软弱围岩中大跨度小净距隧道爆破振动监测与分析.docx

软弱围岩中大跨度小净距隧道爆破振动监测与分析
兰明雄(泉州市公路局，泉州362000)
摘要沈海高速公路泉州-厦门段扩建工程中隧道部份均采用小净距布置型式，隧道爆破将对既有隧道的围岩，尤其是对中夹岩稳定性造成较大的影响。为确定合理的爆破装药量以确保临近隧道围岩在爆破振动时的稳定性，通过现场监测，得到了软弱围岩中隧道爆破围岩的振动速度历时曲线和爆破地震波在小净距隧道中夹岩中的传播规律，并提出了确保工程稳定的合理装药量，研究成果为工程的设计与施工提供了科学依据。关键词隧道工程振动小净距大跨度微差爆破稳定性
1引言小净距隧道是继分离式隧道、连拱隧道后出现的一种适应性较强的新型隧道形式。随着我国高等级公路的发展，小净距公路隧道将成为高等级公路隧道的重要组成部分。小净距隧道施工过程中围岩的力学性态不仅受到岩石的生成条件和地质作用的影响，还受到隧道开挖方式、支护参数、支护时机等的影响，寻求正确反映岩体性态的物理力学模型是非常困难的[1]。爆破作业是小净距隧道施工的难点,且因为中间岩柱的宽度较小，后开挖隧道的爆破振动对先开挖隧道产生较大影响。因此，如何完善现代隧道爆破技术，控制隧道开挖轮廓以及爆破震动对隧道支护结构与围岩的扰动，是当前公路隧道建设中的重要研究课题之一[2-8]。国际上隧道爆破围岩损伤控制的基本做法是：首先预测隧道开挖过程中开挖轮廓面处的质点峰值振动速度分布，然后根据围岩的质点峰值振动速度经验判据估算爆破损伤影响范围及隧道开挖轮廓面的爆破方式，并校核设计爆破孔网参数及最大单响药量。在此过程中，关键是确定隧道开挖过程中轮廓面处的质点峰值振动速度[9]。2工程背景大帽山隧道位于沈海高速公路泉州-厦门段扩建工程A8标段，扩建方案为在原两洞之间新建一座四车道隧道，并将右洞扩建为四车道。其特点：①新建两洞轴线仅29.61m，中间岩核净宽8.83m，约0.4B（B为隧道开挖跨度）。新建与既有左线隧道中间岩核净宽5.89m，均属特小净距隧道；②隧道在Ⅴ级围岩中开挖跨度达22m，扁平率约为0.626，属软弱围岩中大跨度扁平隧道（四车道大断面小净距隧道在国内外少见）；③国内基本无可类比的工程，设计及施工经验极少；④《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）中部分条款不适用本隧道的设计；⑤工期紧。隧道区属构造剥蚀微丘地貌，穿越的地层岩性为强～弱风化的花岗岩。左右线均位于线路直线段上，长度为600m。左洞进口桩号ZK459+583.43，出口桩号为ZK460+183.43；右洞进口桩号为YK459+580，出口桩号为YK460+180。3软弱围岩中隧道爆破振动现场监测采用四川拓普测控科技有限公司生产的UBOX20016型及成都中科动态有限公司生产的IDTS3850型爆破震动监测专用仪器。测点布置遵循以下几个原则：
(1)最大震动断面发生的位置和方向监测；
(2)爆破地震波衰减规律观测；
(3)爆破地震效应跟踪监测。对大帽山隧道爆破振动监测数据《华侨大学大帽山隧道爆破振动监测成果阶段报告》进行分析，可以得到：3.1爆破地震波传播规律(1)利用最小二乘法，将大帽山不同围岩的监测数据代入萨道夫斯基公式进行拟合，获得Ⅳ、Ⅴ级围岩中上、下导坑爆破K、α值如表1所示。
围岩种类隧道位置导坑K,α合成垂直切向径向KαKαKαKαⅤ
进口右侧上51.831.4511.101.264.120.873.730.36进口左侧上200.791.9721.431.5423.391.26707.302.94下63.231.4330.321.3136.231.4370.871.49出口右侧上59.101.1013.550.9112.260.6968.871.13出口左侧上63.101.0955.801.2333.010.9733.971.10下85.030.94120.261.3144.960.87103.961.11Ⅳ进口右侧上26.001.032.490.549.050.8148.071.34进口左侧上33.051.0717.251.118.830.7931.051.06出口右侧上132.711.0042.210.76106.771.20169.730.76出口左侧上70.390.9116.180.5825.570.5861.980.93表1大帽山Ⅳ、Ⅴ级围岩中上、下导坑爆破K、α汇总表
(2)图1~4为大帽山隧道进、出口端不同围岩的ρ-v曲线，其中△表示用来回归K,α的数据，○表示用来验证回归曲线的数据（部分数据来自中科院武汉岩土力学研究所）。由图1~4可以看出验证数据与拟合曲线具有良好的相关性，说明拟合曲线可以用来验证测点是否准确。
（a）进口Ⅳ级围岩切向

（b）进口Ⅳ级围岩径向
（c）进口Ⅳ级围岩垂直方向

（d）进口Ⅳ级围岩合矢量图1大帽山隧道进口端Ⅳ级围岩ρ