巖溶地區隧道爆破振動監測與分析

馬維文 曾德榮 蘇航

【摘 要】在試爆時對選定的幾個特殊點進行爆破振動監測，并采用薩道夫斯基公式對采集的監測數據進行計算，將計算結果與理論值進行比較，從而分析在巖溶地區爆破振動實際取值與理論值的差異，提出在巖溶地區隧道施工時爆破振動理論值的取值修正方案以及施工中應注意的相關問題。

【關鍵詞】巖溶地區；爆破振動；計算分析

Blasting Vibration Monitoring and Data Analysis of Tunnel Construction in Karst Areas

Ma Wei-wen，Zeng De-rong，Su Hang

（Chongqing Jiaotong University Chongqing 400074）

【Abstract】When explosion，monitoring the blasting vibration at some special points that selected，and using Sadaovski-Formula to calculate the collected data.Comparing the calculated result with the theoretical data，and analyzing the difference between the actual result of blasting vibration in karst areas and the theoretical data，in order to propose modification of theoretical predictive value of blasting vibration and some construction precautions when constructing tunnel in karst areas.

【Key words】Karst areas；Blasting vibration；Calculation and analysis

1. 引言

目前，在隧道的施工建設中，由于具有較強的適應性以及較低的開挖成本等特點，鉆爆法仍然是隧道掘進的主要手段，特別對山區隧道更是如此。但是爆破開挖一方面會對隧道圍巖，特別是軟弱圍巖的穩定性產生明顯的破壞，這將直接影響隧道施工及運營期間自身的安全穩定；另一方面，爆破開挖會產生爆破地振動效應，引起地表和其他既有的建筑物、構筑物不同程度的破壞。因此，為了確保工程順利進行，降低爆破公害，需要建立工程爆破振動控制與監測系統。

圖1 振動測試系統示意圖

2. 隧道爆破監測

2.1 工程概況。

（1）雙碑隧道工程位于重慶市沙坪壩區，全長4.373Km，穿越中梁山，沿線經過西永鎮，歌樂山鎮和雙碑街道。隧道設計左右線采用分離式雙洞單向三車道，隧道進口位于沙坪壩區西永鎮香蕉園村，地形坡角15°～20°。隧道出口位于重慶二鋼廠耐火分廠十二車間附近，地形坡角20°～25°。兩隧道線路測設計中線間間距為20m，為小凈距隧道。隧道開挖采用光面爆破或預裂爆破技術掘進。

（2）隧道穿越的觀音峽背斜兩翼的三疊系雷口坡組和嘉陵江組地層巖溶和地下水較發育，同時，本隧道所穿越的中梁山地表水庫、泉眼、魚塘、農田、溶溝、溶槽密布，且地表、地下水力聯系十分復雜，隧道施工至上述地層時，可能遇到突水、突泥、地表水大量泄漏等施工安全風險和引發環境災害等問題。

（3）隧道地表村鎮和民居密布，隧道施工過程中地表水大量泄漏，爆破開挖時地表震感明顯，部分位置地表出現輕微沉降現象，上述問題對居民的日常生活以及對地表各建筑構筑物的安全產生了一定的影響。

2.2 儀器選擇。

（1）本次監測采用了由IDTS3850型振動測試儀、IDTS385 Seismograph軟件、計算機、打印機等組成的測試系統（如圖1）。

（2）本儀器具有便于攜帶，分辨率高等特點，其最小分辨振動達到 0.0016cm/s，讀數精度達到0.5%，能有效監測遠離爆破源的振動信號，近年來在爆破振動監測中得到廣泛的應用。其數據記錄為三維振動同步記錄，拾振器1、拾振器2、拾振器3分別測量振動速度的水平徑向分量Vr、水平切向分量Vτ和垂直分量VZ（速度傳感器指標見表1）。

2.3 測點布設。

原則上監測點布置在位于隧洞拱頂上方及兩側的學校、居民房、道路及附屬建筑物、企事業單位等的建構筑物所在地地表面。在本隧道爆破開挖過程中，由于具有溶洞等不良地質，存在地表水大量泄漏，部分地段地表出現沉降等現象，因此，為了減輕及控制爆破開挖對地表產生的不利影響，在測點的布設時按照“在隧道掌子面正上方作為監測主要觀測點，對地表重要居民區個別建構筑和發生了地質災害的不良地質區進行監測”的原則進行布點，隧道爆破施工時，對各個監測點同時進行監測，并進行現場采樣記錄（見圖2），分析振動效應。

3. 數據采集與分析

3.1 公式選用。

依據《爆破安全規程》規定，爆破振動監測相關系數一般采用 M.A薩道夫斯基公式計算：

V=K3QRα

其中，R為爆破時觀測點距爆源中心點的距離；Q為單響炸藥用量；V為觀測點振動速度；K、α為與爆破點地形、地質條件、爆破方式等有關的系數和衰減指數。

3.2 數據采集分析。

（1）爆破形式、地質和場地等外部條件對爆破振動速度影響較大，結合工程地質勘察資料（雙碑隧道所通過地層巖屬中硬巖石），K及α取值范圍分別為150～250、1.5～1.8。本文以M.A薩道夫斯基公式為基礎，在試爆時對地表沉陷處、拱頂正上方等測點進行實地測量，以M.A薩道夫斯基公式對觀測點振動速度最大值與最小值進行理論計算，即：

Vmax=250×3150R1.5；

Vmin=150×3150R1.8

（2）對理論計算值與實際測量值的進行比較，此次爆破施工共進行了4次監測。選擇有代表性的3組數據進行分析。分析結果如表2，表3。

4. 結論

（1）通過理論計算值及現場測量值對比分析，根據《爆破安全規程》（GB6722-2003）的規定，實際爆破振動速度均小于控制值2.0cm/s，且落在理論計算的區間范圍之內。

（2）爆破中測得的實際振動值均靠近計算最大值，在地表發生沉降處尤其如此，因此在巖溶地區進行爆破施工時，可以考慮按照振動速度最大值計算式（即取值k=250，α=1.5）來計算炸藥用量、振動速度等相關指標，并適當降低特別是控制掏槽眼一次起爆的最大裝藥量，以使質點的振動速度減小，達到安全施工的目的。

（3）在本工程中，施工過程中地表水的大量流失對地表發生的沉降產生了一定的影響，因此在巖溶地區進行隧道施工時，不但要對地表重要監測點進行大量振動監測，對地表水的大量泄漏問題也應引起足夠的重視并盡可能采取有效的措施進行控制。

參考文獻

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