邻近既有公路隧道爆破振动衰减传播规律

邻近既有公路隧道爆破振动衰减传播规律
丁海洋;韩翔宇;郑军华;陈桥枫;杜飞天
【摘要】以杭金衢高速公路段新岭隧道扩建工程为背景,运用理论分析及现场监测等方法,分析隧道爆破施工振动对邻近既有隧道安全稳定的影响,总结推导爆破振动在地层中衰减传播的规律,确保洞室中施工作业的正常进行,并对爆破方案进行优化. 结果表明:(1)测点处水平径向即水平垂直于既有隧道方向峰值振动速度最大,明显大于Y和Z方向,监测时重点关注;(2)通过现场监测点收集的数据,运用理论分析手段推导出爆源,距离及炸药量和速度之间的关系,来优化爆破参数设计,同时为分析爆破振动衰减规律提供参考.
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2015(035)006
【总页数】4页(P142-145)
【关键词】爆破工程;爆破振动;衰减规律;测试
【作者】丁海洋;韩翔宇;郑军华;陈桥枫;杜飞天
【作者单位】浙江省交通规划设计研究院,浙江杭州310006;西南交通大学,四川成都610031;浙江省交通规划设计研究院,浙江杭州310006;西南交通大学,四川成都610031;浙江省交通规划设计研究院,浙江杭州310006
【正文语种】中文
【中图分类】U455.49
新岭隧道属于杭金衢高速公路扩建工程诸暨至萧山段，左洞隧道起讫桩号
ZK46+590至ZK47+950，长1 360 m，右洞隧道起讫桩号为YK46+606至
YK48+065，长1 459 m。

既有新岭隧道设计采用双向四车道的标准设计，单洞
行车道宽度2×3.75 m，单个隧道宽度10.75 m，净高5.0 m，隧道轴线走向160°，隧道最大埋深156 m，设计行车速度120 km/h。

新岭隧道为上、下行独
立分离式隧道，两隧道轴线间距为41.3 m，于2003年建成通车。

新建隧道左侧
进洞口距离原左侧隧道最近距离27.29 m，出洞口距离原左侧隧道最近距离35.62 m；新建隧道右侧进洞口距离原右侧隧道最近距离23.08 m，新建隧道右侧出洞
口距离原右侧隧道最近距离28.16 m,新建隧道与既有新岭隧道空间关系见图1。

由于新、老隧道间距离较小，老隧道在施工期间也将会保持营运状态，新隧道的开挖施工将不可避免地对老隧道的围岩稳定、结构安全及营运舒适产生极大影响。

目前我国山岭隧道基本采用钻爆法施工技术，施工过程中爆破发生的动力振动会在很大程度上影响既有运营老隧道围岩稳定和结构安全，甚至在施工中起到关键性的控制作用。

为此，必须对新建隧道对既有隧道的爆破振动影响以及衰减传播规律进行深入研究，以确定新老隧道结构安全。

为了研究分析爆破振动衰减传播的规律，以该项目为依托背景，在新建隧道爆破开挖过程中对既有新岭隧道洞室进行监测，通过记录分析爆破地震波的峰值速度、主频等参数，研究边坡爆破开挖对下方洞室安全与稳定的影响。

1.1 钻爆设计
以较为薄弱的Ⅴ级围岩隧道爆破施工进行说明，其他不做赘述。

施工钻爆设计每个循环0.6～0.8 m，采用平行空眼直线掏槽、光面爆破技术爆破，共分四部分施工，其炮眼布置见图2围岩掏槽孔布置见图3，Ⅴ级围岩开挖炮眼参数见表1。

1.2 爆破网络联接
隧道爆破主要是非电雷管起爆，通过导爆管引爆非电毫秒雷管而达到引爆炸药的目
的。

采用非电毫秒雷管脚线长7 m，有3 m在孔内，4 m在孔外，在网络联接时，考虑在半径3.5 m内的导爆管捆绑在一起后(大把抓)，并用非电雷管引爆。

同时考虑到Ⅲ级围岩爆破时孔数较多，为控制最大单响药量，需要较多的雷管段别，通常情况下的雷管段别不够，为此可专门订购DH-2或DH-3系列具有20个段位系列的雷管或用孔外接力的方式处理。

2.1 测点设置及仪器安装
根据新建隧道的爆破断面位置，初步估计对既有隧道的爆破影响范围，并在对应断面边墙处安设专用的爆破振动测试仪器，一般情况下采用多台(3～5台)等间距布置，这样可以得到衬砌爆破振动运动速度值，同时还可以确定影响范围。

观测时将仪器调整到采集状态，起爆时产生的地震波由起爆点向四周传播，这时在衬砌边墙上安置的爆破振动仪就会将振动波记录下来。

按照在爆破掌子面对应既有新岭隧道断面前后共3～5个断面进行监测的要求，测振仪布置情况如图4和图5所示。

2.2 测试结果及其分析
结合爆破振动理论[1-2]，对监测结果进行分析。

选取既有隧道现场采集到的典型
测点X方向的振速波形如图6所示，按振动波形经处理获得的振动数据见表2。

由于每次爆破的位置和药量在改变，而测点位置不变，因此爆区与测点之间的相对位置在变化，爆破地震波的传播途径及其经过的地层条件也在变化，使得最终测得的最大峰值振速也不同。

按线性回归分析方法[3-5]，根据前苏联学者萨道夫斯基经验公式
式中:V为峰值质点振动速度(cm/s)；Q为最大段药量(kg)；R为爆心距(m)；K和
α为回归系数，与地形地质条件及爆源类型有关。

对式(1)两边取对数可得：
令
得到：y=b+kx
基于最小二乘法原理分析可得：
式(4)中，；
联立式(4)和式(5)即可解得k和b，再将k和b代入到式(3)中可得衰减系数K和α。

结合对既有隧道连续监测到的爆破振动数据，利用最小二乘法原理对爆破峰值振动速度衰减规律进行回归分析，将水平X方向、水平Y方向和竖直Z方向的三个方
向峰值振动速度回归分析得到衰减系数与规律(表3)。

因此，可得出该工程地质条件下爆破振动速度沿不同传播方向的衰减规律：
通过回归分析计算可以看出，爆破振动速度从爆区向既有隧道方向传播的路径上的地形条件系数和地质条件系数均较大，这是由于传播路径上的岩层存在复杂的节理面以及地层裂隙发育，围岩较破碎的复杂地形地质条件决定的。

根据分析计算得到的衰减规律来预判爆破方案的是否合理以确保施工安全顺利进行。

(1) 随着爆区与测点的相对位置的变化，测点的三个方向的最大峰值振动速度之间的比值也在改变，且X方向即水平径向峰值振动速度最大；
(2) 爆破开挖对邻近既有隧道稳定性的进行监测分析，可以及时反馈工程中存在的问题，指导后续爆破开挖作业，确保周边邻近建筑物的安全与稳定；
(3) 通过数次的监测数据表明在现有爆破方案及装药量条件下，洞室是安全的。

虽然初步得到的振动速度传播规律不够完善，需要进一步研究探明，但为研究爆破振动衰减规律分析提供一定的参考。

【相关文献】
[1] 孟吉复，惠鸿斌. 爆破测试技术[M]. 北京：冶金工业出版社, 1992.
[2] 张雪亮, 黄树棠. 爆破地震效应[M]. 北京：地震出版社，1981.
[3] 汪旭光，于亚伦，刘殿中. 爆破安全规程实施手册[M]. 北京:人民交通出版社，2004.
[4] 汪旭光. 爆破设计与施工[M]. 北京：冶金工业出版社，2014.
[5] 顾毅成. 爆破工程施工与安全[M]. 北京：冶金工业出版社，2014.。