礦山法下穿既有線的爆破振動監(jiān)測分析

唐明發(fā)

（中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司廈門工務(wù)段，福建廈門 361000）

0 引言

鉆爆法因其廣泛的適用性和良好的經(jīng)濟(jì)性而常作為山嶺隧道的開挖方式。但由于城市基礎(chǔ)交通的迅猛建設(shè)與地下空間的大量開發(fā)，新建隧道總處于復(fù)雜的周邊環(huán)境中，新建隧道上跨或下穿既有建（構(gòu)）筑物的情況已然難以避免[1-3]。在此背景下，如何在采用鉆爆法的同時(shí)控制和減小對周邊環(huán)境的影響成為設(shè)計(jì)和施工過程中的一個(gè)重要問題。眾多研究人員已經(jīng)從多個(gè)角度對新建隧道周邊環(huán)境的影響展開研究[4-7]。

1 工程概況

新建大帽山1、2 號隧道是福廈客專進(jìn)島聯(lián)絡(luò)線的兩條單線鐵路隧道，該區(qū)域地表多為人工填土及第四季全新統(tǒng)沖洪積層，基巖主要為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r及花崗巖。其中，1 號隧道先期施工長度445m，并在XLSDK2+090 處下穿既有動走2 線新劉塘1 號隧道，最小凈距8.3m。2 號隧道先期施工長度675m，并在XLXDK2+360 處下穿既有動走2 線新劉塘1 號隧道，最小凈距6.9m。新建隧道與既有隧道平面相對位置見圖1。

圖1 先期施工段隧道平面相對位置示意圖

由于下穿段隧道與既有線間距小，因此將橫距小于30m 區(qū)段劃定為控制爆破范圍，此處橫距指爆破點(diǎn)與既有隧道迎爆側(cè)外輪廓邊緣直線距離。1 號隧道控制爆破范圍對應(yīng)圖1 中1-1 至2-2 截面，長度約132m，2 號隧道控制爆破范圍對應(yīng)圖1 中3-3 至4-4截面，長度約127m。

2 下穿段施工與檢測方案

2.1 分段控制施工方案

在下穿段需要嚴(yán)格控制施工擾動以保障營業(yè)線安全，因此下穿段采用分段施工方案，具體分段方案見表1。

表1 爆破施工方案分段計(jì)劃

2.2 爆破方案

以臺階法進(jìn)行開挖，采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行控制爆破，輔以減震孔控制爆破振動，進(jìn)而保障施工期間既有線運(yùn)營安全。

以橫距小于11m 下穿段為例，該范圍內(nèi)采用“控制爆破+減震孔+機(jī)械掏槽”的施工方案。采用臺階法施工，在上臺階原爆破掏槽區(qū)域，利用繩鋸設(shè)備切割出一塊長方體提供臨空面。上臺階炮眼增設(shè)68 個(gè)減震孔，均勻分布在距離開挖輪廓線內(nèi)側(cè)60cm 處；下臺階采用單邊幅兩次施工。炮孔布置位置如圖2所示。

圖2 炮孔布置及起爆順序圖

2.3 監(jiān)測方案

下穿段施工過程中，開挖與支護(hù)將產(chǎn)生卸載與加載過程，引起地層應(yīng)力重分布，爆破施工將產(chǎn)生沖擊波與地震波，可能誘發(fā)地層變形或既有結(jié)構(gòu)損壞。因此需要注意控制對既有營業(yè)線路的影響，在施工前需對既有鐵路隧道結(jié)構(gòu)及設(shè)備的健康狀況進(jìn)行調(diào)查，在施工過程中需按照安全評估意見對影響范圍內(nèi)的鐵路營業(yè)線隧道、軌道等的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，其監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)包含隧道沉降、隧道收斂、爆破振動、異物侵限等。對應(yīng)分段控制施工方案，同樣按照橫距設(shè)置分段監(jiān)測方案[8-9]，具體監(jiān)測方案見表2。

表2 監(jiān)測方案分段計(jì)劃

3 監(jiān)測結(jié)果分析與討論

由于爆破沖擊波在傳播過程中將最終衰減為地震波，而沖擊波在地層中的衰減過程受眾多因素影響，因此在大尺度范圍內(nèi)研究爆破振速的擬合關(guān)系是不合適的。且既往研究表明，爆心距是影響爆破振速峰值的重要因素[10-11]。考慮到這一問題，選取新建隧道里程XLSDK2+048.8—XLSDK2+090.0 段爆破施工X2DK1+570.0 處測點(diǎn)爆破振速峰值為研究對象。該段長度約40m，且包含3 個(gè)橫距分段，滿足本文對于下穿段爆破振速峰值的研究需求。

將該里程段監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制為圖3 所示散點(diǎn)圖，其中橫軸為新建隧道當(dāng)前掌子面所處里程，縱軸為既有動走2 線X2DK1+570.0 處測點(diǎn)測得爆破振速峰值。從散點(diǎn)圖分布可以看出，爆破振速峰值隨掌子面靠近監(jiān)測點(diǎn)呈增長趨勢，且爆破振速峰值并未超過2.5m/s，滿足施工方案要求。

圖3 X2DK1+570.0 處測點(diǎn)爆破振速峰值

從圖3、圖4 可以看出爆破點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)距離和爆破振速峰值之間展現(xiàn)出一定規(guī)律性，因此本文提出以薩道夫斯基公式為理論基礎(chǔ)，將前期施工數(shù)據(jù)作為樣本，通過回歸分析得到薩道夫斯基公式中常數(shù)，并以其指導(dǎo)后續(xù)施工。經(jīng)過回歸分析得到K=98，α=1.8，其均方根誤差RMSE=0.29，說明擬合效果較好。

圖4 爆破振速計(jì)算值與實(shí)測值對比圖

4 結(jié)論

本文介紹了新建大帽山隧道鉆爆法下穿既有動走2 線分段控制施工方案，通過分析實(shí)時(shí)振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，得到鉆爆法下穿施工對既有隧道的影響規(guī)律，主要結(jié)論如下。

其一，該工程以橫距為依據(jù)，采用分段控制施工方案、減震炮孔等措施減小爆破對既有線的影響。通過分析實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果，驗(yàn)證分段控制施工方案對爆破振動控制的有效性與適用性，可為同類工程提供參考。其二，通過新建大帽山1 號隧道里程XLSDK2+048.8—XLSDK2+061.7 段鉆爆法施工在既有動走2線處的爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合薩道夫斯基公式，并通過該公式計(jì)算后續(xù)振動監(jiān)測值，結(jié)果表明該公式可以有效地預(yù)測后續(xù)10m 范圍內(nèi)的振速峰值。該爆破振動效應(yīng)計(jì)算方法簡單，且具有一定精度。其三，當(dāng)爆破里程超過XLSDK2+075.0 后，公式計(jì)算值與實(shí)測值產(chǎn)生較大偏差，經(jīng)分析認(rèn)為是由于公式缺乏對地表形態(tài)、地應(yīng)力、施工方法的考慮。