淺埋隧道掘進爆破空洞效應研究

劉光漢，周建敏，余紅兵

(貴州新聯爆破工程集團有限公司， 貴州 貴陽 550002)

淺埋隧道掘進爆破空洞效應研究

劉光漢，周建敏，余紅兵

(貴州新聯爆破工程集團有限公司， 貴州 貴陽 550002)

為分析淺埋隧道爆破的 “空洞效應”，研究爆破區域上方兩側相同距離條件下的地表振動變化規律，以貴州某隧道爆破工程為背景，在現場進行爆破振動試驗。現場試驗結果表明：(1)淺埋隧道掘進爆破產生的爆破振動存在“空洞效應”，使得成洞區上部地表振動速度大于非成洞區上部地表振動速度；(2)當采用16.8 kg藥量爆破時，測點4的放大系數為1.19，測點3的放大系數為1.32，測點2的放大系數為1.23，測點1的放大系數為1.18，說明隨著爆心距的變化,測點振動速度放大系數呈先增大后減小的趨勢；(3)對于淺埋隧道施工爆破，為保護隧道上方建(構)筑物的安全，應以成洞區上部地表振動監測為重點。

淺埋隧道; 掘進爆破; 空洞效應; 放大系數

隨著城市地下工程建設的增多，隧道爆破開挖引起的振動效應愈來愈受到人們的關注和重視。目前國內外學者對隧道爆破的震動效應以及其對支護和相鄰隧道的穩定性影響做了大量研究[1-6]，而對于隧道掘進爆破空洞效應對地表建構筑物的影響研究較少。空洞效應是指在隧道掘進爆破中已開挖區存在的空洞導致其上部地表振動速度大于未開挖區地表振動速度的現象[7-10]。因此，研究隧道爆破空洞效應，對于保護地表建、構筑物的安全穩定及爆破振動的準確預測具有重要意義。本文以貴陽市某隧道爆破施工為背景，通過對現場爆破試驗實測震動數據的分析，對淺埋隧道掘進爆破空洞效應及其振速變化規律進行研究。

1 現場爆破振動試驗方案

現場試驗選擇在貴陽市某隧道爆破施工現場進行，該隧道全長4368 m，隧道埋深為11～18 m。隧道巖石的普氏系數f為6～10，巖性以泥質砂巖為主。隧道開挖斷面高9 m，寬6 m。

隧道掘進采用臺階法進行爆破施工，為減小爆破振動對圍巖的擾動及形成良好的斷面輪廓，現場采用光面爆破技術和平行直孔掏槽，掏槽孔孔徑為42 mm，單段藥量為10～18 kg，采用微差控制爆破技術進行爆破。

(1) 現場振動監測點布置。現場振動監測點布置原則為：以掘進工作面(爆區)為中心，工作面上方位置布置為測點5。在地表沿隧道軸線對稱布置震動測點(見圖1)，相鄰測點間距均為5 m。

圖1 振動監測點布置

(2) 爆破振動測試儀器及安裝方法。現場采用TC-4850爆破測振儀進行爆破振動測試。該儀器配置有3個方向分量的速度傳感器，在數據處理時可輸出不同方向的振速峰值。現場試驗前應通過儀器顯示屏提前設置儀器采樣頻率、采樣時間、最大量程等各種采集參數。現場安裝儀器時，采用石膏將速度傳感器粘接在地表裸露基巖或者混凝土試件上(見圖2)。

圖2 現場爆破測振儀布置效果

2 爆破振動試驗結果分析

2.1 空洞效應衡量指標

為了定量評價隧道掘進爆破空洞效應的影響程度，表征成洞區地表質點振動速度的放大效應。

定義fv為隧道掌子面上方兩側相同距離位置的振動速度比值，其數學表達式為：

(1)

定義ΔV為隧道掌子面上方兩側相同距離位置的振動速度差值，其數學表達式為：

ΔV=Vc-Vs

(2)

式中,Vc為相同距離條件下掌子面左側地表振動速度;Vs為相同距離條件下掌子面右側地表振動速度。

2.2 試驗結果分析

在現場進行了4次爆破振動試驗，得到了不同藥量條件下掌子面前后各對稱測點的地表振動速度(見表1)。并繪制不同藥量條件下各測點振動速度的變化規律(見圖3)。

圖3 不同藥量條件下各測點振動速度變化規律

表1 爆破試驗引起的地表振動速度幅值

根據表1和圖3可得：

(1) 以掌子面正上方地表震動測點5為轉折點，沿隧道掘進前方的各測點(6，7，8，9)地表振動速度均小于已開挖區上部對應測點(1，2，3，4)的地表振動速度，表明淺埋隧道爆破產生的爆破振動存在“空洞效應”，使得成洞區上部地表振動速度大于非成洞區上部地表振動速度。

(2) 通過計算不同爆心距條件下各測點的振動速度放大系數，發現當采用16.8 kg藥量爆破時，測點4的放大系數為1.19，測點3的放大系數為1.32，測點2的放大系數為1.23，測點1的放大系數為1.18，說明隨著爆心距的變化,測點振動速度放大系數呈先增大后減小的趨勢。

3 結論與建議

(1) 淺埋隧道掘進爆破產生的爆破振動存在“空洞效應”，使得成洞區上部地表振動速度大于非成洞區上部地表振動速度。

(2) 當采用16.8 kg藥量爆破時，測點4的放大系數為1.19，測點3的放大系數為1.32，測點2的放大系數為1.23，測點1的放大系數為1.18，說明隨著爆心距的變化,測點振動速度放大系數呈先增大后減小的趨勢。

(3) 對于淺埋隧道施工爆破，為保護隧道上方建(構)筑物的安全，應以成洞區上部地表振動監測為重點。

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2017-04-22)

劉光漢(1979-)，男，貴州貴陽人，工程師，主要從事爆破技術研究，Email：602574716@qq.com。