置關系

3 走馬崗隧道、東江供水隧洞交叉段地質情況

根據地勘單位提供的地質資料：左線交叉處圍巖為中-微風化混合花崗巖，巖質堅硬，強度較高，裂隙較發育，巖體較完整，穩定性較好，含裂隙水，施工開挖無支護時易掉塊，圍巖長時間暴露可能產生小規模坍塌，易滲流水，圍巖為Ⅲ級。右線交叉處圍巖為中-微風化混合花崗巖，巖質堅硬，強度較高，受構造影響嚴重，裂隙發育，巖體較破碎，穩定性較差，含裂隙水，施工開挖易掉塊坍塌，易滲流水，圍巖為Ⅳ級。

4 控制爆破施工方案

為確保輸水隧洞工程實體安全，走馬崗爆破在上跨東深供水隧洞施工過程中，爆破過程全程進行爆破振速監測。當爆破振速超過規范及安全要求時，及時調整爆破參數及施工方案。

在走馬崗隧道左線內設置兩個交叉影響施工段(zk22+049～zk22+079,zk22+159～zk22+189)和一個交叉施工段(zk22+079～1zk22+159)，兩區段施工采用差異化爆破(圖2)參數。在第一個交叉影響段施工前提前進行爆破振動試驗，通過爆破振動測試對爆破振動參數進行采集、取樣、分析，合理布置爆破方案參數及施工進尺，反復驗算、調整、制定最終合理施工方案；當進入交叉段施工時，在交叉影響段的爆破參數基礎上進行進一步優化，更嚴格控制地爆破振速。施工過程嚴格按方案施工并全程監測爆破振動數據及輸水隧洞內爆破震動參數，確保引水隧洞構造物安全。

圖2 差異化控制爆破區段劃分

4.1 爆破振動監測方案

4.1.1 監測儀器

采用成都中科測控有限公司生產的TC-4850爆破測振儀，該儀器為多功能監測儀。儀器輕小便攜、耐壓抗擊、操作性優越，配接相應的傳感器能完成加速度、速度、位移、壓力、溫度等動態過程的監測、記錄、報警和分析。具體工作示意圖如(圖3)所示。完整的爆破測振過程如(圖4)所示，可分為三個部分，分別是測試參數、現場測試、數據回放。

圖3 TC-4850爆破測振儀工作示意圖

圖4 爆破測振測試過程

4.1.2 監測方案

根據現場施工情況，上臺階爆破總裝藥量在230～260kg，分8～9段爆破，最大掏槽藥量為30～34.8kg，單段起爆藥量較大。下臺階分左右側分別爆破，一次起爆總藥量20～24kg，分3～4段爆破，單段起爆藥量較小，振動較小。因此，此次實驗重點對左右線上臺階爆破開挖進行監測。

隧道上下臺階間距約50m，測點布置在邊墻上，測點位置距上臺階工作面后方分別為15m、20m、25m、30m，距下臺階上表面2m。左、右線測點布置方案如(圖5)。

圖5 測點布置方案

傳感器固定時，首先用電鉆在襯砌上打膨脹螺絲孔，采用石膏粉加水調制成漿糊狀作為粘結劑將傳感器粘在測點表面，用不銹鋼夾片加膨脹螺絲固定，保證其可隨襯砌同時振動。在安裝過程中，垂直方向Z應該盡量保持與水平面垂直，水平X方向與隧道軸線平行，水平Y向垂直隧道壁。

5 監測成果與建議

(1)現場爆破振動監測成果表明：對應于不同起爆段，振動速度時程曲線分段明顯；其中上臺階掏槽眼爆破時振動速度最大，現場3.0m進尺爆破時，Ⅲ級圍巖和Ⅳ級圍巖掏槽眼裝藥量分別為34.8kg和30kg，20m處得到的最大振動速度分別為13.9cm/s和12.5cm/s，振動速度超過水利廳要求的允許振速7cm/s的技術指標；當掏槽爆破形成自由面后，其他段別爆破引起的振動速度較小，監測結果顯示段裝藥量小于20kg時，20m位置最大振動速度均小于7cm/s。

(2)根據現場的爆破振動監測成果，按照薩道夫斯基公式對掏槽眼段爆破振動速度進行回歸分析的振動規律為：

Ⅲ級圍巖K=146.7，α=1.3，其表達式：

Ⅳ級圍巖K=203.4，α=1.5，其表達式：

振動規律與現場監測成果吻合較好。

(3)根據掏槽眼段薩道夫斯基公式回歸結果和振動速度控制標準(小于7cm/s)對進尺和掏槽眼裝藥量進行嚴格控制：交叉段施工時每循環進尺嚴格控制在1.5m，掏槽眼裝藥量Ⅲ級圍巖不超過9.5kg，Ⅳ級圍巖不超過12.6kg；其他段最大裝藥量不超過20kg。并將在進入交叉段時進行施工監測。

(4)根據掏槽眼段薩道夫斯基公式回歸結果和振動速度控制標準(小于7cm/s)，計算出采用當前進尺和藥量進行爆破施工時，與交叉處的安全距離，Ⅲ級圍巖為33.9m，Ⅳ級圍巖為29.4m；在此范圍內，需采用驗證過的優化爆破方案進行施工。

(5)根據最大段裝藥量對爆破方案進行了優化設計，下一階段將進行優化爆破方案的現場驗證，施工單位需要嚴格按照爆破方案進行裝藥爆破；對振動速度進行監測，若出現振速超限情況，需對爆破方案進一步優化，使振動速度控制在《爆破安全規程》規定的范圍內，保證交叉段爆破施工時東深供水隧洞的安全。

6 結束語

通過走馬崗隧道成功實施爆破監測從而有效指導控制爆破，安全、順利上跨東深供水輸水隧洞的建設實例，總結出：在無法避免先后建設的新舊隧道平面交叉情況下，采用控制爆破施工技術，并嚴格進行爆破監測指導爆破施工、合理調整爆破參數從而控制爆破振速在規定范圍內，可以有效保證原有已建成隧洞的實體安全，為類似工程施工提供參考。

[1]GB6722-2003,爆破安全規程[S].

[2]JTGD70-2004,公路隧道設計規范[S].

[3]JTGF60-2009,公路隧道施工技術規范[S].

[4]崔積弘．隧道掘進爆破振動的數值模擬研究[D]．青島：山東科技大學(碩士學位論文)，2005.

[5]畢繼紅，鐘建輝．鄰近隧道爆破震動對既有隧道影響的研究[J]．工程爆破,2004,10(4):69-73.

[6]王劍晨．爆破對隧道圍巖穩定性的影響[D]．北京：北京交通大學(碩士學位論文)，2010.

[7]王振毅，李靜，胡銳．基于LS-DYNA的某鄰近洞室爆破振動模擬分析[J]．爆破，2010，27(1)：104-106.

Technology Analysis of Blasting Vibration Monitoring On the Building Highway Tunnel Acrossing the Existing Water Supply Tunnel

GAOPeisong

(Fujian Tunnel Engineering Co., Ltd.Fuzhou 350002)

During the construction process of the highway tunnel across both on the water conveyance tunnel blasting , in order to prevent the influence of blasting vibration to the existing tunnel physical security, through the analysis and control of blasting vibration velocity, charge guidance in the process of adjustment in the test section and explosive detonator , so as to achieve the purpose of the control of blasting vibration velocity is below 7cm/s and to ensure that the operation of water conveyance tunnel is safe.This paper introduces the application of blasting vibration monitoring technologyprocess for engineering and technical personnel engaged in similar work reference.

Acrossing tunel; Controlled blasting; Monitoring and measurement

高培松(1981.12- ),男，工程師。

2015-03-31

U4

A

1004-6135(2015)05-0088-03