交叉隧道施工中爆破振動影響監測探討

寇峰 周其輝

中國水利水電第十工程局有限公司 四川 成都 610032

前言

新時期國家道路交通工程規模持續發展，伴隨公路網集中規劃和高速鐵路持續增多，地區主干道不斷完善。這類要素演化為交通網絡的交叉方式施工，山地、交叉式道路工程逐漸增多，鉆爆法造成的振動作用常常在建筑設施中造成難以預防的危害，所以，對工程爆破的振動破壞做好信息化管理檢測是必要的，讓工程爆破檢測能夠引導后期工程爆破設計、施工。

國內外研究者利用現場檢測方式對工程爆破振動做了大量科學研究，雙洞隧道工程施工爆破檢測是其中典型案例，解析了隧道開挖工程施工對巖洞周邊原始巖層的危害，指出混凝土結構振動速度大于70cm/s時，要對隧道工程主要結構做好實地檢測。在新建某河渠隧道交叉工程中，以調水渠工程受到的影響為重點案例，對實測數據信息進行分析，根據數據資料解析結論制定爆破實施方案，以模擬計算方式檢驗實施方案，最終利用交叉施工以及確認的工程爆破檢測結論，對比實施方案和預測，提出了分三階段全面擴大工程爆破挖掘方式，對現場爆破數據檢測進行分析，利用振動波傳遞規律，為后期施工提供了實測依據。這里以我國的一個交叉式道路工程為例作要點解析。

1 項目概況

該隧道工程是地區級主干道上的雙向六車道單獨雙洞隧道工程施工，左右隧洞和已有高速鐵路隧道呈交叉式，最小洞徑分別為7.360米，7.855m，地質勘查資料表明，下有目前隧道工程施工狀況，交接點前后約200米范圍內的巖層狀況基本相同，巖性為含泥石灰巖，屬易損、脆弱、可溶巖層[1]。

2 振動檢測

研究表明豎向媒介表層的質點活動速率是造成房屋建筑毀壞的首要因素，建筑設施的毀壞程度與路基質點振動速率、范圍有較大的關聯。選擇質點典型速率作為判斷振動危害強度根據，是波在媒介中傳遞的固定幅值，其量級較小。

（1）測試系統。由測振儀、感應器、手提電腦和各種打印機構成，能檢測建筑設施的振動速率，完成傳輸、收集、過程記錄、解析出圖功能。

（2）測試設備。本項目所選擇的設備為TC-4850爆破測振儀，攜帶型體型小、重量輕、耐壓、防抗、穩定實用，連接集成三向感應器實現多種類型動態檢測、統計和分析。同時采用L20型測試儀，為速率型，主震為三分量振動速率主震蕩器，分析系統為L20（速率）BVA-L20，BVA-L20型，符合行業規范。

本項目具體運用該儀器設備對與爆區毗鄰區建筑設施的振動速率的檢測。設備選擇內觸發方法，據震動估算振速，預先設好觸發點。

（3）檢測目的。本檢測項目的爆破工程震動對間距較近居民樓干擾情況，據振動速度與計算理論的比較，即時更改儀器過程基本參數，確保安全施工，把隧道爆破震動對建筑設施的干擾降至最低，確保居民樓安全性。

（4）測點布置。據爆破地震波傳遞特點，同樣標準下間距越大振動速率越小，對建筑設施干擾情況越小。所以，選點尤為重要。測試點地處建筑設施爆區附近，在隧洞交接點引爆面外壁，左右門洞交接點前后設4個檢測點。安裝在主襯X方位垂直支撐表面方位（指爆炸源），Y方位與隧洞垂直，Z方位為豎向。

（5）爆破措施。人工挖孔樁入巖段爆破炸藥采用2號巖石乳化炸藥，孔樁掘進爆破炸藥通常采用非電毫秒雷管，掏槽采用楔型槽。越靠近交接點每段用量越大，逐步調節，每段用量從初始的48公斤逐步縮減[2]。

3 施工期安全防范措施

據制定標準，關鍵控制環節是爆破振動波及其明洞爆破現場造成的墜石。為此我們采用了相對有利方式，設定每段裝藥量，科學安排爆破次序，使各炮孔有充足自由面。選擇通段分散裝藥減少爆破振動，及時反饋信息引導基本參數調整。為預防明洞爆破造成墜石干擾，采用設備施工。

4 爆破應力理論

工程爆破應力波是解析巖層應力變動的一種方式。裝藥時，爆破距離越大，爆破應力波過程規律是：沖擊波、不穩定沖擊波、彈性波、彈性應力波、爆破地震波，大多巖層在撞擊載荷影響下，在沒進入流體狀況前呈現脆弱性，應力和應變力影響遵從朋克定律，工程爆破應力波主要是沖擊波，（彈性）應力波，工程爆破波，工程爆破反應波，如圖1所示，R0在圖片中是爆破半徑。

圖1 巖石中爆破應力波的變遷

通常現場檢測具體位置地處工程爆破源位置，波形衰退后，變成彈性應力波或工程爆破波，均屬彈性波，彈性波震蕩方程的誘發結果顯示，彈性固體中波形有二種，波速超過橫波，彈性應力波主要是縱波，檢測振動主要是應力波中縱波所造成的目標振動狀況。

5 工程爆破振動監測及工程爆破方案

5.1 振動檢測儀原理

通常狀況下，工程爆破器是壓電式的，內裝用晶狀體和人造極化瓷器，運用壓電效應設計，在遭受應力影響時，表層出現電荷的數目和應力大小是線型的影響關系，與應力加速度標值正相關，振動系可依據測定主要參數種類分二種，即振動檢測儀的壓電加速度計和振動檢測儀的壓電速度計，后以電器件為基礎，加入積分電路，以振動速率得到加速度信號。

6 檢測結論

在檢測采集數據信息中，X方位峰值速率較大，隧洞結構震動狀況也極其顯著，主要解析X方位數據；方案論證數據顯示，下方高鐵隧洞振速為5cm/s，現場共42次，完成后的峰值振速和地震頻率檢測結論的統計分析結論如表1、表2。

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據測量結果，爆炸速度大部分情況符合方案要求的5cm/s，最大不超過6cm/s。

據前后振速顯示，通過交叉點后的振速較小，是由隧道開鑿部分產生的，已開挖區域對爆破反應波作用可理解為“諧振作用”。通過與右側交叉點前后比較，左邊洞口振速也較小，因右側洞口是先行洞，也可同理解釋。

振動頻率和振速相同是關鍵因素，越靠近構造就越易于被毀壞，據表2結論，隧道施工內襯振動頻率大多數聚集在90Hz～150Hz，之上通常不超過180Hz，90Hz以內情形不小于60Hz，都超過鋼筋混凝土共振頻率，不易產生共振破壞。對所有振速和頻率統計結果顯示，振速越高工作頻率越大，因此在減低振動速率的同時，振動頻率也不會太高。

7 結束語

工程爆破震動現場檢測方式是用現代信息法施工中不可缺失的方式，融合實測統計數據，動態調節工程爆破計劃方案，保證隧道工程安全高效率施工，從本隧道施工爆破監測狀況看來，數據檢測大部分是能夠達到限定值規定的。工程開鑿部分能夠影響工程爆破應力波的傳遞途徑，降低建筑物的振速，結構襯里的振動頻率通常不高于爆破振動頻率，振動速度較低時振動頻率也過低，要避免發生造成的諧振破壞。