復線隧道施工爆破對既有隧道的影響

孔丙飛 范曉亮 卞澤光

摘 要：結合襄胡二線新劉家溝隧道實際工程，通過對既有花果隧道的四 次爆破振動測試分析及一次爆破驗證，說明爆破振動的參數設計是合 理的，質點的振動速度能夠客觀反映現場的地質狀況和衰減規律，新 建隧道施工爆破對爆心距最小的左邊墻影響最大。隨著測點與爆心距 的增大，質點振速衰減明顯，質點振動幅值依次減小。建議在新建隧 道洞口段進行分段爆破，限制每次爆破最大段裝藥量，以保證既有隧 道結構的穩定安全和正常運營。

關鍵詞：隧道工程;既有隧道;施工爆破;振動測試

1概述

爆破與天然地震對隧道的影響非常相似，作用過程也包括幾個主要階段，但就各自的特點而言，兩者有較大的區別。爆破的振動波高頻成分起著強烈作用（達 100 Hz），且作用持續時間較短，復線隧道施工爆破對既有隧道的破壞以體波破壞為主，而地震波作用下隧道的破壞則主要是低頻波，且作用時間長，因而兩者的破壞機理存在很大的差異，相應的計算方法也有很大的不同。

2復線隧道施工爆破對既有隧道的影響因素

復線隧道施工爆破對既有隧道的影響因素主要有爆源特性、地質條件、隧道特征等。由于這些因素的復雜性，使得這一問題的研究十分困難。

（1）爆源特性的影響

爆破對既有隧道的影響主要與炸藥及裝藥特性、起爆方法、爆破參數設計（孔間距、孔間延時、最小抵抗線）等有著密切的關系。對于大當量的爆破，爆壓力作用時間相對較長，波長也長;相反，小當量的爆破作用頻率高、波長短。因此，在同樣的巖體條件下，隧道周邊巖體中的應力波分布及效應均不相同。另外，對不同的掏槽方法、起爆順序、布孔形式等也有很大影響，如集中藥包起爆時，爆破質點振動速度與藥量的立方成正比;延長藥包爆破時，振速與藥量的平方根成正比;特別是對于多孔爆破，孔間延時對爆破震動影響較大。在微差爆破中，隧道周邊的應力集中因子隨延發時間的增大而減小。

（2）地質條件的影響

地質條件的影響主要為地質材料與地質構造。地質條件對爆破作用的影響程度起著非常重要的作用：一方面，決定了隧道自身的強度和穩定性：另一方面，爆炸應力波參數及應力波的傳播是巖石介質和爆源相互耦合的結果。應力波的大小是二者波阻抗的函數，特別是既有隧道至復線隧道間的地質構造（如斷層、軟如夾層等）會對應力波的傳播影響很大，從而極大地影響著隧道周邊的應力場。隧道圍巖的物理性質主要通過影響應力波的波速而起作用，波阻抗對隧道周邊的應力集中因子影響很大，且隨著波阻抗的增大，應力集中因子顯著降低。

（3）隧道結構特征的影響

從爆破破壞的特點上看，隧道的橫斷面形狀、被復材料、襯砌結構、與爆源的相對位置、與爆破應力波波一長的相對尺寸大小等都直接影響著洞壁周邊的應力分布。在其他條件相同的情況下，隨著隧道直徑的增大，迎爆一側主要是由于應力波的反射拉伸作用，其動應力集中因子增大：而背爆一側沒有明顯的變化。這說明在隧道直徑增大時，應力波的反射增強而繞射減弱，洞周最大應力集中因子隨隧道直徑的增大而減小。

3爆破振動傳播規律及影響分級

對于鉆爆法施工，最大段裝藥量及爆心距這 2 個因素很大程度上影響著爆破振動的傳播規律，下面將分別分析最大段裝藥量和爆心距對爆破振速的影響，并建立爆心距與最大段藥量影響分級。監測頻率變化范圍為 50 一 100 Hz，根據既有隧道安全狀況和其他學者相關研究成果，可以將爆破振動對隧道襯砌影響根據爆破振速分為如下 4 級：

爆破振速滿足v≤5 cm/s，爆破振動對襯砌結構基本無影響;

爆破振速滿足 5 cm/s≤v≤8 cm/s，爆破振動對襯砌結構有微影響，無安全隱患;

爆破振速滿足 8 cm/s≤v≤ 10 cm/s，爆破振動對襯砌結構有較大影響，有安全隱患;

爆破振速滿足v≥10 cm/s}爆破振動對襯砌結構有安全性影響，需采取減振措施。

4爆破減振措施

為了保證新建隧道周圍既有結構和人員安全，必須將爆破振動危害控制到允許范圍之內"因此爆破設計時需要考慮爆破振動對既有結構影響，施工過程中需要根據實測數據及時調整爆破參數，以保證既有結構的安全性能和實用性能"常用的減振措施主要包括以下幾個方面：

（1）開挖工法的選擇與優化。一般來說雙線隧道不僅在洞口段有最小凈距，洞口段圍巖條件也相對較差，為了保證新建隧道與既有隧道的安全，除了采取超前支護措施，做好仰坡維護，還需要盡量減少開挖斷面面積。因此洞口段可以采用分步開挖法施工，如臺階法、中隔壁法、側壁導坑法等，本工程進口端采用臺階法進行施工，減小了開挖面積的同時降低每次爆破裝藥量，因此也會降低了爆破施工對既有隧道的影響。

（2）分段起爆及單段裝藥量。前面已經討論，隧道爆破單段裝藥量對爆破振動有很大影響，因此對于分段數及單段裝藥量的控制能有效降低爆破施工對既有結構的影響。大量實踐證明爆破振動速度主要與單段裝藥量、爆心距及介質條件有關，在爆心距及介質無法改變條件下，認為控制最為有效的方法就是分段起爆和最大段藥量的控制。一般將一次爆破藥量分為多段毫秒延期起爆，可以使得爆破振動峰值減小為僅受單響最大藥量控制，這樣一次爆破規模以得到擴大但是不會產生超強振動。因此爆破中可采用增加雷管的段別，減少同段雷管起爆藥量來減小爆破振動。

（3）選擇合理的掏槽形式。掏槽是隧道爆破成敗的關鍵，同樣也是產生最大爆破震動速度的主要影響因素。為了達到減震的目的，根據巖石的性質，選擇合理的掏槽形式。如大斷面的隧道，可以選擇斜眼掏槽。斷面較小的隧道，可以選擇中空直眼掏槽。為了達到減振目的，一般選用楔形+密排監控眼混合掏槽法，即充分利用楔形掏槽的易拋擲和減振作用與貫通掏槽的臨空面來最大限度減小振動。

其它因素包括炸藥種類的選取、孔網參數的確定、鉆孔深度、間距以及起爆順序對爆破振動都會有較大影響。但是，值得注意的是，由于隧道工程長距離、小間距的特點，現場施工不僅要對爆破進行嚴格控制，還需兼顧施工單位因此所增加的成本，既要確保既有隧道的運營安全和新建隧道的施工安全，又要降低施工成本，保證正常的施工進度。

5結論

（1）根據以往研究成果，既有隧道結構受爆破施工影響最大部位在迎爆側，因此對于該隧道也選取迎爆側監測點進行爆破振動監測，采集不同爆心距及單段裝藥量條件下的爆破振速。對爆破數據進行統計與回歸分析，既有隧道結構絕大部分爆破振速均在規范允許值范圍內，爆破對于既有隧道的影響得到有效控制。

（2）通過薩氏公式振速衰減方程對爆破振動速度傳播規律進行分析，根據實際工程和現場監測數據并參考《暴破安全規程》，將爆破振動對隧道襯砌安全性影響根據爆破振速分為 4 級，分別為無影響區、微影響區、較大影響區及安全性影響區;同時分別對爆心距和最大段藥量的影響進行分析，同樣針對該隧道的工程實際情況進行影響分級。

（3）對爆破常用減振措施進行總結分析，該隧道主要通過開挖斷面優化、爆破合理分段及最大段裝藥量的控制降低了新建隧道對于既有隧道襯砌結構的影響。事實證明，控制措施效果明顯，有效降低既有病害隧道的安全隱患，并保證新建隧道的安全施工。

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