新建隧道下穿既有緊鄰隧道爆破振速監測研究

陶永智 彭文祥 楊子凡 田 野

(1.中南大學地球科學與信息物理學院 湖南 長沙 410083；2.有色金屬成礦預測與地質環境監測教育部重點實驗室(中南大學) 湖南 長沙 410083)

一、引言

隨著我國城鎮化的不斷推進，城市地下空間的利用必須合理、高效，其中城市軌道交通扮演著越來越重要的角色。據國家統計局數據，截至2018年12月31日,中國大陸已有37座城市開通運營軌道交通線路,合計開通運營139條軌道交通線路,總運營里程達5539公里。同時，中國城市軌道交通在建線路達202條，分布在杭州、成都、廣州、北京等全國46座城市，在建總里程達5520.904公里。在我國城市軌道建設中，考慮施工技術及經濟效益等方面因素，新奧法是目前城市軌道交通隧道施工采用最主要的方法之一[1]。

為了城市地下空間能得到高效利用，意味著地下空間的開發會更加徹底，這也導致大量復雜工曠的涌現，例如越來越多新建隧道工程鄰近既有建(構)筑物、小凈距平行隧道、上下交叉隧道等形式的近接施工情況，如何保證近距離疊交施工情況下鄰近既有隧道的安全性，將是隧道施工中的重點與難點問題。遇到上述復雜工況時，信息化指導施工是維護隧道施工安全及周邊既有建(構)筑物穩定的必要手段，而爆破施工監測則是信息化施工的重要一環，其能直接反應隧道自身及周邊既有建(構)筑物的安全狀態，從而指導施工[2-6]。本文依托福州地鐵6號線蘆岐站-梁厝站區間礦山法隧道下穿既有出入場線隧道施工項目，結合現場施工爆破振動監測數據，分析新建礦山法隧道下穿既有緊鄰隧道爆破振動速度傳播規律。

二、工程概況

蘆岐站～梁厝站區間，上行線隧道起點設計里程為SK4+142.398，終點設計里程SK6+718.493，上行線區間隧道長度為2579.255m，其中礦山法段為SK4+416.130～SK5+802.000，全長1385.870m；區間下行線起點設計里程為XK4+142.398，終點設計里程XK6+717.233，下行線區間隧道長度為2584.045m，其中礦山法段為XK4+416.130～XK5+777.000，全長1360.870m。

蘆岐站～梁厝站區間下穿段與既有出入場線隧道關系位置圖見圖1。針對蘆岐站～梁厝站區間礦山法區間隧道下穿既有出入場線隧道，本文研究對象為擬建區間上行線平行下穿既有入場線隧道，其中下穿段出入場線隧道二次襯砌支護已完成，平行下穿段里程為SK4+416～SK4+560，下穿長度為144m。上行線下穿段與既有入場線最小豎向間距為3.49m，既有入場線與地面最小豎向間距為8.53m；下穿入場線段隧道拱頂上覆素填土、全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖、中風化花崗巖(出入場線拱頂上覆中風化花崗巖約5.5m)，下穿中風化花崗巖，下臥中風化花崗巖。

圖1 擬建蘆梁區間隧道與既有出入場線隧道關系位置圖

三、現場監測

(一)爆破振動監測方案

目前國內外隧道爆破施工多采用質點爆破振動速度作為衡量既有建(構)筑物受影響的主要物理量[7]。本項目爆破振動速度監測儀器主要為TC-4850型爆破測振儀，儀器標稱精度為±0.01Hz。采用智能爆破測振儀對距爆破施工隧道掌子面100～150m的監測范圍內建(構)筑物直接測定。在區間隧道掘進的過程中，做到每炮必測，在爆破振動監測期間加強周邊建(構)筑物的巡視。爆破振動測試方法主要為質點振動速度的豎直Vz、徑向Vt和切向Vr三個分量。本文研究對象主要為既有入場線隧道，故而關注的爆破振動監測點位主要布設于既有入場線隧道處，點位布設原則為距離爆破掌子面水平距離分別為6m、12m、18m、28m以及38m處各布設一個。

(二)監測結果

因在爆破掌子面上方質點處垂直振動速度造成的影響更大，本文只對垂直振速的傳播和衰減規律進行研究[8-9]。根據國家標準《爆破安全規程》(GB6722-2014)規定，保護對象所在地質點峰值振動速度允許標準，確定了隧道工程中判斷安全振速峰值的依據[10-11]，見表1。

表1 爆破振動安全允許標準

本文依托項目為城市軌道交通隧道，取交通隧道爆破振動安全允許振速10～20cm/s。本文受限于篇幅，僅取某典型工況爆破施工時各爆心距測點監測數據研究，下表為該次施工現場爆破振動實時監測數據：

表2 現場實測質點爆破振動速度

爆破質點的振動傳播特性一般采用薩道夫斯基經驗公式，如下：

(1)

式中：v為爆破振動速度,cm/s；Q為與峰值振動速度對應的最大段起爆藥量，kg；R為爆心距，m；k、α為與地質條件、爆破方法相關的地震波衰減系數和指數。

將公式簡化得：

(2)

設：

(3)

lnv=y

(4)

lnk=b

(5)

可得：

y=αx+b

(6)

將表2中現場實測數據按上式(3)、(4)分別計算x、y值，整理得表3：

表3 現場實測數據整理表

剔除離散型較大者“測點1”，得線性擬合曲線如下圖：

圖2 數據擬合圖

由擬合線性曲線可得，α=a=2.10，k=eb=e5.3352=207.51，代入(1)式得本項目既有隧道爆破施工質點的振動傳播特性規律如下：

(7)

圖3可看出現場監測數據與爆破質點的振動傳播特性規律擬合度達到97.53%，因此可認為式(7)中質點振速衰減系數和指數具有指導本項目施工和其他類似工程施工參考意義。

四、結論

1)福州地鐵6號線蘆岐站-梁厝站區間礦山法隧道下穿既有出入場線隧道爆破施工質點振速的衰減參數k=207.51，α=2.10，現場實測振動質點傳播規律與薩道夫斯基經驗公式吻合較好，擬合度達到97.53%，具有參考意義，可用于指導本項目施工，對其他類似工程施工具有參考意義；

2)施工現場監測最大爆破振速測值為8.14cm/s，數值模擬計算最大爆破振速為10.18cm/s，均接近控制值，在施工過程中須嚴格控制爆破參數以防爆破施工對既有隧道的損害。