擴建隧道爆破振動與超前地質預報測試分析

孫尚鵬

摘要：為了保證擴建隧道在施工過程的安全，擴建隧道的爆破振動與超前地質預報測試在隧道的施工過程中是非常有必要的。本文主要對某擴建隧道進行了爆破振動與超前地質預報測試分析，并得出了結論，以期同行參考。

Abstract： In order to ensure the safety of the expanded tunnel during the construction process， the blasting vibration and advanced geological prediction test of the expanded tunnel is very necessary in the tunnel construction process. This paper makes test analysis of the blasting vibration and advanced geological prediction of an extended tunnel， and draws conclusions， with reference to peer.

關鍵詞：擴建隧道;爆破振動;超前地質預報

Key words： expanded tunnel;blasting vibration;advanced geological prediction

中圖分類號：P631? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0149-02

0? 引言

隨著我國交通事業的發展，過去許多工程不滿足現有交通量的要求，需要進行改擴建，隧道工程的改擴建也變的越來越普遍。隧道在進行改擴建的既要保證該條隧道在施工過程的安全，又要保證爆破施工引起既有交通線破壞。因此擴建隧道的爆破振動與超前地質預報測試在隧道的施工過程中顯得尤為重要。

目前，許多學者多隧道的爆破振動和超前地質預報進行了深入的研究。文獻[1-2]運用有限元軟件對隧道的爆破振動進行了分析研究。文獻[3]對新建隧道近距離穿越既有隧道時的爆破振動進行了分析研究。文獻[4]采用MIDAS/GTS-NX軟件對新建隧道爆破施工引起既有高速公路擋墻和路基的動力響應規律進行了研究。文獻[5]結合實際工程，利用數值模擬和現場監測結果對新建隧道爆破施工時臨近建筑物的穩定性和安全性進行研究。文獻[6]根據雙護盾TBM技術特點，以CCS水電站引水隧洞為工程背景，提出了以地質分析法、物探法、和超前鉆探等為主的綜合超前地質預報方法。文獻[7]以某山區隧道建設為研究對象，對預處理出現的地質災害進行地質超前預報。文獻[8]通過對隧道特點和常用的超前地質預報常用的方法進行對比分析，建立了一種新的超前地質預報綜合方法體系。文獻[9]將綜合超前地質預報和模糊層次評價相結合，建立深埋長隧道地質災害風險預測體系。

上述研究為隧道的爆破振動和超前地質預報奠定了堅實的基礎，但是擴建隧道與新建隧道存在著一定的差異，因此本文對擴建隧道的爆破振動與超前地質預報進行了測試分析，為今后類似工程提供參考與依據。

1? 工程概況

本項目共設置分離式隧道497.5m/1座，通過對既有雙向四車道隧道原位擴建為雙向八車道隧道。既有隧道于2003年完工，采用“新奧法”原理設計和施工。本隧道主洞建筑限界：凈寬0.75+0.50+2×3.5+2×3.75+0.75+0.75=17.25m，凈高5.0m，相對于兩車道、三車道隧道而言，四車道斷面更加扁平，開挖跨度達到20m左右，根據四車道隧道的設計經驗，同時類比其他四車道隧道內輪廓，結合本項目限界要求，并經數值計算分析，制定了內輪廓方案為：內輪廓采用三心圓，斷面凈面積165.18m2，寬度17.71m，高度11.3m，斷面矢跨比0.426，高跨比0.64。拱部圓心角80°。

2? 監測內容與結果

2.1 監測內容

2.1.1 爆破振動監測? 對于本次爆破振動監測，儀器選用UBOX-5016爆破振動智能監測儀。該設備不僅可以對現場的爆破振動進行測試，而且還可以測試現場的沖擊和噪聲等。該設備具有體型較小、方便攜帶便于操作的優點，此外本設備還可以對測點、多設備進行獨立操作自動完成數據采集和存儲，具有掉電保護功能等優點。

為了分析該隧道掌子面爆破施工所產生的振速，對該隧道進行了爆破振動數據采集，其測點布置如圖1所示。

2.1.2 超前地質預報監測

①雷達地質預報的原理。地質雷達的探測原理是通過發射高頻電磁波，電磁波在傳輸過程中遇到不同電磁性介質分界面時，電磁波中的一部分會反射波回地面，而另一部分則繼續透過界面向前傳播，當電磁波再次遇到界面時，其中一部分電磁波會繼續被反射回地面。電磁波在傳播過程中，遇到不同的巖層或巖層節理時，電磁波的反射系數、衰減系數以及反射波頻率均不一樣。雷達接收天線可接收反射回來的電磁波，將反射回來的電磁波輸送給控制單元。通過對反射會來的信號進行顯示，并對電磁反射波所帶信息進行分析研究，并可獲得被探測地層的層厚、巖層完整性以及巖層含水情況，地質雷達的探測原理如圖2所示。

②地質雷達測線布置。具體在進行地質預報工作時，需要在掌子面布置連續測線進行現場測試，采用線測方式采集數據，一般情況下，可在掌子面下部距地面1.5m位置處布置2條來回測線，實際采集位置可根據開挖方式不同做適當調整，測線布置示意圖和現場檢測照片見圖3、圖4。

現場采集完數據以后，可通過后處理軟件進行數據分析，從而獲取掌子面前方圍巖狀況，為隧道的安全施工提供保障。

2.2 監測結果分析

2.2.1 爆破振動監測? 測試探頭分別接著三個通道，每個通道采集一個測點的爆破振動狀況。在測試過程中，隧道襯砌上上布設通道1和通道2的測試探頭，而通道3的測試探頭則布置于地面上。本次隧道爆破用炸藥量約為24kg，本次爆破處樁號為YK19+928，數據采集監測點樁號為ZK19+928，對現場測試的結果進行分析，同時對爆破振動結果進行整理，如表1所示。

通過表1可知，在本次爆破用炸藥量情況下，不會對所測隧道造成結構損傷。

2.2.2 超前地質預報監測? 地質雷達系統由硬件系統和軟件系統組成，其中硬件系統主機、天線和傳輸電纜等，軟件系統包括現場數據采集、預處理以及后處理等。在本次超前地質預報監測中選用GSSI SIR-3000探地雷達，在軟件方面選用RADAN6.0系列雷達軟件。RADAN6.0軟件可以針對各類地質異常情況進行多道平均、同相軸追蹤、信號偏移、希爾波特變換、褶積與反褶積的濾波變換、傅立葉變換以及強制增益變化等一系列的手段，可以最大程度的保證資料處理的可辨讀性。采集的數據圖像如圖5所示。

對圖5分析可知，YK19+930前方30m巖性為中風化含角礫凝灰巖，淺灰黃色，巖質堅硬，發育少量陡傾緊閉節理，巖體較完整-完整。該段地下水主要為基巖裂隙水，賦存于裂隙內，水量貧乏，由大氣降水補給，水文地質較簡單。

①YK19+930～YK19+920（10m）本段區域地震波反射波較明顯，結合掌子面圍巖情況及設計圖紙可知，圍巖自穩能力較差，圍巖結構較不穩定，無支護狀態下易出現拱頂掉塊或小型坍塌等現象。施工過程中應嚴格控制施工進尺、及時支護，嚴格按照設計要求進行施工。圍巖預測分級V級（設計基本分級V級）。②YK19+920～YK19+900（20m）該段區域內電磁波反射相對較弱，預計該段圍巖完整性較前段有所增強，節理發育情況參照當前掌子面，應依照設計要求進行施工。現場判定圍巖級別為V級（設計圍巖級別為V級）。

3? 結語

①通過爆破振動測試可知：在本次爆破用炸藥量情況下，不會對所測隧道造成結構損傷。②通過超前地質預報測試可知：YK19+930前方30m巖性為中風化含角礫凝灰巖，淺灰黃色，巖質堅硬，發育少量陡傾緊閉節理，巖體較完整。該段地下水主要為基巖裂隙水，賦存于裂隙內，水量貧乏，由大氣降水補給，水文地質較簡單，與設計資料相符。

參考文獻：

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