交叉隧道施工中爆破振动影响监测探讨

寇峰 周其辉

中国水利水电第十工程局有限公司 四川 成都 610032

前言

新时期国家道路交通工程规模持续发展，伴随公路网集中规划和高速铁路持续增多，地区主干道不断完善。这类要素演化为交通网络的交叉方式施工，山地、交叉式道路工程逐渐增多，钻爆法造成的振动作用常常在建筑设施中造成难以预防的危害，所以，对工程爆破的振动破坏做好信息化管理检测是必要的，让工程爆破检测能够引导后期工程爆破设计、施工。

国内外研究者利用现场检测方式对工程爆破振动做了大量科学研究，双洞隧道工程施工爆破检测是其中典型案例，解析了隧道开挖工程施工对岩洞周边原始岩层的危害，指出混凝土结构振动速度大于70cm/s时，要对隧道工程主要结构做好实地检测。在新建某河渠隧道交叉工程中，以调水渠工程受到的影响为重点案例，对实测数据信息进行分析，根据数据资料解析结论制定爆破实施方案，以模拟计算方式检验实施方案，最终利用交叉施工以及确认的工程爆破检测结论，对比实施方案和预测，提出了分三阶段全面扩大工程爆破挖掘方式，对现场爆破数据检测进行分析，利用振动波传递规律，为后期施工提供了实测依据。这里以我国的一个交叉式道路工程为例作要点解析。

1 项目概况

该隧道工程是地区级主干道上的双向六车道单独双洞隧道工程施工，左右隧洞和已有高速铁路隧道呈交叉式，最小洞径分别为7.360米，7.855m，地质勘查资料表明，下有目前隧道工程施工状况，交接点前后约200米范围内的岩层状况基本相同，岩性为含泥石灰岩，属易损、脆弱、可溶岩层[1]。

2 振动检测

研究表明竖向媒介表层的质点活动速率是造成房屋建筑毁坏的首要因素，建筑设施的毁坏程度与路基质点振动速率、范围有较大的关联。选择质点典型速率作为判断振动危害强度根据，是波在媒介中传递的固定幅值，其量级较小。

（1）测试系统。由测振仪、感应器、手提电脑和各种打印机构成，能检测建筑设施的振动速率，完成传输、收集、过程记录、解析出图功能。

（2）测试设备。本项目所选择的设备为TC-4850爆破测振仪，携带型体型小、重量轻、耐压、防抗、稳定实用，连接集成三向感应器实现多种类型动态检测、统计和分析。同时采用L20型测试仪，为速率型，主震为三分量振动速率主震荡器，分析系统为L20（速率）BVA-L20，BVA-L20型，符合行业规范。

本项目具体运用该仪器设备对与爆区毗邻区建筑设施的振动速率的检测。设备选择内触发方法，据震动估算振速，预先设好触发点。

（3）检测目的。本检测项目的爆破工程震动对间距较近居民楼干扰情况，据振动速度与计算理论的比较，即时更改仪器过程基本参数，确保安全施工，把隧道爆破震动对建筑设施的干扰降至最低，确保居民楼安全性。

（4）测点布置。据爆破地震波传递特点，同样标准下间距越大振动速率越小，对建筑设施干扰情况越小。所以，选点尤为重要。测试点地处建筑设施爆区附近，在隧洞交接点引爆面外壁，左右门洞交接点前后设4个检测点。安装在主衬X方位垂直支撑表面方位（指爆炸源），Y方位与隧洞垂直，Z方位为竖向。

（5）爆破措施。人工挖孔桩入岩段爆破炸药采用2号岩石乳化炸药，孔桩掘进爆破炸药通常采用非电毫秒雷管，掏槽采用楔型槽。越靠近交接点每段用量越大，逐步调节，每段用量从初始的48公斤逐步缩减[2]。

3 施工期安全防范措施

据制定标准，关键控制环节是爆破振动波及其明洞爆破现场造成的坠石。为此我们采用了相对有利方式，设定每段装药量，科学安排爆破次序，使各炮孔有充足自由面。选择通段分散装药减少爆破振动，及时反馈信息引导基本参数调整。为预防明洞爆破造成坠石干扰，采用设备施工。

4 爆破应力理论

工程爆破应力波是解析岩层应力变动的一种方式。装药时，爆破距离越大，爆破应力波过程规律是：冲击波、不稳定冲击波、弹性波、弹性应力波、爆破地震波，大多岩层在撞击载荷影响下，在没进入流体状况前呈现脆弱性，应力和应变力影响遵从朋克定律，工程爆破应力波主要是冲击波，（弹性）应力波，工程爆破波，工程爆破反应波，如图1所示，R0在图片中是爆破半径。

图1 岩石中爆破应力波的变迁

通常现场检测具体位置地处工程爆破源位置，波形衰退后，变成弹性应力波或工程爆破波，均属弹性波，弹性波震荡方程的诱发结果显示，弹性固体中波形有二种，波速超过横波，弹性应力波主要是纵波，检测振动主要是应力波中纵波所造成的目标振动状况。

5 工程爆破振动监测及工程爆破方案

5.1 振动检测仪原理

通常状况下，工程爆破器是压电式的，内装用晶状体和人造极化瓷器，运用压电效应设计，在遭受应力影响时，表层出现电荷的数目和应力大小是线型的影响关系，与应力加速度标值正相关，振动系可依据测定主要参数种类分二种，即振动检测仪的压电加速度计和振动检测仪的压电速度计，后以电器件为基础，加入积分电路，以振动速率得到加速度信号。

6 检测结论

在检测采集数据信息中，X方位峰值速率较大，隧洞结构震动状况也极其显著，主要解析X方位数据；方案论证数据显示，下方高铁隧洞振速为5cm/s，现场共42次，完成后的峰值振速和地震频率检测结论的统计分析结论如表1、表2。

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据测量结果，爆炸速度大部分情况符合方案要求的5cm/s，最大不超过6cm/s。

据前后振速显示，通过交叉点后的振速较小，是由隧道开凿部分产生的，已开挖区域对爆破反应波作用可理解为“谐振作用”。通过与右侧交叉点前后比较，左边洞口振速也较小，因右侧洞口是先行洞，也可同理解释。

振动频率和振速相同是关键因素，越靠近构造就越易于被毁坏，据表2结论，隧道施工内衬振动频率大多数聚集在90Hz～150Hz，之上通常不超过180Hz，90Hz以内情形不小于60Hz，都超过钢筋混凝土共振频率，不易产生共振破坏。对所有振速和频率统计结果显示，振速越高工作频率越大，因此在减低振动速率的同时，振动频率也不会太高。

7 结束语

工程爆破震动现场检测方式是用现代信息法施工中不可缺失的方式，融合实测统计数据，动态调节工程爆破计划方案，保证隧道工程安全高效率施工，从本隧道施工爆破监测状况看来，数据检测大部分是能够达到限定值规定的。工程开凿部分能够影响工程爆破应力波的传递途径，降低建筑物的振速，结构衬里的振动频率通常不高于爆破振动频率，振动速度较低时振动频率也过低，要避免发生造成的谐振破坏。