巖溶地區(qū)隧道爆破振動監(jiān)測與分析
2015-05-29
1. 引言
目前，在隧道的施工建設(shè)中，由于具有較強(qiáng)的適應(yīng)性以及較低的開挖成本等特點，鉆爆法仍然是隧道掘進(jìn)的主要手段，特別對山區(qū)隧道更是如此。但是爆破開挖一方面會對隧道圍巖，特別是軟弱圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯的破壞，這將直接影響隧道施工及運營期間自身的安全穩(wěn)定；另一方面，爆破開挖會產(chǎn)生爆破地振動效應(yīng)，引起地表和其他既有的建筑物、構(gòu)筑物不同程度的破壞。因此，為了確保工程順利進(jìn)行，降低爆破公害，需要建立工程爆破振動控制與監(jiān)測系統(tǒng)。
2. 隧道爆破監(jiān)測
2.1工程概況。
（1）雙碑隧道工程位于重慶市沙坪壩區(qū)，全長4.373Km，穿越中梁山，沿線經(jīng)過西永鎮(zhèn)，歌樂山鎮(zhèn)和雙碑街道。隧道設(shè)計左右線采用分離式雙洞單向三車道，隧道進(jìn)口位于沙坪壩區(qū)西永鎮(zhèn)香蕉園村，地形坡角15°～20°。隧道出口位于重慶二鋼廠耐火分廠十二車間附近，地形坡角20°～25°。兩隧道線路測設(shè)計中線間間距為20m，為小凈距隧道。隧道開挖采用光面爆破或預(yù)裂爆破技術(shù)掘進(jìn)。
?。?）隧道穿越的觀音峽背斜兩翼的三疊系雷口坡組和嘉陵江組地層巖溶和地下水較發(fā)育，同時，本隧道所穿越的中梁山地表水庫、泉眼、魚塘、農(nóng)田、溶溝、溶槽密布，且地表、地下水力聯(lián)系十分復(fù)雜，隧道施工至上述地層時，可能遇到突水、突泥、地表水大量泄漏等施工安全風(fēng)險和引發(fā)環(huán)境災(zāi)害等問題。
?。?）隧道地表村鎮(zhèn)和民居密布，隧道施工過程中地表水大量泄漏，爆破開挖時地表震感明顯，部分位置地表出現(xiàn)輕微沉降現(xiàn)象，上述問題對居民的日常生活以及對地表各建筑構(gòu)筑物的安全產(chǎn)生了一定的影響。
2.2儀器選擇。
（1）本次監(jiān)測采用了由IDTS3850型振動測試儀、IDTS385 Seismograph軟件、計算機(jī)、打印機(jī)等組成的測試系統(tǒng)（如圖1）。
?。?）本儀器具有便于攜帶，分辨率高等特點，其最小分辨振動達(dá)到 0.0016cm/s，讀數(shù)精度達(dá)到0.5%，能有效監(jiān)測遠(yuǎn)離爆破源的振動信號，近年來在爆破振動監(jiān)測中得到廣泛的應(yīng)用。其數(shù)據(jù)記錄為三維振動同步記錄，拾振器1、拾振器2、拾振器3分別測量振動速度的水平徑向分量Vr、水平切向分量Vτ和垂直分量VZ（速度傳感器指標(biāo)見表1）。
表1速度傳感器指標(biāo)指標(biāo)要求1 水平方向 1垂直方向速度靈敏度1 330mv/cm/s±5%1 310mv/cm/s±5%頻率響度1 28Hz～1000Hz±10%1 4Hz～1000Hz±10%幅值線性度1 3%1 3%位移1 0.1μm～2200μm1 0.1μm～2200μm速度1 0.01μm～30cm/s1 0.01μm～30cm/s圈2測試獲得的振動波形圈示例2.3測點布設(shè)。原則上監(jiān)測點布置在位于隧洞拱頂上方及兩側(cè)的學(xué)校、居民房、道路及附屬建筑物、企事業(yè)單位等的建構(gòu)筑物所在地地表面。在本隧道爆破開挖過程中，由于具有溶洞等不良地質(zhì)，存在地表水大量泄漏，部分地段地表出現(xiàn)沉降等現(xiàn)象，因此，為了減輕及控制爆破開挖對地表產(chǎn)生的不利影響，在測點的布設(shè)時按照“在隧道掌子面正上方作為監(jiān)測主要觀測點，對地表重要居民區(qū)個別建構(gòu)筑和發(fā)生了地質(zhì)災(zāi)害的不良地質(zhì)區(qū)進(jìn)行監(jiān)測”的原則進(jìn)行布點，隧道爆破施工時，對各個監(jiān)測點同時進(jìn)行監(jiān)測，并進(jìn)行現(xiàn)場采樣記錄（見圖2），分析振動效應(yīng)。
3. 數(shù)據(jù)采集與分析
3.1公式選用。依據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，爆破振動監(jiān)測相關(guān)系數(shù)一般采用 M.A薩道夫斯基公式計算：
V=K31Q1Rα其中，R為爆破時觀測點距爆源中心點的距離；Q為單響炸藥用量；V為觀測點振動速度；K、α為與爆破點地形、地質(zhì)條件、爆破方式等有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。
3.2數(shù)據(jù)采集分析。
?。?）爆破形式、地質(zhì)和場地等外部條件對爆破振動速度影響較大，結(jié)合工程地質(zhì)勘察資料（雙碑隧道所通過地層巖屬中硬巖石），K及α取值范圍分別為150～250、1.5～1.8。本文以M.A薩道夫斯基公式為基礎(chǔ)，在試爆時對地表沉陷處、拱頂正上方等測點進(jìn)行實地測量，以M.A薩道夫斯基公式對觀測點振動速度最大值與最小值進(jìn)行理論計算，即：
Vmax=250×311501R1.5；
Vmin=150×311501R1.8
