爆破施工引起的既有隧道振动监测与控制技术

(1) V=K R 式中，V 为质点振动速度（cm/s） ，K 为与爆破场地
Q1/3

之间的高差（m） ，L 为爆破中心与监测测点之间的水平 距离（m） 。 3.2 回归结果分析 采用上述公式对监测数据进行回归分析可以得出公 式中的参数，用来指导爆破参数的设计和优化，控制爆 破振动速度。 对雅山隧道左洞爆破振动监测数据进行回归分析可 求得：K = 62.13， = 1.132， = 0.325，因此，可得到雅 山隧道左洞爆破振动速度经验公式，如式 (3) 所示： Q1/3 1.132 Q1/3 0.325 (3) V = 62.13 H L 同样，对雅山隧道右洞爆破振动监测数据进行回归 分析可求得： K = 75.63， = 1.306， = 0.473，因此可得 到雅山隧道右洞爆破振动速度经验公式，如式 (4) 所示：
表2 雅山隧道右洞爆破振动监测结果
–1
测点 最大速度 /cm · s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

相应时间 /s 0.221 0.846 0.510 0.317 0.024 0.009 0.021 0.168 0.025 0.067
情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，爆破施工技术是 对隧道施工进度的有力保证。在隧道爆破施工过程中不 可避免地会遇到爆破产生的动荷载，特别是在一些间距
收稿日期：2014-04-09 作者简介： 高峰 (1972-)，男，汉族，河北省迁安县人，大学 桥梁隧道施工管理。
本科，乌鲁木齐市市政工程建设处高级工程师，主要研究方向： 新建隧道在爆破开挖过程中不可避免地会产生振动。这
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相应频率 /Hz 47.8 35.5 66.0 51.0 44.6 32.3 47.8 20.7 18.5 39.4
条件有关的系数，Q 为最大段装药量（kg） ，R 为安全距 离（m） ， 为与岩层性质、地质条件等因素有关的系数。 式 (1) 在预测中考虑了传播介质条件、炸药量和爆破 中心距测点的距离等主要因素，但忽略了测点距爆破中 心的高差、距离及爆破振动主频等因素，而这些因素在 某些特定条件下也是影响质点振动速度的主要因素。由 于各测点之间的高差不在 0.5 ～ 1.5 m 范围内，因此，就 需要考虑高差对地震波传播的影响 [6-7]。在隧道开挖爆破 施工中，为了使爆破振动预测更准确符合实际情况，在 质点振动速度预测公式中应增加高差影响系数，将萨道 夫斯基公式进行修正，如式 (2) 所示 [8]：
Vibration Caused by Blasting Construction both Tunnel Monitoring and Control Technology
GAO Feng (Urumqi Municipal Engineering Construction Management Office, Urumqi 830092, China) Abstract: When the new tunnel is constructed near the existing tunnel, the vibration induced by the new tunnel blasting construction could endanger the safety and stability of the existing tunnel. Based on the Yashan tunnel of Wulumuqi outer ring road expansion project, the vibration monitoring method and controlling technique are studied in the process of the tunnel blasting construction. The mathematical model of the spread of blasting vibration induced by tunnel excavation is established via the regression analysis for the monitoring results on blasting vibration. At the same time, combined the blasting excavation construction of the tunnel, the controlling technique measures of blasting vibration are put forward from the choice of the reasonable blasting charge quantity, cut pattern, blasting parameter, blasting order, geologic condition and propagation distance. The achievement results could provide valuable reference to parameter optimization of blasting construction and safety construction for the new tunnel, and at the same time play an important role in assuring the safety of the existing tunnel. Keyword: Tunnelling; Blasting vibration; Dynamic response
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。其强度和破坏效应虽远小于天然地震
的振动，但若没有严格的控制措施和降振措施，会对既 有隧道的围岩稳定和支护变形产生较大的影响，严重影 响隧道安全。因此，在隧道开挖施工时，应加强对爆破 振动的监测和研究，以采取有效的技术措施控制爆破振 动强度，维护既有隧道的安全和稳定。
1
工程概况
乌鲁木齐市外环快速路扩容改建工程雅山隧道位于
相应频率 /Hz 56.5 49.3 11.4 52.7 33.0 33.2 32.3 67.0 35.9 85.2
3
爆破振动监测回归分析
回归数学模型 根据我国《爆破安全规程》 （GB6722-2003）及国内
爆破振动监测测点的布置一般采取跟踪监测为主， 3.1 在具体的爆破振动监测过程中，同一个测点布设水平向
表1 雅山隧道左洞爆破振动监测结果
测点 最大速度 /cm · s–1 相应时间 /s 1.36 1.48 1.04 1.51 2.34 2.41 1.86 1.53 3.95 3.12 0.064 0.161 0.185 0.180 0.020 0.017 0.087 0.203 0.036 0.029
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外的一些研究成果，爆破振动传播与衰减规律普遍采用 萨道夫斯基的经验公式，如式 (1)[4-5] 所示： Q1/3 Q1/3 (2) V=K H L 式中， 为高差影响系数，H 为爆破中心与监测测点
雅玛里克山的东北端，铁路隧道的东侧，穿越雅玛里克 山的路线分别与南梁坡路和宝山路相衔接。隧道洞身埋 深较浅，两隧道均为单向双车道，分东西两洞，东洞最 大埋深约 51 m，西洞最大埋深约 58 m。东洞起讫桩号为 K0+637.1 ～ K1+088.9，全长 451.8 m，西洞起讫桩号为 K0+608.6 ～ K1+ 058.98，全长 450.3 m。两洞中心线间 隔直线段为 40 m，两洞隧道路面横坡度均为 2%，纵向 坡度成人字形，上坡 2.15%，下坡 1.6%。隧道防排水采 用 EVA 高分子防及无纺布相结合的防水方法。隧道初期 支护采用钢筋网及喷射混凝土支护，二次衬砌采用模筑 混凝土的方法，隧道内壁装饰采用烤瓷漆进行粉刷。
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比，爆破振动具有振动幅值大、频率高、衰减快和持续 时间短等特点
[2-3]
和竖直向传感器，然后与爆破振动记录仪相连，当爆破 振动传递到测点时，振动记录仪将自动记录信号。爆破 振动监测测点布置在隧道的迎爆一侧紧贴侧壁的地面上， 为了准确测出爆破振动速度随距离的衰减规律，每次测 点都设置在离爆源不同距离处，在布设测点时，将 L20 型智能爆破测振仪固定在预埋件上。爆破振动记录仪可 自动记录测点 3 个方向的振动速度分量，图 1 是雅山隧 道爆破振动监测系统连接示意图。
爆破振动记录仪自动记录爆破振动速度，分析振动波形
和振动衰减规律，测量测点 3 个方向的振动速度分量。 图 2 和图 3 分别是雅山隧道左右洞典型的爆破振动速度 通过爆破振动监测，了解爆破对临近隧道的影响大小， 波形图。 判断临近隧道的安全和稳定，同时为新建隧道爆破参数 优化及安全施工提供参考依据。具体监测步骤如下： （1） 每轮施工爆破前收集该轮爆破的装药参数、地质 情况，填好施工参数表格，并明确爆破时间； （2）根 据 施 工 参 数 选 择 监 测 仪 器 参 数， 于 爆 破 前 40 min 进入测点现场，布设好监测网络，爆破前 20 min 监测一次环境振动，爆破期间全程记录该轮爆破的时程 曲线； （3） 利用专用分析软件取得该次爆破各测点不同段别 的振动峰值时刻、最大峰值振动强度、主振频率及最大 合振动强度； （4） 将施工参数、测点参数、仪器参数、数据处理结 果集中填写爆破振动测试记录表，并提出降低振动强度 的技术措施，优化施工参数。 2.2 监测测点布置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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引言
隧道在开挖过程中应用最为广泛的矿山法，在多数
很小的隧道；同时，这种主要由周边眼的爆破作用引起 的现象也使得隧道周边围岩产生一定范围的松动区，称 为周边控制爆破的松动效应，其结果是在隧道周边形成 一个与断面几何形状及爆破方法有关的围岩破碎带。显 然，减小周边控制爆破的松动效应，使破碎区与既有隧 道的塑性区保持一定距离，对于维护既有隧道安全及围 岩稳定是十分重要的 [1]。 随着交通压力的增加，许多既有的隧道工程已不能 满足现有的交通要求，在既有隧道附近修建新的隧道时， 种爆破振动效应是由爆破地震波引起的，与天然地震相
图1
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雅山隧道爆破振监测系统连接示意图
2
2.1
爆破振动监测
监测仪器和方法 采用 L20 型智能爆破测振仪固定在预埋件上，通过
2.3
监测结果 根据每次爆破断面的推进，振动监测测点的位置也
相对变化。每次放炮后进行监测，雅山隧道左洞监测 241 次，右洞监测 249 次，共监测 490 次。表 1 和表 2 分别 是雅山隧道左右洞爆破振动监测获得的部分测点数据，
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爆破施工引起的既有隧道振动监测与控制技术
□ 高 峰 （乌鲁木齐市市政工程建设处，乌鲁木齐
摘
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要：在既有隧道附近修建隧道时，新建隧道爆破开挖引起的振动会对既有隧道的安全和稳定
产生重大影响。结合乌鲁木齐市外环快速路扩容改建工程雅山隧道，研究隧道爆破施工过程中的振动 监测方法及控制技术，通过对爆破振动监测结果的回归分析，建立隧道爆破施工振动传播的数学模型， 并结合该隧道爆破开挖施工，从爆破药量、掏槽形式、爆破参数、起爆顺序、地质条件和传播距离等 方面提出隧道爆破施工振动控制技术。研究成果可为新建隧道爆破施工参数优化及安全施工提供参考 依据，同时为保证既有隧道安全起了重要作用。 关键词：隧道；爆破振动；动力响应 中图分类号：U452 文献标识码：A 文章编号：1671-3400(2014)07-0175-04