賈宏宇

(阜新市產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新推廣中心(阜新市產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院)，遼寧 阜新 123000)

隨著我國交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，穿越農(nóng)村和市區(qū)的隧道工程將會(huì)越來越多[1]，由于隧道掘進(jìn)主要采用爆破方式進(jìn)行，不可避免的產(chǎn)生的爆破振動(dòng)會(huì)成為隧道掘進(jìn)的主要危害，影響臨近、地表的建(構(gòu))筑物[2]。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究[3-4]，王波等[5]通過隧道爆破工程現(xiàn)場振動(dòng)測試，獲得了多組隧道爆破時(shí)地表振動(dòng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，分析了爆破振速的傅里葉幅值譜；朱浩杰等[6]依托廈門石堀山隧道工程對(duì)爆破開挖引起的振動(dòng)進(jìn)行了長期監(jiān)測，研究結(jié)果表明：垂向振速不一定總是最大；鄧濤等[7]對(duì)隧道爆破期間房屋裂縫成因進(jìn)行了系統(tǒng)分析和討論；繆宏兵等[8]研究了隧道爆破施工對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)的影響；閆鴻浩等[9]研究了隧道下穿磚混結(jié)構(gòu)房屋爆破振動(dòng)控制研究，給出了人性化的爆破振動(dòng)速度控制指標(biāo)：配置大孔徑減振孔并通過預(yù)裂爆破形成兩道隔振帶，采用上下臺(tái)階法開挖，掏槽部位盡量下移，增加起爆點(diǎn)與建筑物的距離，降低掏槽引起的爆破振動(dòng)；孔大慶等[10]以成渝高鐵新紅巖隧道工程為例，測試采用非電雷管和電子雷管爆破時(shí)的振動(dòng)波并對(duì)比分析爆破地震波特性，選擇一棟二層砌體房屋，建立砌體結(jié)構(gòu)有限元模型，分析不同峰值振速下結(jié)構(gòu)的位移、砌體不同局部構(gòu)件上的主拉應(yīng)力特征。

1 工程概況

某隧道全長9 490延米，設(shè)置2座斜井及進(jìn)出口6個(gè)作業(yè)面，境內(nèi)廣布低山丘陵，與河谷盆地相間排列，具有平行嶺谷地貌特征，地勢由西向東傾斜，中部略呈隆起。隧道地區(qū)春季少雨干燥，每年都有不同程度的春旱發(fā)生;夏季高溫多雨，間有局地暴雨，山洪發(fā)生;秋季風(fēng)和日麗;冬季寒冷干燥漫長，多偏北風(fēng)。不良地質(zhì)為巖溶，巖溶發(fā)育強(qiáng)度為弱發(fā)育。

隧道地質(zhì)情況為凝灰?guī)r，褐黃色、褐灰色，弱風(fēng)化，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整；局部夾雜凝灰質(zhì)砂巖、礫巖等，產(chǎn)狀273°∠13°。水文情況為含有少量基巖裂隙水，雨季水量較大，正常涌水量為2 300 m3/d，最大涌水量為4 200 m3/d。隧道所處地區(qū)氣候?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，東南部受海洋暖濕氣影響，北部蒙古高原的干燥冷空氣經(jīng)常侵入，形成了半干燥半濕潤易干燥地區(qū)，風(fēng)向有明顯的季節(jié)變化。

隧道DK320+000～DK320+600段下穿大蔡家溝村，DK322+200～K323+000段下穿大梁下村，兩區(qū)段隧道掘進(jìn)均采用爆破方式，具有一定的施工安全隱患；為了保證村莊房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，減少不必要的民事糾紛，同時(shí)為了保證隧道施工的安全，特對(duì)隧道爆破掘進(jìn)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測。

其中隧道1號(hào)斜井(大菜溝村)地段埋深在50 m～60 m，圍巖等級(jí)多為Ⅲ級(jí)，采用光面爆破方式進(jìn)行斷面掘進(jìn)，該區(qū)段下穿房屋較為密集，且房屋建筑結(jié)構(gòu)離隧道水平距離相對(duì)較近，建筑群房屋為土坯房、毛石房和一般磚混房屋，是隧道爆破施工安全首要考慮的隧道區(qū)段，因此爆破振動(dòng)監(jiān)測選取在隧道1號(hào)斜井(大菜溝村)區(qū)段進(jìn)行。

2 監(jiān)測方案及爆破參數(shù)

為了更好的研究隧道掘進(jìn)爆破振動(dòng)對(duì)地表建(構(gòu))筑物影響的規(guī)律，根據(jù)現(xiàn)場施工情況以及掌子面位置制定具有針對(duì)性的監(jiān)測方案。建筑物的爆破振動(dòng)主頻相對(duì)較低，掌子面上方剛好處于山區(qū)村莊，房屋布置較為復(fù)雜，并且房屋質(zhì)量相對(duì)老舊，抗震性能相對(duì)較差，所以具體監(jiān)測點(diǎn)的布置要求如下：

1)盡可能選擇地表相對(duì)平坦的地帶進(jìn)行布點(diǎn)，由此盡量避免由于高程、高差的因素對(duì)監(jiān)測結(jié)果一般性與普遍適用性的影響。

2)由于巖層中的斷層、裂隙以及溝槽對(duì)波動(dòng)的傳播影響較大，所以監(jiān)測段盡量取巖層、巖性比較均勻的地段，盡量避免巖層中具有較大的斷層、裂隙以及溝槽，以保證所測得的爆破振動(dòng)具有普遍適用性。

3)在爆破掘進(jìn)施工過程中要求爆破施工工藝、方案保持相同，例如所用爆破器材(炸藥、雷管)性能，每次爆破所用總藥量以及單段最大藥量等盡量保持一致，以便使得各次所測振動(dòng)具有比較價(jià)值。

4)各方案監(jiān)測布點(diǎn)應(yīng)盡量兼顧對(duì)振動(dòng)傳播的規(guī)律分析以及對(duì)周邊房屋安全性監(jiān)測；各儀器的安放位置應(yīng)在保證對(duì)振動(dòng)的分析基礎(chǔ)上盡量處于一個(gè)和周邊建(構(gòu))筑物合理的距離區(qū)間以內(nèi)。

2.1 方案一設(shè)計(jì)

在方案一中共布置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別定為A，B，C，D和E，為研究爆破掘進(jìn)地震波沿隧道掘進(jìn)方向傳播以及衰減規(guī)律，將5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分別布置于隧道的中心線上，相鄰兩臺(tái)儀器的間隔距離為10 m。方案一的監(jiān)測點(diǎn)布置位置關(guān)系如圖1所示。

2.2 方案二設(shè)計(jì)

方案二共布置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別定為A，B，C，D和E，方案二與方案一不同之處在于，為了研究地震波沿徑向傳播以及衰減規(guī)律，在保證C，D和E監(jiān)測點(diǎn)依舊在隧道中心線上，另外A和B點(diǎn)布置在E點(diǎn)旁并且垂直于隧道中心線，各監(jiān)測點(diǎn)之間間距同樣為10 m。方案二的監(jiān)測點(diǎn)布置位置關(guān)系如圖2所示。

2.3 爆破參數(shù)

方案一和方案二的監(jiān)測試驗(yàn)中，隧道掘進(jìn)均使用2號(hào)巖石乳化炸藥，毫秒導(dǎo)爆管雷管，其余爆破參數(shù)也相同，如表1所示。

表1 爆破參數(shù)

3 監(jiān)測結(jié)果及分析

3.1 方案一結(jié)果

監(jiān)測方案一中A，B，C，D和E 5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處的振速時(shí)程曲線和頻譜分布曲線如圖3～圖6所示。

A測點(diǎn)至爆源的軸向距離為44.288 m，徑向距離為4.278 m，A測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.928 40 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.901 58 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.975 10 cm/s，由于篇幅有限，僅給出了切向振速時(shí)程曲線，如圖3所示，主頻約為62.500 Hz。

B測點(diǎn)至爆源的軸向距離為34.338 m，徑向距離為3.301 m，B測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為2.665 49 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為2.867 90 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為3.360 84 cm/s，由于篇幅有限，僅給出了切向振速時(shí)程曲線，如圖4所示，主頻約為100.000 Hz。

C測點(diǎn)由于測振儀布置原因未獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)。

D測點(diǎn)至爆源的軸向距離為14.495 m，徑向距離為1.375 m，D測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.439 70 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.885 00 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為5.312 40 cm/s，由于篇幅有限，僅給出了切向振速時(shí)程曲線，如圖5所示，主頻約為76.923 Hz。

E測點(diǎn)至爆源的軸向距離為4.483 m，徑向距離為0.425 m，E測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為3.178 60 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為2.375 90 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為3.944 20 cm/s，由于篇幅有限，僅給出了切向振速時(shí)程曲線，如圖6所示，主頻約為76.923 Hz。

3.2 方案二結(jié)果

監(jiān)測方案二中A，B，C，D和E 5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處的振速時(shí)程曲線和頻譜分布曲線如圖7～圖11所示。

A測點(diǎn)至爆源的軸向距離為-2.186 m，徑向距離為20.208 m，A測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.495 40 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.507 29 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.509 50 cm/s，由于篇幅有限，僅給出了切向振速時(shí)程曲線，如圖7所示，主頻約為28.571 Hz。

B測點(diǎn)至爆源的軸向距離為-2.186 m，徑向距離為10.208 m，B測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.589 27 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.601 00 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.691 74 cm/s，由于篇幅有限，僅給出了切向振速時(shí)程曲線，如圖8所示，主頻約為90.909 Hz。

C測點(diǎn)至爆源的軸向距離為17.718 m，徑向距離為1.700 m，C測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.059 27 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.030 20 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.548 80 cm/s，由于篇幅有限，僅給出了切向振速時(shí)程曲線，如圖9所示，主頻約為90.909 Hz。

D測點(diǎn)至爆源的軸向距離為7.826 m，徑向距離為0.742 m，D測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.814 20 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為0.573 50 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.701 80 cm/s，由于篇幅有限，僅給出了切向振速時(shí)程曲線，如圖10所示，主頻約為100.000 Hz。

E測點(diǎn)至爆源的軸向距離為-2.186 m，徑向距離為0.208 m，E測點(diǎn)處垂向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.523 50 cm/s，軸向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.177 20 cm/s，切向質(zhì)點(diǎn)振速峰值為1.247 60 cm/s，此處給出了垂向振速時(shí)程曲線，如圖11所示，主頻約為100.000 Hz。

4 結(jié)語

1)通過方案一和方案二的監(jiān)測結(jié)果可知：隧道掘進(jìn)爆破振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)振速峰值主要出現(xiàn)在水平切向方向上，且主頻較低，均小于100.000 Hz，為了保證地表建(構(gòu))筑物的穩(wěn)定，應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)建設(shè)。

2)隧道掘進(jìn)爆破振動(dòng)3個(gè)方向的質(zhì)點(diǎn)振速峰值隨爆心距的增加整體呈現(xiàn)非線性的衰減規(guī)律，當(dāng)測點(diǎn)均位于掌子面上方時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振速峰值有可能出現(xiàn)在垂直方向上，由此當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)與爆源垂直時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行房屋加固處理。