高培松

(福建省隧道工程有限公司 福建福州 350001)

公路隧道上跨供水隧洞爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)淺析

高培松

(福建省隧道工程有限公司 福建福州 350001)

高速公路隧道上跨既有輸水隧洞爆破施工過(guò)程中,為防止爆破振動(dòng)影響到既有輸水隧洞實(shí)體安全,通過(guò)爆破振動(dòng)波速的分析和控制,在試爆過(guò)程中指導(dǎo)雷管段數(shù)和炸藥藥量的調(diào)整,從而達(dá)到將爆破振速控制在7cm/s以下，確保既有輸水隧洞安全運(yùn)營(yíng)的目的。本文詳細(xì)介紹了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程，謹(jǐn)供從事類(lèi)似工作的工程技術(shù)人員參考。

上跨隧道; 控制爆破; 監(jiān)控量測(cè)

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1 工程概況

從莞高速公路走馬崗隧道位于廣東省東莞市樟木頭鎮(zhèn)一帶，設(shè)計(jì)為分離式隧道，雙向六車(chē)道隧道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度100km/h，建筑界限為14.75×5.0m。起訖里程左線(xiàn)全長(zhǎng)3143m(ZK21+157～ZK24+300)；右線(xiàn)全長(zhǎng)3135m(YK21+170～YK24+305)。

該隧道是關(guān)鍵的工期控制性工程，為從莞高速公路東莞段的的重難點(diǎn)工程。

東深供水隧洞是由東莞東江引水輸送到深圳、香港的一條輸水動(dòng)脈，為深圳、香港上千萬(wàn)居民提供生活生產(chǎn)用水。供水隧洞洞內(nèi)內(nèi)凈空寬度6.4m，高度7.2m。

走馬崗隧道左右線(xiàn)從既有東深供水隧洞上方跨越施工通過(guò)，施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)波速，以免對(duì)下方既有輸水隧洞工程實(shí)體造成損害。

2 走馬崗隧道與東深供水隧洞位置關(guān)系

受制于周邊線(xiàn)路、地形及隧道縱坡影響，新建的走馬崗隧道上跨既有的東深供水隧洞，隧道與隧洞之間平面線(xiàn)位夾角約30°。該處走馬崗隧道埋深為140m。走馬崗隧道交點(diǎn)處左右線(xiàn)之間凈距離為33m。走馬崗隧道左線(xiàn)與東深供水隧洞交叉樁號(hào)ZK22+119.2，右線(xiàn)與東深供水隧洞交叉樁號(hào)YK22+189.7?？v向左線(xiàn)最小近距21.5m，右線(xiàn)最小近距22.6m。

據(jù)《爆破安全規(guī)程》和廣東省水利廳對(duì)走馬崗隧道與東深供水走馬崗隧洞交叉段會(huì)議紀(jì)要的規(guī)定，走馬崗隧道施工期允許的安全振動(dòng)速度為≤7cm/s。

本文將以走馬崗隧道左線(xiàn)施工為例進(jìn)行介紹闡述(圖1)。

圖1 走馬崗隧道與供水隧洞交叉段空間位置關(guān)系

3 走馬崗隧道、東江供水隧洞交叉段地質(zhì)情況

根據(jù)地勘單位提供的地質(zhì)資料：左線(xiàn)交叉處圍巖為中-微風(fēng)化混合花崗巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高，裂隙較發(fā)育，巖體較完整，穩(wěn)定性較好，含裂隙水，施工開(kāi)挖無(wú)支護(hù)時(shí)易掉塊，圍巖長(zhǎng)時(shí)間暴露可能產(chǎn)生小規(guī)模坍塌，易滲流水，圍巖為Ⅲ級(jí)。右線(xiàn)交叉處圍巖為中-微風(fēng)化混合花崗巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高，受構(gòu)造影響嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，巖體較破碎，穩(wěn)定性較差，含裂隙水，施工開(kāi)挖易掉塊坍塌，易滲流水，圍巖為Ⅳ級(jí)。

4 控制爆破施工方案

為確保輸水隧洞工程實(shí)體安全，走馬崗爆破在上跨東深供水隧洞施工過(guò)程中，爆破過(guò)程全程進(jìn)行爆破振速監(jiān)測(cè)。當(dāng)爆破振速超過(guò)規(guī)范及安全要求時(shí)，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)及施工方案。

在走馬崗隧道左線(xiàn)內(nèi)設(shè)置兩個(gè)交叉影響施工段(zk22+049～zk22+079,zk22+159～zk22+189)和一個(gè)交叉施工段(zk22+079～1zk22+159)，兩區(qū)段施工采用差異化爆破(圖2)參數(shù)。在第一個(gè)交叉影響段施工前提前進(jìn)行爆破振動(dòng)試驗(yàn)，通過(guò)爆破振動(dòng)測(cè)試對(duì)爆破振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行采集、取樣、分析，合理布置爆破方案參數(shù)及施工進(jìn)尺，反復(fù)驗(yàn)算、調(diào)整、制定最終合理施工方案；當(dāng)進(jìn)入交叉段施工時(shí)，在交叉影響段的爆破參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，更嚴(yán)格控制地爆破振速。施工過(guò)程嚴(yán)格按方案施工并全程監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)及輸水隧洞內(nèi)爆破震動(dòng)參數(shù)，確保引水隧洞構(gòu)造物安全。

圖2 差異化控制爆破區(qū)段劃分

4.1 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

4.1.1 監(jiān)測(cè)儀器

采用成都中科測(cè)控有限公司生產(chǎn)的TC-4850爆破測(cè)振儀，該儀器為多功能監(jiān)測(cè)儀。儀器輕小便攜、耐壓抗擊、操作性?xún)?yōu)越，配接相應(yīng)的傳感器能完成加速度、速度、位移、壓力、溫度等動(dòng)態(tài)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警和分析。具體工作示意圖如(圖3)所示。完整的爆破測(cè)振過(guò)程如(圖4)所示，可分為三個(gè)部分，分別是測(cè)試參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、數(shù)據(jù)回放。

圖3 TC-4850爆破測(cè)振儀工作示意圖

圖4 爆破測(cè)振測(cè)試過(guò)程

4.1.2 監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，上臺(tái)階爆破總裝藥量在230～260kg，分8～9段爆破，最大掏槽藥量為30～34.8kg，單段起爆藥量較大。下臺(tái)階分左右側(cè)分別爆破，一次起爆總藥量20～24kg，分3～4段爆破，單段起爆藥量較小，振動(dòng)較小。因此，此次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)對(duì)左右線(xiàn)上臺(tái)階爆破開(kāi)挖進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

隧道上下臺(tái)階間距約50m，測(cè)點(diǎn)布置在邊墻上，測(cè)點(diǎn)位置距上臺(tái)階工作面后方分別為15m、20m、25m、30m，距下臺(tái)階上表面2m。左、右線(xiàn)測(cè)點(diǎn)布置方案如(圖5)。

圖5 測(cè)點(diǎn)布置方案

傳感器固定時(shí)，首先用電鉆在襯砌上打膨脹螺絲孔，采用石膏粉加水調(diào)制成漿糊狀作為粘結(jié)劑將傳感器粘在測(cè)點(diǎn)表面，用不銹鋼夾片加膨脹螺絲固定，保證其可隨襯砌同時(shí)振動(dòng)。在安裝過(guò)程中，垂直方向Z應(yīng)該盡量保持與水平面垂直，水平X方向與隧道軸線(xiàn)平行，水平Y(jié)向垂直隧道壁。

5 監(jiān)測(cè)成果與建議

(1)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果表明：對(duì)應(yīng)于不同起爆段，振動(dòng)速度時(shí)程曲線(xiàn)分段明顯；其中上臺(tái)階掏槽眼爆破時(shí)振動(dòng)速度最大，現(xiàn)場(chǎng)3.0m進(jìn)尺爆破時(shí)，Ⅲ級(jí)圍巖和Ⅳ級(jí)圍巖掏槽眼裝藥量分別為34.8kg和30kg，20m處得到的最大振動(dòng)速度分別為13.9cm/s和12.5cm/s，振動(dòng)速度超過(guò)水利廳要求的允許振速7cm/s的技術(shù)指標(biāo)；當(dāng)掏槽爆破形成自由面后，其他段別爆破引起的振動(dòng)速度較小，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示段裝藥量小于20kg時(shí)，20m位置最大振動(dòng)速度均小于7cm/s。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果，按照薩道夫斯基公式對(duì)掏槽眼段爆破振動(dòng)速度進(jìn)行回歸分析的振動(dòng)規(guī)律為：

Ⅲ級(jí)圍巖K=146.7，α=1.3，其表達(dá)式：

Ⅳ級(jí)圍巖K=203.4，α=1.5，其表達(dá)式：

振動(dòng)規(guī)律與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果吻合較好。

(3)根據(jù)掏槽眼段薩道夫斯基公式回歸結(jié)果和振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)(小于7cm/s)對(duì)進(jìn)尺和掏槽眼裝藥量進(jìn)行嚴(yán)格控制：交叉段施工時(shí)每循環(huán)進(jìn)尺嚴(yán)格控制在1.5m，掏槽眼裝藥量Ⅲ級(jí)圍巖不超過(guò)9.5kg，Ⅳ級(jí)圍巖不超過(guò)12.6kg；其他段最大裝藥量不超過(guò)20kg。并將在進(jìn)入交叉段時(shí)進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)。

(4)根據(jù)掏槽眼段薩道夫斯基公式回歸結(jié)果和振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)(小于7cm/s)，計(jì)算出采用當(dāng)前進(jìn)尺和藥量進(jìn)行爆破施工時(shí)，與交叉處的安全距離，Ⅲ級(jí)圍巖為33.9m，Ⅳ級(jí)圍巖為29.4m；在此范圍內(nèi)，需采用驗(yàn)證過(guò)的優(yōu)化爆破方案進(jìn)行施工。

(5)根據(jù)最大段裝藥量對(duì)爆破方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，下一階段將進(jìn)行優(yōu)化爆破方案的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，施工單位需要嚴(yán)格按照爆破方案進(jìn)行裝藥爆破；對(duì)振動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若出現(xiàn)振速超限情況，需對(duì)爆破方案進(jìn)一步優(yōu)化，使振動(dòng)速度控制在《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)，保證交叉段爆破施工時(shí)東深供水隧洞的安全。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)走馬崗隧道成功實(shí)施爆破監(jiān)測(cè)從而有效指導(dǎo)控制爆破，安全、順利上跨東深供水輸水隧洞的建設(shè)實(shí)例，總結(jié)出：在無(wú)法避免先后建設(shè)的新舊隧道平面交叉情況下，采用控制爆破施工技術(shù)，并嚴(yán)格進(jìn)行爆破監(jiān)測(cè)指導(dǎo)爆破施工、合理調(diào)整爆破參數(shù)從而控制爆破振速在規(guī)定范圍內(nèi)，可以有效保證原有已建成隧洞的實(shí)體安全，為類(lèi)似工程施工提供參考。

[1]GB6722-2003,爆破安全規(guī)程[S].

[2]JTGD70-2004,公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTGF60-2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]崔積弘．隧道掘進(jìn)爆破振動(dòng)的數(shù)值模擬研究[D]．青島：山東科技大學(xué)(碩士學(xué)位論文)，2005.

[5]畢繼紅，鐘建輝．鄰近隧道爆破震動(dòng)對(duì)既有隧道影響的研究[J]．工程爆破,2004,10(4):69-73.

[6]王劍晨．爆破對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響[D]．北京：北京交通大學(xué)(碩士學(xué)位論文)，2010.

[7]王振毅，李靜，胡銳．基于LS-DYNA的某鄰近洞室爆破振動(dòng)模擬分析[J]．爆破，2010，27(1)：104-106.

Technology Analysis of Blasting Vibration Monitoring On the Building Highway Tunnel Acrossing the Existing Water Supply Tunnel

GAOPeisong

(Fujian Tunnel Engineering Co., Ltd.Fuzhou 350002)

During the construction process of the highway tunnel across both on the water conveyance tunnel blasting , in order to prevent the influence of blasting vibration to the existing tunnel physical security, through the analysis and control of blasting vibration velocity, charge guidance in the process of adjustment in the test section and explosive detonator , so as to achieve the purpose of the control of blasting vibration velocity is below 7cm/s and to ensure that the operation of water conveyance tunnel is safe.This paper introduces the application of blasting vibration monitoring technologyprocess for engineering and technical personnel engaged in similar work reference.

Acrossing tunel; Controlled blasting; Monitoring and measurement

高培松(1981.12- ),男，工程師。

2015-03-31

U4

A

1004-6135(2015)05-0088-03