錨碇隧道掘進爆破的圍巖震動效應實驗研究

李鵬川

（四川省機場集團有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

隨著公路隧道建設的發展，開挖爆破的震害影響日益受到人們的關注。諸多學者對隧道爆破的震動效應進行了研究，其成果主要體現在：一是通過數值模擬得到爆破對圍巖擾動范圍，對比各種工法對隧道圍巖的擾動影響[1]；二是分析圍巖等級、凈距及支護結構等因素對圍巖的震動效應影響[2]；三是以振動監測為依據提出控爆降震措施[3]。這些成果豐富了隧道抗震設計理論，對隧道爆破施工有指導意義，但針對錨碇隧道卻鮮有報道。

錨碇隧道作為重要承力構件，爆破后的圍巖穩定性關系懸索橋的使用安全和壽命。尤其是錨碇隧道的小凈距段，隧道斷面大，中隔巖墻厚度小，如何確保在合理的施工效率前提下消除爆破的震害影響是施工面臨的重要矛盾之一。要解決這一矛盾，首先需弄清楚開挖爆破對中隔巖墻的振動特性。

本文以雅康高速興康特大懸索橋錨碇隧道為背景，進行掘進爆破的圍巖震動效應實驗，通過監測不同位置的振動速度，研究其振動特性及變化規律。

1 工程概況與爆破方案

1.1 工程概況

現場實驗選在雅康高速興康特大懸索橋錨碇隧道工點進行，該橋位于四川省瀘定縣瀘橋鎮境內，主橋總長1100m，供主橋承力的錨碇隧道分左右兩線，左線長159.5m，右線長157.5m，左右兩線的最小凈距為9.7m。隧道斷面逐漸變大，最小斷面尺寸為6.4m×6.6m，拱頂半徑3.2m，仰拱半徑為4.64m；最大斷面尺寸為17.1m×18.37m，拱頂半徑8.55m，仰拱半徑為12.4m。

隧道圍巖等級為IV～V 級，巖性以中風化、強風化閃長巖和蝕變二長花崗巖為主。巖體破碎，呈混合巖化特征，節理裂隙較為發育，開挖穩定性較差。

1.2 爆破方案

為減弱爆破震動效應，隧道分三臺階開挖，即上臺階掘進爆破，中、下臺階拉槽爆破。已有成果[4]表明掘進爆破的震動效應大于拉槽爆破，實驗重點研究上臺階掘進爆破的震動效應。上臺階采用楔形掏槽爆破方案，單循環進尺為2.0m，掘進孔孔距控制在0.9～1.2m，排距控制在0.8～1.1m。周邊孔采用光面爆破，孔距保持在0.5m 左右，其與最外層掘進孔的間距保持在0.7m 左右。

2 現場爆破實驗及結果分析

2.1 爆破實驗方案

隧道掘進爆破產生的最大振動速度大多出現在臨近隧道迎爆側的拱腰位置，因此，現場實驗以后序洞掌子面為中心，在先序洞迎爆側拱腰位置沿隧道軸線布設5 個測點，其布置形式如圖1 所示。

圖1 振動速度測點布置圖

為對比分析中隔巖墻的振動特性，選取三個不同掌子面進行爆破實驗。第I次實驗掌子面距洞口45m，位于錨碇隧道非小凈距段；第II 次實驗掌子面距洞口75m，位于錨碇隧道非小凈距段與小凈距段的分界面；第III 次實驗掌子面距離洞口120m，位于錨碇隧道小凈距段。

2.2 振動監測及結果分析

現場采用TC-4850 爆破測振儀進行振動監測，選取第I 次實驗的振動速度波形如圖2 所示。波形均呈分段分布，掏槽孔、掘進孔和周邊孔爆破形成的地震波基本沒有疊加，且掏槽孔爆破產生的地震效應最強烈，周邊孔和底板孔爆破產生的地震效應最弱。

圖2 第I 次實驗測點0 的徑向振動速度波形

三次實驗的監測數據如表1 所示，每次實驗測得徑向振速均大于切向振動速度。對比三次實驗測點0 的徑向振動速度發現，相比第II 次實驗，第I 次實驗的徑向振動速度減小24.5%，第III 次實驗的徑向振動速度增加43.4%。由此說明，錨碇隧道施工至小凈距段后，爆破引起的振動強度增幅明顯，這與中隔巖墻厚度減小、隧道斷面增大密不可分。分析每次實驗數據發現，爆源前后各測點振動速度不斷減小，符合爆破地震波在巖體中的衰減特征。測點2 與測點-1 距爆源距離相等，但測點2 的振動速度約為測點-1 振動速度的1.42～1.89 倍，說明掌子面后方的振速衰減幅度大于掌子面前方的振速衰減幅度。造成這種差異的原因在于掌子面前方巖體質點振動主要由應力波引起，后方中隔巖墻存在地震波的繞射和反射現象。

表1 三次爆破實驗的振動速度峰值

3 結論

（1）錨碇隧道掘進爆破時，掏槽孔爆破產生的地震效應最強烈，周邊孔和底板孔爆破產生的地震效應最弱。

（2）錨碇隧道進入小凈距段施工后，掘進爆破引起的振動強度增幅明顯。

（3）錨碇隧道掘進爆破產生的地震波在掌子面前后中隔巖墻內發生不同程度衰減，掌子面后方的衰減幅度大于掌子面前方衰減幅度。