礦山法下穿既有線的爆破振動監測分析

唐明發

（中國鐵路南昌局集團有限公司廈門工務段，福建廈門 361000）

0 引言

鉆爆法因其廣泛的適用性和良好的經濟性而常作為山嶺隧道的開挖方式。但由于城市基礎交通的迅猛建設與地下空間的大量開發，新建隧道總處于復雜的周邊環境中，新建隧道上跨或下穿既有建（構）筑物的情況已然難以避免[1-3]。在此背景下，如何在采用鉆爆法的同時控制和減小對周邊環境的影響成為設計和施工過程中的一個重要問題。眾多研究人員已經從多個角度對新建隧道周邊環境的影響展開研究[4-7]。

1 工程概況

新建大帽山1、2 號隧道是福廈客專進島聯絡線的兩條單線鐵路隧道，該區域地表多為人工填土及第四季全新統沖洪積層，基巖主要為強風化凝灰巖及花崗巖。其中，1 號隧道先期施工長度445m，并在XLSDK2+090 處下穿既有動走2 線新劉塘1 號隧道，最小凈距8.3m。2 號隧道先期施工長度675m，并在XLXDK2+360 處下穿既有動走2 線新劉塘1 號隧道，最小凈距6.9m。新建隧道與既有隧道平面相對位置見圖1。

圖1 先期施工段隧道平面相對位置示意圖

由于下穿段隧道與既有線間距小，因此將橫距小于30m 區段劃定為控制爆破范圍，此處橫距指爆破點與既有隧道迎爆側外輪廓邊緣直線距離。1 號隧道控制爆破范圍對應圖1 中1-1 至2-2 截面，長度約132m，2 號隧道控制爆破范圍對應圖1 中3-3 至4-4截面，長度約127m。

2 下穿段施工與檢測方案

2.1 分段控制施工方案

在下穿段需要嚴格控制施工擾動以保障營業線安全，因此下穿段采用分段施工方案，具體分段方案見表1。

表1 爆破施工方案分段計劃

2.2 爆破方案

以臺階法進行開挖，采用數碼電子雷管進行控制爆破，輔以減震孔控制爆破振動，進而保障施工期間既有線運營安全。

以橫距小于11m 下穿段為例，該范圍內采用“控制爆破+減震孔+機械掏槽”的施工方案。采用臺階法施工，在上臺階原爆破掏槽區域，利用繩鋸設備切割出一塊長方體提供臨空面。上臺階炮眼增設68 個減震孔，均勻分布在距離開挖輪廓線內側60cm 處；下臺階采用單邊幅兩次施工。炮孔布置位置如圖2所示。

圖2 炮孔布置及起爆順序圖

2.3 監測方案

下穿段施工過程中，開挖與支護將產生卸載與加載過程，引起地層應力重分布，爆破施工將產生沖擊波與地震波，可能誘發地層變形或既有結構損壞。因此需要注意控制對既有營業線路的影響，在施工前需對既有鐵路隧道結構及設備的健康狀況進行調查，在施工過程中需按照安全評估意見對影響范圍內的鐵路營業線隧道、軌道等的狀態進行監測，其監測項目應包含隧道沉降、隧道收斂、爆破振動、異物侵限等。對應分段控制施工方案，同樣按照橫距設置分段監測方案[8-9]，具體監測方案見表2。

表2 監測方案分段計劃

3 監測結果分析與討論

由于爆破沖擊波在傳播過程中將最終衰減為地震波，而沖擊波在地層中的衰減過程受眾多因素影響，因此在大尺度范圍內研究爆破振速的擬合關系是不合適的。且既往研究表明，爆心距是影響爆破振速峰值的重要因素[10-11]。考慮到這一問題，選取新建隧道里程XLSDK2+048.8—XLSDK2+090.0 段爆破施工X2DK1+570.0 處測點爆破振速峰值為研究對象。該段長度約40m，且包含3 個橫距分段，滿足本文對于下穿段爆破振速峰值的研究需求。

將該里程段監測數據繪制為圖3 所示散點圖，其中橫軸為新建隧道當前掌子面所處里程，縱軸為既有動走2 線X2DK1+570.0 處測點測得爆破振速峰值。從散點圖分布可以看出，爆破振速峰值隨掌子面靠近監測點呈增長趨勢，且爆破振速峰值并未超過2.5m/s，滿足施工方案要求。

圖3 X2DK1+570.0 處測點爆破振速峰值

從圖3、圖4 可以看出爆破點與監測點距離和爆破振速峰值之間展現出一定規律性，因此本文提出以薩道夫斯基公式為理論基礎，將前期施工數據作為樣本，通過回歸分析得到薩道夫斯基公式中常數，并以其指導后續施工。經過回歸分析得到K=98，α=1.8，其均方根誤差RMSE=0.29，說明擬合效果較好。

圖4 爆破振速計算值與實測值對比圖

4 結論

本文介紹了新建大帽山隧道鉆爆法下穿既有動走2 線分段控制施工方案，通過分析實時振動監測數據，得到鉆爆法下穿施工對既有隧道的影響規律，主要結論如下。

其一，該工程以橫距為依據，采用分段控制施工方案、減震炮孔等措施減小爆破對既有線的影響。通過分析實時監測結果，驗證分段控制施工方案對爆破振動控制的有效性與適用性，可為同類工程提供參考。其二，通過新建大帽山1 號隧道里程XLSDK2+048.8—XLSDK2+061.7 段鉆爆法施工在既有動走2線處的爆破振動監測數據擬合薩道夫斯基公式，并通過該公式計算后續振動監測值，結果表明該公式可以有效地預測后續10m 范圍內的振速峰值。該爆破振動效應計算方法簡單，且具有一定精度。其三，當爆破里程超過XLSDK2+075.0 后，公式計算值與實測值產生較大偏差，經分析認為是由于公式缺乏對地表形態、地應力、施工方法的考慮。