緊鄰既有鐵路巖墻爆破監(jiān)測技術(shù)

佘蟬眉

（中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南 長沙 410000）

鐵路建設(shè)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(yù)留巖墻深孔控制爆破技術(shù)，即在靠近坡面一側(cè)預(yù)留一定厚度的巖墻作為天然保護屏障，巖墻內(nèi)側(cè)的山體采用常規(guī)深孔爆破方法施工[1-2]。依托于監(jiān)測技術(shù)的控制爆破預(yù)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(wěn)定可避免滾石順坡侵入既有線。通過精準(zhǔn)控制爆破巖墻可以將處于復(fù)雜環(huán)境下大方量的石方轉(zhuǎn)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(zhǔn)控制巖墻爆破控制參數(shù)，具有現(xiàn)實意義。

本文依托渝懷二線漾頭車站的預(yù)留巖墻爆破開挖進行了3 次試驗，第一次爆破布設(shè)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(shè)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(shù)，上臺階爆破參數(shù)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(shè)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(shè)置了動態(tài)錄像、振動速度測試、巖體損傷檢測和位移測試四個監(jiān)測手段，分析不同保留層厚度下巖墻背部的穩(wěn)定性以及運動狀態(tài)規(guī)律，進而為巖墻快速爆破提供科學(xué)合理、安全高效的爆破參數(shù)，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(zhǔn)控制爆破[3-4]。

1 爆破振動監(jiān)測技術(shù)

在試驗中，可根據(jù)巖墻背部巖體的振動傳播規(guī)律，分析可能出現(xiàn)振裂或出現(xiàn)拉伸破壞的情況。將測振傳感器布設(shè)在巖墻背部，形成橫向和垂直2 條測線，測量爆破過程中預(yù)留巖墻的振動速度，分析爆破參數(shù)與振速的關(guān)系、振速與巖體狀態(tài)的關(guān)系以及巖墻背部爆破振動衰減規(guī)律。

1.1 測試設(shè)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(shù)據(jù)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(fā)分為內(nèi)觸發(fā)與外觸發(fā)，并支持觸發(fā)同步輸出，以實現(xiàn)多臺儀器并行采集。測點布設(shè)情況：在巖墻背部共布設(shè)了5 個測點，1#測點布設(shè)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(shè)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(jù)各測點的振動速度和頻率統(tǒng)計巖墻厚度-振速關(guān)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(yīng)增大；而第3 次爆破振動速度反而減小，表明巖體內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)大量裂隙，減弱爆破振速波的傳播，得出現(xiàn)場巖墻不能繼續(xù)爆破開挖，只能通過機械處理完成。

圖1 巖墻厚度與振速關(guān)系圖

2 爆破位移監(jiān)測技術(shù)

在預(yù)留巖墻靠近既有鐵路的側(cè)面，布置網(wǎng)狀位移監(jiān)測點，選擇通視良好、無擾動、穩(wěn)固可靠、遠(yuǎn)離形變護坡高度3 倍以上比較穩(wěn)定的地方埋設(shè)基準(zhǔn)點，使用全站儀采集觀測點三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過多點高精度解算技術(shù)來解算監(jiān)測點的坐標(biāo)，從而達到監(jiān)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(yù)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(jiān)測，分析不同爆破參數(shù)下巖墻背部的位移情況[5-6]。

爆破位移監(jiān)測分析：（1）通過位移測試（圖2），第三次爆破時巖墻巖體內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了大量裂隙和噴漿層脫落，同時測點也出現(xiàn)了較大的位移變化量，進而說明了第三次爆破時已經(jīng)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(chǎn)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。

圖2 爆破巖墻位移數(shù)據(jù)柱狀圖

3 巖體內(nèi)部損傷監(jiān)測技術(shù)

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(shù)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(xiàn)可控程度的損傷，而不會出現(xiàn)大面積的垮塌，為爆破參數(shù)的選擇提供參考依據(jù)。

3.1 聲波測試原理

在巖墻拆除過程中，聲波測試?yán)脦r石的聲學(xué)特性，通過聲波在巖體內(nèi)傳播的聲學(xué)參數(shù)間接地分析巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征以及力學(xué)特性，具有簡單、快速、經(jīng)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(shè)備與試驗監(jiān)測方案

在試驗區(qū)采用鉆孔聲波檢測技術(shù)，測試爆破損傷深度。現(xiàn)場測試設(shè)備采用的是武漢中巖股份科技有限公司（原中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所智能儀器室）所生產(chǎn)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(guī)范要求進行校正，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；試驗現(xiàn)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(shù)據(jù)。

3.3 超聲波測試結(jié)果分析

根據(jù)《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：當(dāng)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。

圖3 平均聲波速度隨深度變化趨勢圖

4 巖墻影像監(jiān)測技術(shù)

在可以清晰拍攝到巖墻靠近既有線的安全區(qū)域安裝高速攝影機，對爆破過程中的預(yù)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(xiàn)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(guī)律。現(xiàn)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(shù)碼相機，視頻收集點布設(shè)情況如圖4 所示。

圖4 影像測點分布情況示意圖

巖墻影像監(jiān)測分析：結(jié)合巖墻拆除爆破正面、頂部和背面圖像分析，認(rèn)為第一次爆破，巖墻背部穩(wěn)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(jīng)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(jié)論

通過對巖墻背部的動態(tài)錄像、振動速度、巖體損傷和位移等進行測試結(jié)果綜合分析，得到了巖墻爆破巖體的動力響應(yīng)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(shù)計算公式的正確性，為復(fù)雜環(huán)境巖墻爆破及防護方案設(shè)計提供了理論支撐。監(jiān)測技術(shù)在依托工程渝懷二線漾頭車站預(yù)留巖墻爆破施工中發(fā)揮良好的監(jiān)測作用，為爆破施工提供了可靠的安全保障，值得推廣應(yīng)用。