李 科

(廣東省冶金建設設計研究院，廣東廣州 510080)

目前國內(nèi)隧道開挖主要采用爆破法，爆破產(chǎn)生的震動效應很可能危及到附近構(gòu)造物的安全，因此需要對工程爆破進行控制與監(jiān)測，確保工程順利進行。本文以惠深高速佛祖坳隧道項目為背景，對隧道爆破振動的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析，計算出爆破振動與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，進而求得本隧道最大單段爆破藥量經(jīng)驗公式，并據(jù)此檢算和控制每次爆破允許最大單段爆破藥量，同時通過對隧道與油管最近位置爆破振動分析，提出爆破振動相關(guān)控制和保護措施，確保施工中爆破振動不超過規(guī)定的范圍。

1 工程概況

佛祖坳隧道位于原惠深高速公路ZK22+535～ZK23+565段，全長1 030 m，該隧道區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，據(jù)調(diào)繪成果，巖層主要發(fā)育三組節(jié)理裂隙，其產(chǎn)狀為 80°～120°∠65°～70°，175°～195°∠58°～70°，275°～320°∠60°～88°，裂隙傾角普遍較陡，傾角多為60°～80°，隧道區(qū)地層覆蓋層主要為坡積粉質(zhì)粘土，基底主要由侏羅系上統(tǒng)凝灰?guī)r風化層組成，隧道區(qū)圍巖主要為Ⅲ級～Ⅳ級，巖石較堅硬。隧道路線走向與中海油一高壓成品油輸油管線近乎平行，隧道與油管最近距離為40 m，根據(jù)GB 6722-2003爆破安全規(guī)程的規(guī)定，對于輸油管道保護對象，抗震烈度標準為7度，安全允許振速不超過4.5 cm/s，根據(jù)以上規(guī)定，施工時需對開挖爆破的震動速度進行監(jiān)測與控制，以確保高壓石油管線的安全。目前正在施工隧道距油管較遠端，通過監(jiān)測和分析爆破規(guī)律，進而指導下一步距離油管較近處的施工。

2 爆破監(jiān)測

爆破所引起的振動是一個非常復雜的隨機變量，在以波的形式傳播過程當中，其振幅、周期和頻率均隨時間變化。振動的物理量一般用質(zhì)點的振動速度、加速度、位移和振動頻率等表示。由于振動速度具有可以使爆破振動的烈度與自然地震烈度相互參照、標定檢測信號較容易、便于換算結(jié)構(gòu)破壞相判據(jù)的特點，所以國內(nèi)多采用質(zhì)點的振動速度和主頻作為衡量爆破地震效應強度的判據(jù)。當爆破引起的振動波在巖石中傳播時，質(zhì)點的實際運動參數(shù)有相互垂直的三個分量，即垂直速度、水平徑向速度和水平切向速度。在評價爆破地震效應對構(gòu)造物的危害時，通常采用質(zhì)點的振動速度和主振頻率作為爆破作業(yè)振動安全評價標準。本項目在施工過程中進行跟蹤監(jiān)測，測點布置在石油管道地表沿線，每次爆破監(jiān)測離爆破點最近的點。本項目檢測使用TC-4850型機爆破振動檢測儀，該儀器系統(tǒng)由振動速度傳感器、TC-4850采集記錄儀、筆記本電腦以及專業(yè)分析處理軟件、供電系統(tǒng)及其他附屬設施組成，可同時測量多個分向的振動速度及振動頻率。

3 爆破分析

根據(jù)GB 6722-2003爆破安全規(guī)程以及國內(nèi)的研究成果，爆破振動計算公式一般采用薩道夫斯基公式:R=(K/V)1/ɑ·Q1/3。其中，Qmax為單次最大齊爆藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg;V為保護對象所在地質(zhì)點振動安全允許速度，cm/s;R為爆破點至石油管道的距離，m;K，a分別為爆破點至計算保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。由于k和a的取值與地形、地質(zhì)條件以爆破形式有關(guān)，通常做法是，根據(jù)爆破過程實際數(shù)據(jù)，以薩道夫斯基經(jīng)驗公式為基本形式，回歸分析計算出來。對薩道夫斯基公式兩邊求對數(shù)得:lnV=lnK+αln(Q1/3/R)。令x=ln(Q1/3/R)，y=lnV，b=lnK，k=α則上式變成一元線性方程:y=kx+b。佛祖坳隧道施工中一直對爆破振動進行跟蹤監(jiān)測，爆破振動分析選取了6組有代表性的數(shù)據(jù)，見表1。根據(jù)所測數(shù)據(jù)進行線性回歸，得相關(guān)因子r=0.938，滿足回歸精度要求，并由此求得 K=162.0，α =1.52。

表1 爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)

對薩道夫斯基公式進行反算，得出最大單段爆破藥量Qmax=(V/K)3/ɑ·R3。對本工程而言，根據(jù)GB 6722-2003爆破安全規(guī)程的規(guī)定，對于輸油管道保護對象，抗震烈度標準為7度，安全允許振速不超過4.5 cm/s，因此本隧道最大單段爆破藥量的經(jīng)驗公式為:Qmax=0.000 863R3。為了保證爆破地震波對油管的安全，必須把爆破間響藥量控制在Qmax以下，本工程隧道與油管最小距離為40 m，此處最大單段齊爆藥量不能超過55.3 kg。根據(jù)記錄的爆破波型頻譜分析結(jié)果，主振頻率都在10 Hz以上，而油管自身頻率最多不過幾赫茲，可見本項目爆破不會對油管產(chǎn)生共振。

4 結(jié)語

1)根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗公式，對爆破過程中所監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，求得K和a值，進而求得本隧道最大單段爆破藥量經(jīng)驗公式Qmax=0.000 863R3，在本隧道掘進過程中，不同地段的最大單段藥量可根據(jù)此公式進行控制。2)根據(jù)記錄的爆破波型頻譜分析，得到主振頻率都在10 Hz以上結(jié)果，能夠滿足國家爆破安全規(guī)程規(guī)定。3)本隧道與油管最小處最大單段齊爆藥量不能超過55.3 kg，爆破方式受到制約，為了方便施工，快速掘進，建議采用微差爆破時，選用合理的段間隔時差，使段間隔時差大于爆破振動主振相的延續(xù)時間，使每段炸藥爆破基本上做到獨立作用，避免爆破振動波的疊加作用。同時可采用低威力、低爆速炸藥(2 000 m/s～2 500 m/s)和小直徑不耦合裝藥進行周邊光面爆破。另外設法創(chuàng)造良好的掏槽爆破臨空面條件，可采用多重楔形掏槽以及直眼分層掏槽、螺旋形掏槽。在掏槽后槽腔足夠大時，盡可能采用寬孔距小抵抗線的布眼形式，以取得較好的臨空面。最后對爆破進行跟蹤監(jiān)測，以便及時調(diào)整參數(shù)值，確保爆破振動不超過規(guī)定的范圍。

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