宜万铁路排水支洞爆破振动 对运营隧道影响研究

傅江华

摘 要：在不良地质突出的地段进行爆破作业时，爆破振动是影响工程安全的重要因素。文章通过对宜万铁路新增排水支洞爆破施工对相邻运营隧道的振动速度和应变影响进行监测与分析，研究运营隧道振动速度与应变随着排水支洞爆破施工的变化规律，结果表明，运营隧道振动速度与排水支洞爆破单次爆破进尺密切相关，应变则随着爆破次数的增加而小范围波动。

关键词：铁路;运营隧道;排水洞;爆破振动

中图分类号：U455.41

0 引言

在隧道工程建设中不良地质往往是影响工程安全的重要因素，宜万铁路是一条典型的穿过大量不良工程地质的既有运营铁路隧道，其处于岩溶地区，受地质构造影响显著，具有高水压、岩溶水丰富、溶洞发育等特征，因此，宜万铁路需通过排水支洞进行排水。在宜万铁路云某Ⅰ、Ⅱ号运营隧道新增排水支洞工程中采用钻爆法施工，但钻爆法施工在高效开挖岩体的同时也会带来问题，例如，其引起的隧道塌方以及大变形事故比较多。另外，对于爆破振动激励下的地震波传播方式以及衰减规律，目前还无法从理论上给出统一认可的公式，因此，在每次爆破施工过程中，获取第一手真实准确的爆破地震波数据尤为重要。爆破造成的事故具有突发性、复杂性和毁灭性，有的事故原因是边坡岩石在爆破动力作用下沿原生节理面与母岩分离，岩石在自身重力作用下失稳向坡外滑出。因此，如何控制施工过程中的爆破振动强度并及时反馈，对保证施工安全顺利进行有着十分重要的意义。

1 排水支洞爆破施工

1.1 爆破器材

新增排水支洞爆破施工主爆药采用2号岩石乳化炸药，规格为32 mm×250 mm。使用乳化炸药时，采用20 mm低爆速光爆药卷。掏槽孔、辅助孔、周边孔均采用连续装药，各孔采用底部起爆形式，即先装入反向装药起爆药卷，起爆药卷和所有药卷的聚能穴朝向孔外，起爆雷管采用1～20段的毫秒导爆管雷管。

1.2 爆破参数

恰当合理的爆破参数不仅能够保证每次爆破进尺，而且能够很好地控制爆破振动强度，保证邻近运营隧道的安全。为尽量减少对已有运营隧道的多次扰动，新增排水支洞开挖采用光面爆破，以减轻爆破对周边的扰动，控制超欠挖。光面爆破的主要参数有周边孔的间距、光爆层的厚度、周边孔密集系数、周边孔的线装药密度等。光面爆破参数通过试验确定，并根据现场爆破效果不断进行调整，其典型全断面开挖施工炮孔布置示意图如图1所示（图中1～11为炮孔段别编号），具体参数如表1所示。

2 爆破振动监测与控制

2.1 运营隧道振动速度监测

本次爆破振动速度监测采用泰测科技Blast-NET型爆破测振仪，Blast-NET型爆破测振仪采样速率最高可达10 k次/s，可测频率范围为5～300 Hz，测量振动速度范围为0.001～35 cm/s。该测振仪通过数据传输线与传感器连接，并将传感器收集的振动信号通过电子转换成数字信号并保存。爆破振动数据通过无线路由器直接上传至专门的服务器并可远程下载，通过专业的振动分析软件对数据进行处理和分析，以及波形显示输出。

2.1.1 监测点布置

本次爆破施工的新增排水支洞位于运营隧道侧上方，因此爆破振动速度传感器固定在运营隧道迎爆侧（靠近爆源一侧）边墙拱肩处，见图2。

图3为Ⅰ号运营隧道振动速度监测点示意图，Ⅰ号运营隧道爆破振动速度监测长度为211 m，以新增排水支洞与Ⅰ号运营隧道交点为起点，向两侧以30 m为间隔布置测点，共布置7个测点。由于新增排水支洞长度较小，整个排水支洞施工期间，爆破振动速度测点位置始终不变。

2.1.2 爆破振动分析

图4给出了新增排水支洞爆破引起的Ⅰ号运营隧道典型爆破振动速度波形，由图4可见，爆破引起的隧道振动速度波形明显分成6个区段，段与段之间的时差越来越大，这表明爆破施工很好地避免了不同区段振动波的叠加增强。

图5给出了2018年1月—4月I号运营隧道爆破振动速度监测结果，体现了每日最大振动速度值与其对应的单次爆破进尺之间的关系。由图5可知，爆破振动速度的峰值通常随着爆破进尺的增加而增大，4个月的施工中共有3次振动速度超过控制值5 cm/s。

2.2 运营隧道应变监测

本次运营隧道应变监测采用HC-9000型振弦式应变计，该应变计适合长期埋设在水工建筑物或其它混凝土结构物（如梁、柱、桩基、挡土墙、衬砌、墩以及基岩等）中，通过应变测量测得运营隧道在爆破振动荷载下的应变（应力）值。应变计及埋设示意图如图6所示。

2.2.1 监测点布置

根据本工程的特点，在运营隧道Ⅲ级围岩施工段内布置混凝土应变计，对新增排水支洞爆破施工引起的运营隧道应变进行测量。应变计安装位置与振动速度测量一样，设置在运营隧道迎爆侧边墙处（图2），并沿隧道每30 m布置1个测量断面，根据施工需要在施工過程中进行转移，例如，排水支洞每爆破进尺30 m，监测人员进入运营隧道将4号测点移动至1号测点前方30 m处，以确保Ⅲ级围岩施工段爆源始终位于监测长度范围内。图7为Ⅱ号运营隧道应变测点布置示意图。

2.2.2 应变分析

图8给出了新增排水支洞爆破引起的Ⅱ号运营隧道应变测量结果，由图8可以看出，各测量断面处的监测点应变在新增排水支洞爆破施工过程中均较小，最大应变值为2.124 με，最小应变值为-2.099 με，这表明新增排水支洞爆破施工对运营隧道的应变影响较小。

3 结束语

宜万铁路新增排水支洞爆破施工时对既有运营隧道进行的振动监测分析，很好地反馈了新增排水支洞爆破施工对既有运营隧道振动速度与应变的影响，对施工单位及时优化爆破参数起到了至关重要的作用。新增排水支洞爆破施工引起的运营隧道振动速度与应变通常与新增排水支洞每次爆破掘进进尺密切相关，随着新增排水支洞爆破掘进进尺增加，运营隧道振动速度与应变也随之增加。因此，合理控制新增排水支洞爆破掘进进尺，能够很好地控制爆破振动对既有运营隧道的振动影响。