傅江華

摘 要：在不良地質(zhì)突出的地段進行爆破作業(yè)時，爆破振動是影響工程安全的重要因素。文章通過對宜萬鐵路新增排水支洞爆破施工對相鄰運營隧道的振動速度和應(yīng)變影響進行監(jiān)測與分析，研究運營隧道振動速度與應(yīng)變隨著排水支洞爆破施工的變化規(guī)律，結(jié)果表明，運營隧道振動速度與排水支洞爆破單次爆破進尺密切相關(guān)，應(yīng)變則隨著爆破次數(shù)的增加而小范圍波動。

關(guān)鍵詞：鐵路;運營隧道;排水洞;爆破振動

中圖分類號：U455.41

0 引言

在隧道工程建設(shè)中不良地質(zhì)往往是影響工程安全的重要因素，宜萬鐵路是一條典型的穿過大量不良工程地質(zhì)的既有運營鐵路隧道，其處于巖溶地區(qū)，受地質(zhì)構(gòu)造影響顯著，具有高水壓、巖溶水豐富、溶洞發(fā)育等特征，因此，宜萬鐵路需通過排水支洞進行排水。在宜萬鐵路云某Ⅰ、Ⅱ號運營隧道新增排水支洞工程中采用鉆爆法施工，但鉆爆法施工在高效開挖巖體的同時也會帶來問題，例如，其引起的隧道塌方以及大變形事故比較多。另外，對于爆破振動激勵下的地震波傳播方式以及衰減規(guī)律，目前還無法從理論上給出統(tǒng)一認(rèn)可的公式，因此，在每次爆破施工過程中，獲取第一手真實準(zhǔn)確的爆破地震波數(shù)據(jù)尤為重要。爆破造成的事故具有突發(fā)性、復(fù)雜性和毀滅性，有的事故原因是邊坡巖石在爆破動力作用下沿原生節(jié)理面與母巖分離，巖石在自身重力作用下失穩(wěn)向坡外滑出。因此，如何控制施工過程中的爆破振動強度并及時反饋，對保證施工安全順利進行有著十分重要的意義。

1 排水支洞爆破施工

1.1 爆破器材

新增排水支洞爆破施工主爆藥采用2號巖石乳化炸藥，規(guī)格為32 mm×250 mm。使用乳化炸藥時，采用20 mm低爆速光爆藥卷。掏槽孔、輔助孔、周邊孔均采用連續(xù)裝藥，各孔采用底部起爆形式，即先裝入反向裝藥起爆藥卷，起爆藥卷和所有藥卷的聚能穴朝向孔外，起爆雷管采用1～20段的毫秒導(dǎo)爆管雷管。

1.2 爆破參數(shù)

恰當(dāng)合理的爆破參數(shù)不僅能夠保證每次爆破進尺，而且能夠很好地控制爆破振動強度，保證鄰近運營隧道的安全。為盡量減少對已有運營隧道的多次擾動，新增排水支洞開挖采用光面爆破，以減輕爆破對周邊的擾動，控制超欠挖。光面爆破的主要參數(shù)有周邊孔的間距、光爆層的厚度、周邊孔密集系數(shù)、周邊孔的線裝藥密度等。光面爆破參數(shù)通過試驗確定，并根據(jù)現(xiàn)場爆破效果不斷進行調(diào)整，其典型全斷面開挖施工炮孔布置示意圖如圖1所示（圖中1～11為炮孔段別編號），具體參數(shù)如表1所示。

2 爆破振動監(jiān)測與控制

2.1 運營隧道振動速度監(jiān)測

本次爆破振動速度監(jiān)測采用泰測科技Blast-NET型爆破測振儀，Blast-NET型爆破測振儀采樣速率最高可達(dá)10 k次/s，可測頻率范圍為5～300 Hz，測量振動速度范圍為0.001～35 cm/s。該測振儀通過數(shù)據(jù)傳輸線與傳感器連接，并將傳感器收集的振動信號通過電子轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并保存。爆破振動數(shù)據(jù)通過無線路由器直接上傳至專門的服務(wù)器并可遠(yuǎn)程下載，通過專業(yè)的振動分析軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析，以及波形顯示輸出。

2.1.1 監(jiān)測點布置

本次爆破施工的新增排水支洞位于運營隧道側(cè)上方，因此爆破振動速度傳感器固定在運營隧道迎爆側(cè)（靠近爆源一側(cè)）邊墻拱肩處，見圖2。

圖3為Ⅰ號運營隧道振動速度監(jiān)測點示意圖，Ⅰ號運營隧道爆破振動速度監(jiān)測長度為211 m，以新增排水支洞與Ⅰ號運營隧道交點為起點，向兩側(cè)以30 m為間隔布置測點，共布置7個測點。由于新增排水支洞長度較小，整個排水支洞施工期間，爆破振動速度測點位置始終不變。

2.1.2 爆破振動分析

圖4給出了新增排水支洞爆破引起的Ⅰ號運營隧道典型爆破振動速度波形，由圖4可見，爆破引起的隧道振動速度波形明顯分成6個區(qū)段，段與段之間的時差越來越大，這表明爆破施工很好地避免了不同區(qū)段振動波的疊加增強。

圖5給出了2018年1月—4月I號運營隧道爆破振動速度監(jiān)測結(jié)果，體現(xiàn)了每日最大振動速度值與其對應(yīng)的單次爆破進尺之間的關(guān)系。由圖5可知，爆破振動速度的峰值通常隨著爆破進尺的增加而增大，4個月的施工中共有3次振動速度超過控制值5 cm/s。

2.2 運營隧道應(yīng)變監(jiān)測

本次運營隧道應(yīng)變監(jiān)測采用HC-9000型振弦式應(yīng)變計，該應(yīng)變計適合長期埋設(shè)在水工建筑物或其它混凝土結(jié)構(gòu)物（如梁、柱、樁基、擋土墻、襯砌、墩以及基巖等）中，通過應(yīng)變測量測得運營隧道在爆破振動荷載下的應(yīng)變（應(yīng)力）值。應(yīng)變計及埋設(shè)示意圖如圖6所示。

2.2.1 監(jiān)測點布置

根據(jù)本工程的特點，在運營隧道Ⅲ級圍巖施工段內(nèi)布置混凝土應(yīng)變計，對新增排水支洞爆破施工引起的運營隧道應(yīng)變進行測量。應(yīng)變計安裝位置與振動速度測量一樣，設(shè)置在運營隧道迎爆側(cè)邊墻處（圖2），并沿隧道每30 m布置1個測量斷面，根據(jù)施工需要在施工過程中進行轉(zhuǎn)移，例如，排水支洞每爆破進尺30 m，監(jiān)測人員進入運營隧道將4號測點移動至1號測點前方30 m處，以確保Ⅲ級圍巖施工段爆源始終位于監(jiān)測長度范圍內(nèi)。圖7為Ⅱ號運營隧道應(yīng)變測點布置示意圖。

2.2.2 應(yīng)變分析

圖8給出了新增排水支洞爆破引起的Ⅱ號運營隧道應(yīng)變測量結(jié)果，由圖8可以看出，各測量斷面處的監(jiān)測點應(yīng)變在新增排水支洞爆破施工過程中均較小，最大應(yīng)變值為2.124 με，最小應(yīng)變值為-2.099 με，這表明新增排水支洞爆破施工對運營隧道的應(yīng)變影響較小。

3 結(jié)束語

宜萬鐵路新增排水支洞爆破施工時對既有運營隧道進行的振動監(jiān)測分析，很好地反饋了新增排水支洞爆破施工對既有運營隧道振動速度與應(yīng)變的影響，對施工單位及時優(yōu)化爆破參數(shù)起到了至關(guān)重要的作用。新增排水支洞爆破施工引起的運營隧道振動速度與應(yīng)變通常與新增排水支洞每次爆破掘進進尺密切相關(guān)，隨著新增排水支洞爆破掘進進尺增加，運營隧道振動速度與應(yīng)變也隨之增加。因此，合理控制新增排水支洞爆破掘進進尺，能夠很好地控制爆破振動對既有運營隧道的振動影響。