浙江省水利水电勘测设计院 浙江杭州 310002
摘要：本文以杜鹃谷隧道下穿沙堤支洞爆破施工为例，通过对杜鹃谷隧洞以及沙堤支洞进行爆破振动监测，并对不同隧洞间距情况下既有隧洞的的振动进行了分析。根据分析结果,给出合理的爆破振速控制指标。其研究成果对特殊条件下的下穿设计与爆破施工具有一定的参考价值。
关键词：爆破振动；交叉隧道；振动速度；
0引言
新建隧道在施工过程中会对既有隧道结构的安全性影响主要体现在两个方面，一方面新建隧道开挖会使周围一定范围内围岩应力重分布，另一方面由于隧道爆破振动会对既有隧道结构产生损伤破坏以及降低减弱衬砌结构的强度[1]，尤其是对间距较小且存在质量缺陷的隧道影响更为显著。如何做到既可满足新建隧道施工顺利进行，又不影响既有隧道的结构安全和正常使用，是目前业界重点关注的难题。因此，在施工过程中，必须对隧洞爆破振动进行见监测和分析，特别是对净间距较小的隧洞。本文结合杜鹃谷隧道下穿沙堤支洞，通过现场实测监控量测，对上下交叉隧洞爆破施工相互间的影响进行研究，提出合理有效的控制措施及监控手段，保证施工的顺利进行以及两隧道的安全。[]
1 工程概况
沙堤支洞全长385米，洞径5.3米，洞口高程59.9米，下方杜娟谷交通隧洞通过。作为溪口北环线的重要组成部分，杜鹃谷隧道北起雪窦山旅游集散中心，南至溪口沙堤村与江拔线相连，隧道总长3183米。隧道采用双向四车道，最大开挖高度为12.38米，左右隧洞净宽各15米。
该段围岩岩性为泥质粉砂岩、砾岩，新鲜岩石属于三类围岩，岩体较完整。两洞平面布置图及洞口位置情况见图1.1-1
图1.1-1 两洞平面位置图
沙堤施工支洞与杜娟谷隧洞的交叉段直线距离最短为20米，交叉段距离杜鹃谷隧洞约为170米，距离沙堤支洞洞口约为50米。上下隧洞短时间内交叉穿越，沙堤支洞略早于杜鹃谷交通隧道。
（1）监测内容
主要监控在沙堤支洞爆破开挖过程中，爆破振动对下方杜鹃谷隧洞的影响以及杜鹃谷隧洞爆破开挖过程中对沙堤支洞的影响。考虑到施工进度计划的安排，沙堤支洞的开挖要先通过交叉段，因此主要侧重于监测杜鹃谷隧洞下穿交叉段期间的沙堤支洞的安全。
（2）监测方法
1）针对爆破振动衰减规律的观测。在结合现场地形、地质条件推算出有关的系数和衰减指数K、α。
2）在沙堤支洞洞内交叉段附近设置质点振速监测点。
（3）监测仪器
中科院TC-4850爆破测振仪，精度（1mm/s）。
3 爆破振动测试数据
爆破产生的冲击波常常危及周围建筑物的安全和稳定，隧道衬砌和围岩的安全与否不仅取决于隧洞结构的抗振能力，而且与震动波的强度有关。因此在实施爆破前应先评定其可能产生的振动等级，以便将振动破坏等级控制在安全范围内。目前，国内外大都采用质点振动速度作为衡量隧洞受爆破震动影响的主要物理量，关于爆破振动研究也是以振动速度的测量和分析为依据[2]。本文根据我国《爆破安全规程》（GB6722-2014）[3]规定的允许爆破振动速度和破坏标准，对水工隧洞、交通隧洞提出的安全允许质点振动速度标准为：
沙堤支洞的安全允许质点振动速度小于7.0cm/s。
交通隧洞的安全允许质点振动速度小于10.0cm/s。
当沙堤支洞爆破时，在杜鹃谷开挖面所测的质点振速最大为0.31cm/s，远小于规范规定的10cm/s。由计算数据和现场监测数据可知，沙堤支洞在正常情况下的爆破开挖，不会对杜鹃谷隧洞的安全造成影响。
3.2 杜鹃度隧洞爆破开挖对沙堤支洞的影响
经过前期的现场监测以及计算可知，沙堤支洞的爆破不会影响到杜鹃谷隧洞的安全，考虑到杜鹃谷隧洞开挖半径大，最大段装药量为92kg，因此主要侧重于监测杜鹃谷隧洞通过交叉段期间的沙堤支洞的安全。
当沙堤支洞通过交叉段时，杜鹃谷隧洞掌子面距交叉段尚有130米，测试人员在沙堤支洞洞内交叉段附近设置质点振速监测点，实时监测杜鹃谷隧洞下穿交叉段期间沙堤支洞的质点振速变化，质点振速变化见图3.2-1。
图3.2-1 沙堤支洞洞内交叉段质点振速变化
杜鹃谷隧道向交叉段爆破开挖过程中，在距交叉段60米范围内有4次监测质点振速超过规范允许值，其中有两次振速达到16cm/s。远远超过7cm/s的规范允许值。由以上数据分析可知，杜鹃谷隧道爆破施工对位于交叉处水平距离60米以内的沙堤支洞的安全造成较大的影响，若不采取措施，既有隧道的安全将无法保证，所以必须采取特别支护和加强措施。
为确保工程的安全，采取以下措施：相互签订安全协议，双方管理人员互留联系电话，建立沟通机制，提前向对方提供洞内进度情况和未来的进度安排，确保双方错开爆破时段施工，在50米范围以内爆破时，杜鹃谷隧洞对该段隧道进行分断面开挖控制，最大单响药量需控制在9.8kg以内等。
依据现场实验和监测分析成果，采取控制爆破措施后，杜鹃谷隧道在穿越交叉段下方时，区间实测质点最大振速未超过3cm/s。小于规定的允许值，满足工程要求。
3.3 隧道接近度的划分
隧道近接影响范围主要由施工种类、新建隧道大小、设计施工方法、近接位置关系、地质条件、隧道衬砌健全度等因素确定。但在实际工程中很难严格确定近接施工影响范围。主要以两隧道的相对位置关系作为评判标准，将近接度划分为需采取措施影响范围、注意范围和无影响范围。对于在注意范围内的近接工程采用专门的设计施工方法。根据接近度的划分，应采取的措施见表3.3-1。
表3.3-1 安全影响分级
当新建隧道从既有隧道下方交叉穿过时，会使既有隧道产生向下的变形，近距很小时，可能造成既有隧道发生沉降，影响安全。根据本工程现场实际情况和监测数据并参考《爆破安全规程》，将大洞径隧道下穿既有小洞径隧道的接近度划分为3级，见表3.3-2
4 结论
（1）考虑到大洞径公路隧洞在开挖后支护比较及时，因此大洞径公路隧道具有更高的支护储备。小洞径隧道在爆破开挖过程中对下方大洞径公路隧道的影响较小。
（2）通过萨道夫斯基振速衰减公式对爆破振动速度传播规律进行分析，根据实际工程和现场监测数据并参考《爆破安全规程》，将大洞径隧道下穿既有小洞径隧道的安全影响依据爆破振速分为3级，分别为微影响区、较大影响区、安全影响区。
（3）根据以往的研究成果，既有隧道结构受爆破施工影响最大部位在迎爆侧，因此对于该隧道也选取迎爆侧监测点进行爆破振动监测，采集不同条件下的爆破振速，对爆破数据进行回归分析，调整爆破参数，优化爆破方案，使杜鹃谷隧道爆破对沙堤支洞的影响得到有效控制，取得了较好的效果。
参考文献：
[1] 文曦.既有隧道受临近隧道爆破开挖影响及安全性评估研究.武汉理工大学,2008.
[2] 毕继红,钟建辉.邻近隧道爆破震动对既有隧道影响的研究[J].工程爆破。2004.69-73
[3] GB6722-2014 爆破安全规程[S].北京:中国标准出版社, 2014.
[4] 关宝树.隧道工程施工要点集.北京:人民交通出版社.2011.
论文作者:朱斌,李冠豪,高起林
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/28
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