緊鄰既有鐵路巖墻爆破監測技術

佘蟬眉

摘 要 本研究通過在巖墻背部設置動態錄像、振動速度測試、巖體損傷檢測和位移測試四個監測手段，分析隨著爆破區域逐漸接近巖墻背部的情況下，巖墻背部的動力響應特性，建立了爆破荷載作用下巖墻背部振動、位移、內部損傷、剝落影像多維度數據監測及評估系統，可以全方位掌握爆破過程中巖墻狀態、確保爆破安全，為后續爆破參數優化提供依據。

關鍵詞 既有鐵路 巖墻爆破 爆破位移監測

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0040-03

鐵路建設過程中，改、擴建既有線路日益普遍，對于大方量的石方開挖，爆破依然是最有效的開挖方法。對于鄰近既有鐵路的大方量石方爆破開挖大都采用預留巖墻深孔控制爆破技術，即在靠近坡面一側預留一定厚度的巖墻作為天然保護屏障，巖墻內側的山體采用常規深孔爆破方法施工[1-2]。依托于監測技術的控制爆破預留巖墻可有效防止主體爆破造成的爆堆向既有線拋擲和爆破飛石等危害，同時巖墻自身穩定可避免滾石順坡侵入既有線。通過精準控制爆破巖墻可以將處于復雜環境下大方量的石方轉化為小方量的巖墻控制爆破，大幅降低爆破施工難度，提高施工效率，保護既有線的運營安全。如何精準控制巖墻爆破控制參數，具有現實意義。

本文依托渝懷二線漾頭車站的預留巖墻爆破開挖進行了3次試驗，第一次爆破布設一排炮孔，每個炮孔的孔間距為1.3m，抵抗線為1.0m，孔深為2.5m，單孔裝藥量為0.8kg，巖墻頂部共布設21個炮孔，總共使用炸藥量14.7kg。第二、三次試爆后炮孔分上下臺階兩種裝藥參數，上臺階爆破參數不變，仍采用孔間距為1.3m，炮孔抵抗線為1m，孔深為2.5m，下臺階布設兩排炮孔，孔間距為1.3m，排間距為1.0m，單孔裝藥量為0.8kg，下臺階采用2孔一響。3次試驗過程中分別在巖墻背部設置了動態錄像、振動速度測試、巖體損傷檢測和位移測試四個監測手段，分析不同保留層厚度下巖墻背部的穩定性以及運動狀態規律，進而為巖墻快速爆破提供科學合理、安全高效的爆破參數，確保了巖墻前方爆破體碎而不飛和巖墻后方裂而不塌，做到了安全有效的精準控制爆破[3-4]。

1 爆破振動監測技術

在試驗中，可根據巖墻背部巖體的振動傳播規律，分析可能出現振裂或出現拉伸破壞的情況。將測振傳感器布設在巖墻背部，形成橫向和垂直2條測線，測量爆破過程中預留巖墻的振動速度，分析爆破參數與振速的關系、振速與巖體狀態的關系以及巖墻背部爆破振動衰減規律。

1.1 測試設備

在試驗過程中，采用TC-4850爆破振動測振儀，由振動速度傳感器和數據記錄器兩部分組成。測振儀具有4通道，可以并行采集，采樣率在100sps～100Ksps之間;超低頻1～500Hz可以采集X、Y、Z三向的振動速度，其觸發分為內觸發與外觸發，并支持觸發同步輸出，以實現多臺儀器并行采集。測點布設情況：在巖墻背部共布設了5個測點，1#測點布設在最頂部，距離巖墻頂部的距離為2.5m，2#、3#和4#測點的之間的水平間距為1.5m，1#、3#和5#測點的之間的豎向間距為1.5m。這樣布設可以通過單個點或整體取平均值的方式分析爆破過程中巖墻的振動特征。

1.2 巖墻背面爆破振動分析

根據各測點的振動速度和頻率統計巖墻厚度-振速關系曲線（見圖1）。第2次試驗爆破振動速度大于第1次，巖墻厚度變薄，振動衰減距離縮短，此時巖體還比較完整，振動值也相應增大;而第3次爆破振動速度反而減小，表明巖體內部已經出現大量裂隙，減弱爆破振速波的傳播，得出現場巖墻不能繼續爆破開挖，只能通過機械處理完成。

2 爆破位移監測技術

在預留巖墻靠近既有鐵路的側面，布置網狀位移監測點，選擇通視良好、無擾動、穩固可靠、遠離形變護坡高度3倍以上比較穩定的地方埋設基準點，使用全站儀采集觀測點三維坐標數據，通過多點高精度解算技術來解算監測點的坐標，從而達到監測巖墻背部表面位移（如位移方向、位移速率、累計位移等）的目的，得到爆破作用下預留巖墻背部變形情況。對每次爆破后巖墻背部的位移變化進行了監測，分析不同爆破參數下巖墻背部的位移情況[5-6]。

爆破位移監測分析：（1）通過位移測試（圖2），第三次爆破時巖墻巖體內已經出現了大量裂隙和噴漿層脫落，同時測點也出現了較大的位移變化量，進而說明了第三次爆破時已經超過安全極限范圍;（2）受爆破沖擊荷載作用，巖墻背部巖體產生的位移以垂直于巖墻方向為主，且隨著爆破作用距離縮短位移逐漸增加。

3 巖體內部損傷監測技術

對巖墻背部需保留部分進行采用聲波損傷測試，在不同爆破參數下對背部圍巖的損傷情況進行分析，確保巖墻背部圍巖出現可控程度的損傷，而不會出現大面積的垮塌，為爆破參數的選擇提供參考依據。

3.1 聲波測試原理

在巖墻拆除過程中，聲波測試利用巖石的聲學特性，通過聲波在巖體內傳播的聲學參數間接地分析巖石的內部結構特征以及力學特性，具有簡單、快速、經濟和無損害等特點。基于聲波檢測原理，采用非金屬聲波檢測儀進行測試。

3.2 測試設備與試驗監測方案

在試驗區采用鉆孔聲波檢測技術，測試爆破損傷深度。現場測試設備采用的是武漢中巖股份科技有限公司（原中國科學院武漢巖土力學研究所智能儀器室）所生產的RSM-SY5（T）非金屬聲波檢測儀來進行損傷測試。測試于爆破完成后進行，以減小巖體時效松弛帶來的影響;每次測試前，對所用測試儀器按規范要求進行校正，確保測試結果的準確性;試驗現場采用水耦合法，自孔底向孔口測試一次（包含孔口位置），以獲取整個聲波孔數據。

3.3 超聲波測試結果分析

根據《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》中規定：當聲速降低率≥15%，爆破對巖體影響明顯，巖體達到極限破壞程度。通過平均聲波速度隨深度變化趨勢（如圖3所示）分析：隨著距離的減小，損傷逐漸增加，距炮孔1.1m處的巖體已完全損傷。最后一排孔的保留距離不能低于2.2m，即保留層厚度為抵抗線的2.2倍。

4 巖墻影像監測技術

在可以清晰拍攝到巖墻靠近既有線的安全區域安裝高速攝影機，對爆破過程中的預留巖墻進行拍攝，記錄爆破作用下巖墻的運動以及可能出現掉塊或滾石的情況，通過對高清影像資料進行分析，得到其中的一些影響規律。現場采用高速視頻錄像的方式對巖墻的正面、背面和頂部三個方向進行拍照和視頻采集，視頻收集均采用了高清數碼相機，視頻收集點布設情況如圖4所示。

巖墻影像監測分析：結合巖墻拆除爆破正面、頂部和背面圖像分析，認為第一次爆破，巖墻背部穩定性保持良好，尚未達到巖墻所承受的極限破壞距離;第二次巖墻爆破時，已經接近巖墻所承受的極限破壞距離;而第三次巖墻爆破時，基本達到或超過巖墻所承受的極限破壞距離，此時，巖墻最后一排孔的保留層厚度為最小抵抗線的2.1～2.2倍，與理論計算值基本一致。

5 結論

通過對巖墻背部的動態錄像、振動速度、巖體損傷和位移等進行測試結果綜合分析，得到了巖墻爆破巖體的動力響應特性，驗證了多邊界爆破藥量計算方法和巖墻爆破時能量分配系數計算公式的正確性，為復雜環境巖墻爆破及防護方案設計提供了理論支撐。監測技術在依托工程渝懷二線漾頭車站預留巖墻爆破施工中發揮良好的監測作用，為爆破施工提供了可靠的安全保障，值得推廣應用。

參考文獻：

[1] 孟海利.大孔徑寬孔距淺孔控制爆破拆除巖墻技術[J].鐵道建筑，2015（07）：86-88.

[2] 孟海利，郭堯，施建俊.渝涪鐵路緊鄰既有線擴塹控制爆破技術[C].中國爆破新技術Ⅲ，2012.

[3] 汪旭光.爆破設計與施工[M].北京：冶金工業出版社，2011.

[4] 戴俊.巖石動力學特性與爆破理論（第2版）[M].北京：冶金工業出版社，2014.

[5] 尚曉江，蘇建宇.ANSYS/LS-DYNA動力分析方法與工程實例[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[6] 白金澤.LS-DYNA3D理論基礎與實例分析[M].北京：科學出版社，2005.

3291500338253