隧道爆破近区爆破振动测试研究_傅洪贤

摘要：隧道掌子面附近围岩的稳定性对施工人员和隧道自身的安全至关重要，实践证明，由隧道爆破远区振动数
据得出的围岩振动规律不适用于爆破近区。因此，测试隧道爆破近区围岩的振动、研究隧道掌子面附近围岩的振
动规律是隧道钻爆施工安全的重要保证。以贵阳—广州铁路棋盘山隧道为工程背景，在隧道掌子面后方隧道拱顶
5 m 范围的围岩内安装定制的速度传感器，测试隧道拱顶部位围岩的爆破振动速度；利用隧道中导洞的开挖，在
0.512
27
1.9
49.2
11
0.519
20
1.9
8.0
15
0.950
18
2.1
51.2
13
0.566
29
2.1
49.2
11
0.573
25
2.8
22.4
3
0.993
28
2.8
8.0
15
1.400
15
2.8
51.2
13
0.754
18
2.8
49.2
11
0.764
12
4.0
22.4
3
1.419
21
4.0
• 337 •
振动速度/(cm·s－1) 振动速度/(cm·s－1)
表 1 全断面爆破开挖参数 Table 1 Blasting parameters of full section of tunnel
炮眼类型 炮眼数量/个 眼深/m 单眼药量/kg 雷管段位 每段药量/kg
掏槽眼
12
5
3.0
1
36.0
收稿日期：2010–08–24；修回日期：2010–12–01 基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2009G005–C) 作者简介：傅洪贤(1966–)，男，博士，1990 年毕业于武汉钢铁学院采矿工程专业，现任副研究员，主要从事钻爆隧道方面的教学与研究工作。E-mail： fhxllj@163.com
15
8.0
三抬眼
10
4
2.0
9
20.0
二抬眼
11
4
2.0
11
22.0
底板眼
12
4
2.0
13
24.0
合计
142
247.6
时间/s
图 4 掌子面后方隧道拱顶围岩振动波形 Fig.4 Blasting vibration waveform of arch crown surrounding
rock behind tunnel face
3 隧道爆破方案及参数
棋盘山隧道试验地段围岩为 III 级，采用全断面 开挖方法，炮眼布置如图 3 所示，爆破开挖参数如 表 1 所示。
2 近区爆破振动测试方案
结合贵阳—广州铁路棋盘山隧道施工，对隧道 掌子面后方拱顶 5 m 范围内围岩的振速进行测试， 测试方案见图 1。利用中导洞开挖，测试掌子面正 上方及侧面围岩的振动速度，测试方案见图 2。
第 30 卷 第 2 期 2011 年 2 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.30 No.2 Feb.，2011
隧道爆破近区爆破振动测试研究
傅洪贤 1，赵 勇 1，2，谢晋水 3，侯永兵 3
(1. 北京交通大学 隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044；2. 铁道部工程设计鉴定中心，北京 100844； 3. 中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250014)
爆破部分
图 3 全断面炮眼布置示意图 Fig.3 Sketch of borehole distribution in full section of tunnel
4 隧道爆破近区振动规律研究
图 1 掌子面后方围岩振动测试示意图 Fig.1 Sketch of blasting vibration test of arch crown
扩槽眼 1
8
5
2.8
3
22.4
扩槽眼 2
8
5
2.6
5
20.8
扩槽眼 3
8
4
2.2
扩槽眼 4
8
4
2.0
7
17.6
9
16.0
扩槽眼 5
8
4
2.0
11
16.0
边墙周边眼 18
4
0.8
13
14.4
上崩落眼 1
4
4
1.6
9
6.4
上崩落眼 2
7
4
1.6
11
11.2
上崩落眼 3
8
4
1.6
13
12.8
拱顶眼
20
4
0.4
surrounding rock behind tunnel face
4.1 隧道拱顶部位振动测试及研究 在掌子面后方 5 m 范围内的隧道拱顶处进行了
3 次爆破振速测试，总共获得了 31 个点次的振动速 度。爆破振动的典型波形如图 4 所示，振动数据如 表 2 所示。
第 30 卷 第 2 期
傅洪贤，等. 隧道爆破近区爆破振动测试研究
中导洞掌子面正上方和侧面 2 m 范围的围岩内安装定制的速度传感器，测试掌子面正上方和侧面围岩的爆破振动
速度；研究隧道掌子面后方隧道拱顶、掌子面正上方和侧面围岩的爆破振动规律。研究成果对隧道钻爆施工具有
一定的指导意义。
关键词：隧道工程；爆破测试；振动规律；爆破近区
中图分类号：U 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2011)02–0335–06
0.9
51.2
13
0.242
29
0.9
49.2
11
0.246
44
0.9
8.0
15
0.450
17
1.3
8.0
15
0.650
37
1.3
51.2
13
0.350
35
1.3
49.2
11
0.355
32
1.5
51.2
13
0.404
35
1.5
49.2
11
0.409
29
1.5
42.4
9
0.430
29
1.9
51.2
13
(1)
式中：V 为拱顶围岩振动速度(cm/s)。
在测试近区爆破振动的同时，也对距掌子面
30 m 以外爆破远区的振动进行了测试，由远区振动
数据得出的振动规律[4]为
⎛ 3 Q ⎞1.13 V = 95.8⎜⎜⎝ R ⎟⎟⎠
(R2 = 0.41)
(2)
表 2 掌子面后方拱顶围岩振动数据 Table 2 Blasting vibration data of arch crown surrounding rock
behind tunnel face
测点到掌子 面距离/m
0.5
药量 /kg 51.2
雷管 段位
13
比例距离 /(m·kg－1/3)
0.135
振动速度 /(cm·s－1)
116
0.5
49.2
11
0.136
111
0.5
8.0
15
0.250
84
0.7
51.2
13
0.189
51
0.7
8.0
15
0.350
36
在分析研究爆破振动速度衰减规律时通常要利 用比例距离 ρ 这一变量，且 ρ = R / 3 Q ，其中，R 为测点到隧道掌子面的距离，Q 为产生爆破振动的 相应炸药量。掌子面后方隧道拱顶围岩爆破振动速 度与比例距离的关系(见图 5)可表示为
V
⎛ = 19.58⎜⎜⎝
3Q R
wenku.baidu.com
⎞0.62 ⎟⎟⎠
(R2 = 0.84)
Co.，Ltd.，Jinan，Shandong 250014，China)
Abstract：When a tunnel is constructed by blasting，the stability of surrounding rock near tunnel face is important for safety of builders and tunnel itself. It is testified that the blasting vibration rule obtained from area remote blasting source is not suitable for the area near tunnel blasting source. So it is necessary to test blasting vibration of the surrounding rock near tunnel blasting source and to study the blasting vibration rule. Based on Qipanshan tunnel of Guiyang—Guangzhou railway，the tailor-made blasting vibration sensors are disposed in the arch crown surrounding rock within the range of 5 m to test the blasting vibration velocity. Taking advantage of middle drift excavation，the tailor-made blasting vibration sensors are disposed in upper and side surrounding rocks within the range of 2 m to test blasting vibration velocity. The blasting vibration rules of arch crown and upper and side surrounding rocks behind tunnel face are studied. The study results can provide references for tunnel blasting construction. Key words：tunnel engineering；blasting test；vibration rule；area near blasting source
49.2
11
1.092
20
4.0
51.2
13
1.077
19
4.0
8.0
18
2.000
14
5.0
51.2
13
1.347
22
5.0
22.4
3
1.774
21
5.0
8.0
15
2.500
13
5.0
49.2
11
1.365
12
140
120
• 336 •
岩石力学与工程学报
2011 年
1引言
隧道钻爆施工过程中，爆破设计是决定掌子面 稳定的最重要因素之一。目前，隧道爆破设计主要 着眼于破碎岩石和周边眼光爆效果，很少顾及爆破 对围岩的损伤和掌子面附近围岩的稳定。但是隧道 爆破可能在围岩中产生相当大的冲击荷载，并在隧 道围岩中产生新的碎裂、位移、松垮，因此需投入 大量的支护费用。
目前，控制隧道爆破施工对围岩影响的方法是 测试爆破远区(距离掌子面 10 m 以外)围岩的振动， 研究并得出爆破振动规律，来控制隧道围岩的稳定。 G. L. Yang 等[1]指出，利用爆破远区振动数据得出的 振动规律来计算爆破近区振动，计算值与实测值相 差很大。张庆松等[2]也发现爆破近区质点振速不符 合由爆破远区振动数据得出的规律。近年来，由于 掌子面附近围岩过量爆破损伤，发生过多次掉块塌 落事故，对施工人员和设备造成较大伤亡和损失。
为解决上述问题，本文结合隧道的爆破施工， 对隧道掌子面后方 5 m 范围内的隧道拱顶围岩的振 动进行测试。同时，利用中导洞开挖，对隧道掌子 面正上方和侧方 2 m 范围的围岩振动进行测试，研 究并得出隧道爆破近区振动规律，对规程[3]中的爆 破振动计算公式，即萨道夫斯基公式，进行了补充 和完善。
传感器
中导洞
图 2 掌子面正上方和侧面围岩振动速度测试示意图 Fig.2 Sketch of blasting vibration test of upper and side
surrounding rocks of tunnel face
掌子面近区围岩振动速度大于常规速度传感器 的最大量程(35 cm/s)。因此，为了测试隧道爆破近 区围岩振动，需定制大量程速度传感器。由于生产 三向大量程速度传感器难度大且成本高，因此，本 试验定制了量程为 200 cm/s 的单向速度传感器，测 试围岩的法向振速，并给每个传感器定制了 60 m 的专用传输线。
STUDY OF BLASTING VIBRATION TEST OF AREA NEAR TUNNEL BLASTING SOURCE
FU Hongxian1，ZHAO Yong1，2，XIE Jinshui3，HOU Yongbing3
(1. Tunnel and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044， China；2. Appraisal Center of Engineering Design，Ministry of Railways，Beijing 100844，China；3. China Railway 14 Group