锚碇隧道掘进爆破的围岩震动效应实验研究

李鹏川

（四川省机场集团有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

随着公路隧道建设的发展，开挖爆破的震害影响日益受到人们的关注。诸多学者对隧道爆破的震动效应进行了研究，其成果主要体现在：一是通过数值模拟得到爆破对围岩扰动范围，对比各种工法对隧道围岩的扰动影响[1]；二是分析围岩等级、净距及支护结构等因素对围岩的震动效应影响[2]；三是以振动监测为依据提出控爆降震措施[3]。这些成果丰富了隧道抗震设计理论，对隧道爆破施工有指导意义，但针对锚碇隧道却鲜有报道。

锚碇隧道作为重要承力构件，爆破后的围岩稳定性关系悬索桥的使用安全和寿命。尤其是锚碇隧道的小净距段，隧道断面大，中隔岩墙厚度小，如何确保在合理的施工效率前提下消除爆破的震害影响是施工面临的重要矛盾之一。要解决这一矛盾，首先需弄清楚开挖爆破对中隔岩墙的振动特性。

本文以雅康高速兴康特大悬索桥锚碇隧道为背景，进行掘进爆破的围岩震动效应实验，通过监测不同位置的振动速度，研究其振动特性及变化规律。

1 工程概况与爆破方案

1.1 工程概况

现场实验选在雅康高速兴康特大悬索桥锚碇隧道工点进行，该桥位于四川省泸定县泸桥镇境内，主桥总长1100m，供主桥承力的锚碇隧道分左右两线，左线长159.5m，右线长157.5m，左右两线的最小净距为9.7m。隧道断面逐渐变大，最小断面尺寸为6.4m×6.6m，拱顶半径3.2m，仰拱半径为4.64m；最大断面尺寸为17.1m×18.37m，拱顶半径8.55m，仰拱半径为12.4m。

隧道围岩等级为IV～V 级，岩性以中风化、强风化闪长岩和蚀变二长花岗岩为主。岩体破碎，呈混合岩化特征，节理裂隙较为发育，开挖稳定性较差。

1.2 爆破方案

为减弱爆破震动效应，隧道分三台阶开挖，即上台阶掘进爆破，中、下台阶拉槽爆破。已有成果[4]表明掘进爆破的震动效应大于拉槽爆破，实验重点研究上台阶掘进爆破的震动效应。上台阶采用楔形掏槽爆破方案，单循环进尺为2.0m，掘进孔孔距控制在0.9～1.2m，排距控制在0.8～1.1m。周边孔采用光面爆破，孔距保持在0.5m 左右，其与最外层掘进孔的间距保持在0.7m 左右。

2 现场爆破实验及结果分析

2.1 爆破实验方案

隧道掘进爆破产生的最大振动速度大多出现在临近隧道迎爆侧的拱腰位置，因此，现场实验以后序洞掌子面为中心，在先序洞迎爆侧拱腰位置沿隧道轴线布设5 个测点，其布置形式如图1 所示。

图1 振动速度测点布置图

为对比分析中隔岩墙的振动特性，选取三个不同掌子面进行爆破实验。第I次实验掌子面距洞口45m，位于锚碇隧道非小净距段；第II 次实验掌子面距洞口75m，位于锚碇隧道非小净距段与小净距段的分界面；第III 次实验掌子面距离洞口120m，位于锚碇隧道小净距段。

2.2 振动监测及结果分析

现场采用TC-4850 爆破测振仪进行振动监测，选取第I 次实验的振动速度波形如图2 所示。波形均呈分段分布，掏槽孔、掘进孔和周边孔爆破形成的地震波基本没有叠加，且掏槽孔爆破产生的地震效应最强烈，周边孔和底板孔爆破产生的地震效应最弱。

图2 第I 次实验测点0 的径向振动速度波形

三次实验的监测数据如表1 所示，每次实验测得径向振速均大于切向振动速度。对比三次实验测点0 的径向振动速度发现，相比第II 次实验，第I 次实验的径向振动速度减小24.5%，第III 次实验的径向振动速度增加43.4%。由此说明，锚碇隧道施工至小净距段后，爆破引起的振动强度增幅明显，这与中隔岩墙厚度减小、隧道断面增大密不可分。分析每次实验数据发现，爆源前后各测点振动速度不断减小，符合爆破地震波在岩体中的衰减特征。测点2 与测点-1 距爆源距离相等，但测点2 的振动速度约为测点-1 振动速度的1.42～1.89 倍，说明掌子面后方的振速衰减幅度大于掌子面前方的振速衰减幅度。造成这种差异的原因在于掌子面前方岩体质点振动主要由应力波引起，后方中隔岩墙存在地震波的绕射和反射现象。

表1 三次爆破实验的振动速度峰值

3 结论

（1）锚碇隧道掘进爆破时，掏槽孔爆破产生的地震效应最强烈，周边孔和底板孔爆破产生的地震效应最弱。

（2）锚碇隧道进入小净距段施工后，掘进爆破引起的振动强度增幅明显。

（3）锚碇隧道掘进爆破产生的地震波在掌子面前后中隔岩墙内发生不同程度衰减，掌子面后方的衰减幅度大于掌子面前方衰减幅度。