劉光漢，周建敏，余紅兵

(貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550002)

淺埋隧道掘進(jìn)爆破空洞效應(yīng)研究

劉光漢，周建敏，余紅兵

(貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550002)

為分析淺埋隧道爆破的 “空洞效應(yīng)”，研究爆破區(qū)域上方兩側(cè)相同距離條件下的地表振動(dòng)變化規(guī)律，以貴州某隧道爆破工程為背景，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破振動(dòng)試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)淺埋隧道掘進(jìn)爆破產(chǎn)生的爆破振動(dòng)存在“空洞效應(yīng)”，使得成洞區(qū)上部地表振動(dòng)速度大于非成洞區(qū)上部地表振動(dòng)速度；(2)當(dāng)采用16.8 kg藥量爆破時(shí)，測(cè)點(diǎn)4的放大系數(shù)為1.19，測(cè)點(diǎn)3的放大系數(shù)為1.32，測(cè)點(diǎn)2的放大系數(shù)為1.23，測(cè)點(diǎn)1的放大系數(shù)為1.18，說(shuō)明隨著爆心距的變化,測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度放大系數(shù)呈先增大后減小的趨勢(shì)；(3)對(duì)于淺埋隧道施工爆破，為保護(hù)隧道上方建(構(gòu))筑物的安全，應(yīng)以成洞區(qū)上部地表振動(dòng)監(jiān)測(cè)為重點(diǎn)。

淺埋隧道; 掘進(jìn)爆破; 空洞效應(yīng); 放大系數(shù)

隨著城市地下工程建設(shè)的增多，隧道爆破開(kāi)挖引起的振動(dòng)效應(yīng)愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注和重視。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)隧道爆破的震動(dòng)效應(yīng)以及其對(duì)支護(hù)和相鄰隧道的穩(wěn)定性影響做了大量研究[1-6]，而對(duì)于隧道掘進(jìn)爆破空洞效應(yīng)對(duì)地表建構(gòu)筑物的影響研究較少?？斩葱?yīng)是指在隧道掘進(jìn)爆破中已開(kāi)挖區(qū)存在的空洞導(dǎo)致其上部地表振動(dòng)速度大于未開(kāi)挖區(qū)地表振動(dòng)速度的現(xiàn)象[7-10]。因此，研究隧道爆破空洞效應(yīng)，對(duì)于保護(hù)地表建、構(gòu)筑物的安全穩(wěn)定及爆破振動(dòng)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)具有重要意義。本文以貴陽(yáng)市某隧道爆破施工為背景，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)實(shí)測(cè)震動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)淺埋隧道掘進(jìn)爆破空洞效應(yīng)及其振速變化規(guī)律進(jìn)行研究。

1 現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)試驗(yàn)方案

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選擇在貴陽(yáng)市某隧道爆破施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，該隧道全長(zhǎng)4368 m，隧道埋深為11～18 m。隧道巖石的普氏系數(shù)f為6～10，巖性以泥質(zhì)砂巖為主。隧道開(kāi)挖斷面高9 m，寬6 m。

隧道掘進(jìn)采用臺(tái)階法進(jìn)行爆破施工，為減小爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)及形成良好的斷面輪廓，現(xiàn)場(chǎng)采用光面爆破技術(shù)和平行直孔掏槽，掏槽孔孔徑為42 mm，單段藥量為10～18 kg，采用微差控制爆破技術(shù)進(jìn)行爆破。

(1) 現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置?，F(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置原則為：以掘進(jìn)工作面(爆區(qū))為中心，工作面上方位置布置為測(cè)點(diǎn)5。在地表沿隧道軸線對(duì)稱布置震動(dòng)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖1)，相鄰測(cè)點(diǎn)間距均為5 m。

圖1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

(2) 爆破振動(dòng)測(cè)試儀器及安裝方法?，F(xiàn)場(chǎng)采用TC-4850爆破測(cè)振儀進(jìn)行爆破振動(dòng)測(cè)試。該儀器配置有3個(gè)方向分量的速度傳感器，在數(shù)據(jù)處理時(shí)可輸出不同方向的振速峰值?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前應(yīng)通過(guò)儀器顯示屏提前設(shè)置儀器采樣頻率、采樣時(shí)間、最大量程等各種采集參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝儀器時(shí)，采用石膏將速度傳感器粘接在地表裸露基巖或者混凝土試件上(見(jiàn)圖2)。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)爆破測(cè)振儀布置效果

2 爆破振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 空洞效應(yīng)衡量指標(biāo)

為了定量評(píng)價(jià)隧道掘進(jìn)爆破空洞效應(yīng)的影響程度，表征成洞區(qū)地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的放大效應(yīng)。

定義fv為隧道掌子面上方兩側(cè)相同距離位置的振動(dòng)速度比值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(1)

定義ΔV為隧道掌子面上方兩側(cè)相同距離位置的振動(dòng)速度差值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

ΔV=Vc-Vs

(2)

式中,Vc為相同距離條件下掌子面左側(cè)地表振動(dòng)速度;Vs為相同距離條件下掌子面右側(cè)地表振動(dòng)速度。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了4次爆破振動(dòng)試驗(yàn)，得到了不同藥量條件下掌子面前后各對(duì)稱測(cè)點(diǎn)的地表振動(dòng)速度(見(jiàn)表1)。并繪制不同藥量條件下各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度的變化規(guī)律(見(jiàn)圖3)。

圖3 不同藥量條件下各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度變化規(guī)律

表1 爆破試驗(yàn)引起的地表振動(dòng)速度幅值

根據(jù)表1和圖3可得：

(1) 以掌子面正上方地表震動(dòng)測(cè)點(diǎn)5為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，沿隧道掘進(jìn)前方的各測(cè)點(diǎn)(6，7，8，9)地表振動(dòng)速度均小于已開(kāi)挖區(qū)上部對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)(1，2，3，4)的地表振動(dòng)速度，表明淺埋隧道爆破產(chǎn)生的爆破振動(dòng)存在“空洞效應(yīng)”，使得成洞區(qū)上部地表振動(dòng)速度大于非成洞區(qū)上部地表振動(dòng)速度。

(2) 通過(guò)計(jì)算不同爆心距條件下各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度放大系數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用16.8 kg藥量爆破時(shí)，測(cè)點(diǎn)4的放大系數(shù)為1.19，測(cè)點(diǎn)3的放大系數(shù)為1.32，測(cè)點(diǎn)2的放大系數(shù)為1.23，測(cè)點(diǎn)1的放大系數(shù)為1.18，說(shuō)明隨著爆心距的變化,測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度放大系數(shù)呈先增大后減小的趨勢(shì)。

3 結(jié)論與建議

(1) 淺埋隧道掘進(jìn)爆破產(chǎn)生的爆破振動(dòng)存在“空洞效應(yīng)”，使得成洞區(qū)上部地表振動(dòng)速度大于非成洞區(qū)上部地表振動(dòng)速度。

(2) 當(dāng)采用16.8 kg藥量爆破時(shí)，測(cè)點(diǎn)4的放大系數(shù)為1.19，測(cè)點(diǎn)3的放大系數(shù)為1.32，測(cè)點(diǎn)2的放大系數(shù)為1.23，測(cè)點(diǎn)1的放大系數(shù)為1.18，說(shuō)明隨著爆心距的變化,測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度放大系數(shù)呈先增大后減小的趨勢(shì)。

(3) 對(duì)于淺埋隧道施工爆破，為保護(hù)隧道上方建(構(gòu))筑物的安全，應(yīng)以成洞區(qū)上部地表振動(dòng)監(jiān)測(cè)為重點(diǎn)。

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2017-04-22)

劉光漢(1979-)，男，貴州貴陽(yáng)人，工程師，主要從事爆破技術(shù)研究，Email：602574716@qq.com。