小净距隧道爆破振动监控量测技术研究

时间：2022-11-06 百科知识版权反馈

【摘要】：小净距隧道是介于普通分离式隧道与连拱隧道之间的一种隧道结构形式。受我国现阶段隧道施工工艺水平的限制，目前小净距隧道多采用传统的钻爆法进行施工。由于双洞之间的中岩墙厚度较薄，所以后行洞爆破施工时必然对先行洞的围岩与衬砌产生较大影响，因此研究先行洞结构振动速度的分布规律，并以此为依据制定简单、可靠的针对小净距隧道的爆破振动监控量测方案具有现实意义。

小净距隧道爆破振动监控量测技术研究

田志宇　李玉文　李海清　王　联

（四川省交通厅公路规划勘察设计研究院　成都　610041）

摘　要　以都汶公路紫坪铺隧道小净距段为研究对象，采用现场试验为研究手段，对后行洞爆破施工时，先行洞初期支护振动速度的分布规律进行研究，得出了先行洞初期支护的最大振动速度出现在迎爆侧拱腰部位垂直于混凝土表面的方向，且该方向的振动速度自该处沿隧道环向、纵向衰减的结论，为小净距隧道爆破振动监控量测的方案制定与简化提供参考。

关键词　小净距隧道　爆破　振动速度　监控量测

1　前　言

小净距隧道是介于普通分离式隧道与连拱隧道之间的一种隧道结构形式。相对于普通分离式隧道，小净距隧道具有接线方便，节约土地等优势；相对于连拱隧道，小净距隧道具有施工工艺简单，造价便宜，防排水易于处理等优点。所以，随着我国山区公路与城市道路建设的不断发展，小净距隧道型式越来越多地被应用，如已建的招宝山隧道、金旗山隧道、里洋隧道、仙岳山隧道^［1～3］，以及在建的紫坪铺隧道和拟建的清凉山隧道等。

受我国现阶段隧道施工工艺水平的限制，目前小净距隧道多采用传统的钻爆法进行施工。由于双洞之间的中岩墙厚度较薄，所以后行洞爆破施工时必然对先行洞的围岩与衬砌产生较大影响，因此研究先行洞结构振动速度的分布规律，并以此为依据制定简单、可靠的针对小净距隧道的爆破振动监控量测方案具有现实意义。

本文以西部交通建设科技项目——“双洞小净距隧道设计、施工关键技术研究”为依托，以现场试验依托工程——都汶公路紫坪铺隧道小净距段为研究对象，对先行洞初期支护的振动速度分布规律进行研究，提出了简化的小净距隧道爆破振动监控量测方案。

2　依托工程概况

紫坪铺隧道左线长4 111 m，右线长4 081 m。隧道汶川端（出口端）与1 500 m长的岷江大桥相接，隧道净距从21．86 m渐变至3．75 m，埋深从121．8 m渐变至5．4 m，围岩级别由Ⅲ级逐渐过渡到Ⅴ级，如图1所示。

紫坪铺隧道的工程地质条件如下^/：

①Ⅴ级围岩段：里程桩号K17＋445～K17＋390（LK17＋440～LK17＋385），净距为3．75～8．53 m，隧道埋深5．4～45．6 m。该段主要为深灰色泥岩为主，夹炭质泥岩及粉砂岩，岩层向洞内倾斜，倾角32°～40°，岩层与轴线大角度相交，发育节理2～3组，裂隙率10～20条/m³。围岩以块碎状镶嵌结构或碎石状压碎结构为主。

②Ⅳ级围岩段：里程桩号K17＋390～K17＋350（LK17＋385～LK17＋345），净距为8．53～12．36 m，隧道埋深为45．6～73．4 m。该段为灰色薄层状泥岩及黄灰色细砂岩互层，岩层向洞内倾斜，倾角35°，岩层走向与轴线呈大角度相交，发育节理2组，裂隙率10～20条/m³。岩体呈块碎状镶嵌结构。

图1　紫坪铺隧道小净距段

③Ⅲ级围岩段：里程桩号K17＋350～K17＋240（LK17＋345～LK17＋235），岩墙净距为12．36～21．86 m，隧道埋深为73．4～121．8 m。该段以黄灰色、灰色中～厚层状细～粗粒砂岩为主，为硬质岩，湿抗压强度为35～78 MPa，岩体纵波3．0～4．5 km/s，岩体完整性系数0．63（属完整）。该套地层夹少量泥岩及炭质泥岩。发育节理2～3组，裂隙率10～20条/m³。轴线与岩层走向呈60°相交，岩层倾向洞内，倾角32°～37°，呈单斜状。岩体呈大块状砌体结构或块碎状镶嵌结构。

3　爆破振动监控量测概况

后行洞开挖时，先行洞的二衬还没有浇筑，所以对先行洞结构振动速度的监控全部针对初期支护。通过量测后行洞爆破开挖时先行洞初期支护的不同部位的振动速度，来了解后行洞爆破开挖对先行洞结构的影响，找出最大振速出现的区域及方向，总结振动速度的分布规律，并以此为依据制订简便可行的小净距隧道爆破振动监控量测方案。

采用北京波谱世纪科技发展有限公司生产的PS-10B型速度传感器、WPS-1600型数据采集系统以及Vib’SYS振动信号采集、处理、分析程序，对先行洞的初期支护振动情况进行监测与分析，如图2所示。

图2　爆破振动量测设备

4　先行洞初期支护的振速分布规律

4．1　振速沿先行洞环向的分布规律

为了研究后行洞爆破时，先行洞初期支护振速沿隧道环向的分布规律，共进行了9组测试（后行洞上台阶爆破时测试了6组，后行洞下台阶爆破时测试了3组），后行洞上台阶爆破时测试的6组揭示的规律基本一致。下面选用一组有代表性的数据，分析说明振速沿隧道环向的分布规律。

4．1．1　测量概况与结果

本组编号为第2组，测量时间为2005年5月4日；后行洞爆破位置K17＋364的上台阶；装药量24 kg（一箱炸药重量）×3＝72 kg；先行洞测试位置K17＋362；测点布设位置的先后行洞净距为11．4 m，属Ⅳ级围岩段；测点布置与测试结果见图3和表1。

注：为了方便分析比较，后行洞的爆破位置统一以先行洞的里程桩号进行标识，所以后行洞爆破位置K17＋364＝LK17＋359。

表1　第2组先行洞初期支护峰值振速统计表

注：①表中X向指的是隧道径向（垂直于混凝土表面方向）；Y向指的是在横截面内垂直于X向的方向（平行于混凝土表面方向）。

②负值表示测点振速方向相反。

图3　第2组爆破振动测点布置图

4．1．2　结果分析与规律总结

图4　第2组峰值速度分布

由图4可以看出：X向峰值速度的最大值出现在测点4（6．95 cm/s，－6．43 cm/s），其次是测点3（5．25 cm/s，－4．19 cm/s）；Y向峰值速度的极值出现在测点4（2．94 cm/s，－4．17 cm/s），其次是测点3（3．09 cm/s，－3．05 cm/s）、测点2（2．44 cm/s，－4．09 cm/s）。

以上测试数据说明最大振速出现在先行洞迎爆侧拱腰位置的X向（垂直于喷射混凝土表面的方向）。X向振速自最大处沿隧道环向衰减。

4．2　振速沿先行洞纵向的分布规律

为了研究后行洞爆破开挖时，先行洞初期支护振速沿隧道纵向的分布规律，共进行了4组测试，所反应的规律基本一致，这里选择一组有代表性的数据进行分析，说明振速沿隧道纵向的分布规律。

4．2．1　测量概况与结果

本组编号为第11组，测试时间2005年4月23日；后行洞爆破位置K17＋379，上台阶；总装药量24 kg；先行洞测试位置：测点1（K17＋359）、测点2（K17＋369）、测点3（K17＋379）、测点4（K17＋399）；测点3所在断面双洞净距8．95 m，属Ⅳ级围岩段；测点布置与测试结果见图5和表2。

注：为了方便分析比较，后行洞的爆破位置统一以先行洞的里程桩号进行标识，所以后行洞爆破位置K17＋379＝LK17＋375。