超小凈距隧道單雙層預(yù)裂爆破振動研究

方 寧，楊成和，孫俊鵬，馬玉罄，繆玉松

(大連經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)金源爆破工程有限公司，遼寧 大連 116600)

超小凈距隧道單雙層預(yù)裂爆破振動研究

方 寧，楊成和，孫俊鵬，馬玉罄，繆玉松

(大連經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)金源爆破工程有限公司，遼寧 大連 116600)

受空間資源的影響，隧道凈距逐漸減小，如何保證超小凈距隧道爆破施工安全，降低爆破振動對中間巖柱的影響是隧道工作者的重點研究對象。針對前陡泉隧道0.61 m超小凈距爆破施工狀況，分別應(yīng)用單層、雙層預(yù)裂爆破方案，對比分析振動實測數(shù)據(jù)，得出雙層預(yù)裂爆破技術(shù)相比單層預(yù)裂降振率達53.75%，通過回歸分析得出雙層預(yù)裂爆破對振動傳播規(guī)律的影響，達到了預(yù)期的爆破效果。

超小凈距 預(yù)裂爆破 減振 隧道爆破 爆破振動監(jiān)測

我國國土面積的2/3是山地和丘陵，因而在鐵路與公路建設(shè)中隧道數(shù)量眾多。從最近幾年的建設(shè)規(guī)模和速度看，鐵路隧道和公路隧道約以每年300 km和150 km的建設(shè)速度增長［1-4］。正在規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)中的南水北調(diào)、西氣東輸和水電工程等隧道和地下工程中，燕尾式雙線隧道越來越多，隧道凈距越來越小。為了避免分離式及連拱式隧道爆破施工的缺陷，下向傾斜掏槽和預(yù)裂爆破技術(shù)被逐漸地應(yīng)用到隧道施工中［5-7］。因此，研究小凈距隧道施工過程中單、雙層預(yù)裂爆破條件下中間巖柱及巷道的安全穩(wěn)定性就顯得極為必要。本文結(jié)合0.61 m超小凈距前陡泉隧道，分別對單、雙層預(yù)裂爆破振動進行監(jiān)測，分析雙層預(yù)裂爆破減振效果，研究內(nèi)容對爆破設(shè)計中的單段最大裝藥量計算和圍巖安全穩(wěn)定性判據(jù)具有顯著意義。

1 工程概況

前陡泉隧道位于黃土梁峁區(qū)，全長2.737 km。地形起伏較大，表層覆蓋新黃土，開挖寬度為6.94 m，圍巖級別為Ⅳ級。隧道洞身大部分由左、右兩條線組成，受力薄弱，穩(wěn)定性差，圍巖變形和支護結(jié)構(gòu)受力非常復(fù)雜。為節(jié)約資源及工期要求，決定采用超小凈距隧道工藝施工，隧道凈距最近處僅為0.61 m。以后每進尺1 m，中間巖柱厚度增加0.075 m。開挖方案采用上下臺階分層開挖技術(shù)，上下臺階分界線選在起拱處，下臺階高度不小于2 m，上下臺階錯開距離以不影響相互間施工為前提。上臺階采用掏槽掘進爆破，下臺階采用水平孔拉槽爆破，上下臺階開挖示意如圖1。

圖1 上下臺階開挖示意

為保證0.61 m中間巖柱的穩(wěn)定性，大膽嘗試應(yīng)用雙層預(yù)裂爆破技術(shù)，即采用先預(yù)裂后掏槽起爆法，達到了預(yù)裂縫所需的寬度，對側(cè)面保護層起到有效保護，減少了爆破對中間巖柱的影響，雙層預(yù)裂爆破炮孔布置如圖2所示。

圖2 預(yù)裂爆破示意(單位:m)

2 爆破振動測試與分析

2.1 測試儀器

通過對國內(nèi)外市場的調(diào)查了解，決定選用2套加拿大Instantel公司生產(chǎn)的MiniMatePlus8智能爆破地震監(jiān)測儀，采樣速率為2 048 bit/s，觸發(fā)門檻 2.0 mm/s，最大量程254 mm/s，連續(xù)長時間記錄。

2.2 測試方法

1)根據(jù)上導(dǎo)和下導(dǎo)方向分別布置振動測點(圖3)，每一測點同時布置三維(切向、徑向、垂向)傳感器。

2)對振動記錄儀器進行量程、采樣率、延時和觸發(fā)等設(shè)置，每次測試按照測點實際情況對儀器設(shè)置項進行修改。

3)在測試時，傳感器與基石之間使用石膏粘附，以保證傳感器與測點表面牢固結(jié)合。

圖3 測點布置

2.3 實測數(shù)據(jù)及分析

隨著隧道掘進深度的深入，選定后行洞掘進開始的前10次爆破，進行爆破振動測試試驗，測得的振動數(shù)值及平均衰減率計算如表1所示。

表1 振動實測數(shù)據(jù)及對比

爆破振動遠區(qū)主振頻率主要集中于10～50 Hz(個別 ＜10 Hz)，依據(jù)爆破安全規(guī)程(GB 6722—2011)，該頻率范圍內(nèi)交通隧道質(zhì)點峰值振動速度不應(yīng)大于12～15 cm/s。采用單層預(yù)裂爆破時，1號和3號點的振動峰值超過了安全標(biāo)準(zhǔn)，而采用雙層預(yù)裂爆破時，振動峰值遠小于規(guī)程要求處于安全范圍之內(nèi)，各點爆破振動持續(xù)時間位于0.26～2.35 s之間。由實測表1和振動三向傳播振速對比(圖4)可知，采用雙層預(yù)裂爆破時振速峰值遠小于單層預(yù)裂振速峰值，平均衰減度達53.76%。說明雙層預(yù)裂爆破技術(shù)能夠起到很好的降振作用，采用該技術(shù)能夠滿足安全、高效施工的要求。

圖4 爆破振動三向傳播振速對比

2.4 回歸分析

爆破振動質(zhì)點速度主要受一次最大起爆藥量和測點與爆源間距離的影響。另外，工程地質(zhì)條件中的節(jié)理、裂隙及巖石波阻抗等特性也會對振動傳播產(chǎn)生影響。目前，爆破振動速度預(yù)測最常用的公式是薩道夫斯基公式［8-9］

式中:V為爆破振動預(yù)測速度，cm/s;k，α為與爆破工程地質(zhì)有關(guān)的衰減系數(shù);Q為最大一次起爆藥量，kg;R為測點距離爆源中心的距離，m。

根據(jù)實測的爆破振動速度和測點距離，應(yīng)用最小二乘法反推爆破振動的k和α值，得出反應(yīng)振動速度預(yù)測的回歸曲線為

單層預(yù)裂爆破:

雙層預(yù)裂爆破:

從回歸曲線和現(xiàn)場監(jiān)測情況可以得出，由于雙層預(yù)裂爆破增大了主爆區(qū)與中間巖柱的間隔距離，能夠更好地起到降低振動的作用，該回歸方程可為后續(xù)的爆破作業(yè)提供參考。

3 結(jié)論

1)在施工過程中堅持“動態(tài)設(shè)計，精心施工，及時支護，勤于量測”的原則。合理選取開挖方式、開挖順序及支護參數(shù)，能較好地減少對圍巖的擾動，減小圍巖變形，確保中間巖柱的穩(wěn)定。

2)當(dāng)遇到小凈距隧道施工時，單層預(yù)裂爆破技術(shù)難以保證中間巖柱的安全穩(wěn)定性要求，此時，可采用雙層預(yù)裂爆破施工技術(shù)，降低振動對中間巖柱和圍巖穩(wěn)定性的影響。

3)雙層預(yù)裂爆破技術(shù)能夠加大主爆區(qū)與中間巖柱的預(yù)裂縫寬度，改變爆破振動的衰減系數(shù)，起到降低振動的作用。

4)通過回歸分析的方法對已測振動數(shù)據(jù)進行擬合分析，能夠反映出工程地質(zhì)條件對爆破衰減規(guī)律的影響，亦可運用該回歸方程判斷爆破參數(shù)對保護結(jié)構(gòu)的影響程度。

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U455.6

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．17

1003-1995(2015)07-0058-03

2014-09-23;

2015-04-24

國家科技支撐計劃項目(2012BAB08B06)

方寧(1966— )，女，遼寧大連人，工程師。

(責(zé)任審編 趙其文)