擴(kuò)建隧道爆破振動與超前地質(zhì)預(yù)報測試分析

孫尚鵬

摘要：為了保證擴(kuò)建隧道在施工過程的安全，擴(kuò)建隧道的爆破振動與超前地質(zhì)預(yù)報測試在隧道的施工過程中是非常有必要的。本文主要對某擴(kuò)建隧道進(jìn)行了爆破振動與超前地質(zhì)預(yù)報測試分析，并得出了結(jié)論，以期同行參考。

Abstract： In order to ensure the safety of the expanded tunnel during the construction process， the blasting vibration and advanced geological prediction test of the expanded tunnel is very necessary in the tunnel construction process. This paper makes test analysis of the blasting vibration and advanced geological prediction of an extended tunnel， and draws conclusions， with reference to peer.

關(guān)鍵詞：擴(kuò)建隧道;爆破振動;超前地質(zhì)預(yù)報

Key words： expanded tunnel;blasting vibration;advanced geological prediction

中圖分類號：P631? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0149-02

0? 引言

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，過去許多工程不滿足現(xiàn)有交通量的要求，需要進(jìn)行改擴(kuò)建，隧道工程的改擴(kuò)建也變的越來越普遍。隧道在進(jìn)行改擴(kuò)建的既要保證該條隧道在施工過程的安全，又要保證爆破施工引起既有交通線破壞。因此擴(kuò)建隧道的爆破振動與超前地質(zhì)預(yù)報測試在隧道的施工過程中顯得尤為重要。

目前，許多學(xué)者多隧道的爆破振動和超前地質(zhì)預(yù)報進(jìn)行了深入的研究。文獻(xiàn)[1-2]運用有限元軟件對隧道的爆破振動進(jìn)行了分析研究。文獻(xiàn)[3]對新建隧道近距離穿越既有隧道時的爆破振動進(jìn)行了分析研究。文獻(xiàn)[4]采用MIDAS/GTS-NX軟件對新建隧道爆破施工引起既有高速公路擋墻和路基的動力響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[5]結(jié)合實際工程，利用數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果對新建隧道爆破施工時臨近建筑物的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[6]根據(jù)雙護(hù)盾TBM技術(shù)特點，以CCS水電站引水隧洞為工程背景，提出了以地質(zhì)分析法、物探法、和超前鉆探等為主的綜合超前地質(zhì)預(yù)報方法。文獻(xiàn)[7]以某山區(qū)隧道建設(shè)為研究對象，對預(yù)處理出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報。文獻(xiàn)[8]通過對隧道特點和常用的超前地質(zhì)預(yù)報常用的方法進(jìn)行對比分析，建立了一種新的超前地質(zhì)預(yù)報綜合方法體系。文獻(xiàn)[9]將綜合超前地質(zhì)預(yù)報和模糊層次評價相結(jié)合，建立深埋長隧道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測體系。

上述研究為隧道的爆破振動和超前地質(zhì)預(yù)報奠定了堅實的基礎(chǔ)，但是擴(kuò)建隧道與新建隧道存在著一定的差異，因此本文對擴(kuò)建隧道的爆破振動與超前地質(zhì)預(yù)報進(jìn)行了測試分析，為今后類似工程提供參考與依據(jù)。

1? 工程概況

本項目共設(shè)置分離式隧道497.5m/1座，通過對既有雙向四車道隧道原位擴(kuò)建為雙向八車道隧道。既有隧道于2003年完工，采用“新奧法”原理設(shè)計和施工。本隧道主洞建筑限界：凈寬0.75+0.50+2×3.5+2×3.75+0.75+0.75=17.25m，凈高5.0m，相對于兩車道、三車道隧道而言，四車道斷面更加扁平，開挖跨度達(dá)到20m左右，根據(jù)四車道隧道的設(shè)計經(jīng)驗，同時類比其他四車道隧道內(nèi)輪廓，結(jié)合本項目限界要求，并經(jīng)數(shù)值計算分析，制定了內(nèi)輪廓方案為：內(nèi)輪廓采用三心圓，斷面凈面積165.18m2，寬度17.71m，高度11.3m，斷面矢跨比0.426，高跨比0.64。拱部圓心角80°。

2? 監(jiān)測內(nèi)容與結(jié)果

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

2.1.1 爆破振動監(jiān)測? 對于本次爆破振動監(jiān)測，儀器選用UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀。該設(shè)備不僅可以對現(xiàn)場的爆破振動進(jìn)行測試，而且還可以測試現(xiàn)場的沖擊和噪聲等。該設(shè)備具有體型較小、方便攜帶便于操作的優(yōu)點，此外本設(shè)備還可以對測點、多設(shè)備進(jìn)行獨立操作自動完成數(shù)據(jù)采集和存儲，具有掉電保護(hù)功能等優(yōu)點。

為了分析該隧道掌子面爆破施工所產(chǎn)生的振速，對該隧道進(jìn)行了爆破振動數(shù)據(jù)采集，其測點布置如圖1所示。

2.1.2 超前地質(zhì)預(yù)報監(jiān)測

①雷達(dá)地質(zhì)預(yù)報的原理。地質(zhì)雷達(dá)的探測原理是通過發(fā)射高頻電磁波，電磁波在傳輸過程中遇到不同電磁性介質(zhì)分界面時，電磁波中的一部分會反射波回地面，而另一部分則繼續(xù)透過界面向前傳播，當(dāng)電磁波再次遇到界面時，其中一部分電磁波會繼續(xù)被反射回地面。電磁波在傳播過程中，遇到不同的巖層或巖層節(jié)理時，電磁波的反射系數(shù)、衰減系數(shù)以及反射波頻率均不一樣。雷達(dá)接收天線可接收反射回來的電磁波，將反射回來的電磁波輸送給控制單元。通過對反射會來的信號進(jìn)行顯示，并對電磁反射波所帶信息進(jìn)行分析研究，并可獲得被探測地層的層厚、巖層完整性以及巖層含水情況，地質(zhì)雷達(dá)的探測原理如圖2所示。

②地質(zhì)雷達(dá)測線布置。具體在進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報工作時，需要在掌子面布置連續(xù)測線進(jìn)行現(xiàn)場測試，采用線測方式采集數(shù)據(jù)，一般情況下，可在掌子面下部距地面1.5m位置處布置2條來回測線，實際采集位置可根據(jù)開挖方式不同做適當(dāng)調(diào)整，測線布置示意圖和現(xiàn)場檢測照片見圖3、圖4。

現(xiàn)場采集完數(shù)據(jù)以后，可通過后處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而獲取掌子面前方圍巖狀況，為隧道的安全施工提供保障。

2.2 監(jiān)測結(jié)果分析

2.2.1 爆破振動監(jiān)測? 測試探頭分別接著三個通道，每個通道采集一個測點的爆破振動狀況。在測試過程中，隧道襯砌上上布設(shè)通道1和通道2的測試探頭，而通道3的測試探頭則布置于地面上。本次隧道爆破用炸藥量約為24kg，本次爆破處樁號為YK19+928，數(shù)據(jù)采集監(jiān)測點樁號為ZK19+928，對現(xiàn)場測試的結(jié)果進(jìn)行分析，同時對爆破振動結(jié)果進(jìn)行整理，如表1所示。

通過表1可知，在本次爆破用炸藥量情況下，不會對所測隧道造成結(jié)構(gòu)損傷。

2.2.2 超前地質(zhì)預(yù)報監(jiān)測? 地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，其中硬件系統(tǒng)主機(jī)、天線和傳輸電纜等，軟件系統(tǒng)包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及后處理等。在本次超前地質(zhì)預(yù)報監(jiān)測中選用GSSI SIR-3000探地雷達(dá)，在軟件方面選用RADAN6.0系列雷達(dá)軟件。RADAN6.0軟件可以針對各類地質(zhì)異常情況進(jìn)行多道平均、同相軸追蹤、信號偏移、希爾波特變換、褶積與反褶積的濾波變換、傅立葉變換以及強制增益變化等一系列的手段，可以最大程度的保證資料處理的可辨讀性。采集的數(shù)據(jù)圖像如圖5所示。

對圖5分析可知，YK19+930前方30m巖性為中風(fēng)化含角礫凝灰?guī)r，淺灰黃色，巖質(zhì)堅硬，發(fā)育少量陡傾緊閉節(jié)理，巖體較完整-完整。該段地下水主要為基巖裂隙水，賦存于裂隙內(nèi)，水量貧乏，由大氣降水補給，水文地質(zhì)較簡單。

①YK19+930～YK19+920（10m）本段區(qū)域地震波反射波較明顯，結(jié)合掌子面圍巖情況及設(shè)計圖紙可知，圍巖自穩(wěn)能力較差，圍巖結(jié)構(gòu)較不穩(wěn)定，無支護(hù)狀態(tài)下易出現(xiàn)拱頂?shù)魤K或小型坍塌等現(xiàn)象。施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制施工進(jìn)尺、及時支護(hù)，嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行施工。圍巖預(yù)測分級V級（設(shè)計基本分級V級）。②YK19+920～YK19+900（20m）該段區(qū)域內(nèi)電磁波反射相對較弱，預(yù)計該段圍巖完整性較前段有所增強，節(jié)理發(fā)育情況參照當(dāng)前掌子面，應(yīng)依照設(shè)計要求進(jìn)行施工?，F(xiàn)場判定圍巖級別為V級（設(shè)計圍巖級別為V級）。

3? 結(jié)語

①通過爆破振動測試可知：在本次爆破用炸藥量情況下，不會對所測隧道造成結(jié)構(gòu)損傷。②通過超前地質(zhì)預(yù)報測試可知：YK19+930前方30m巖性為中風(fēng)化含角礫凝灰?guī)r，淺灰黃色，巖質(zhì)堅硬，發(fā)育少量陡傾緊閉節(jié)理，巖體較完整。該段地下水主要為基巖裂隙水，賦存于裂隙內(nèi)，水量貧乏，由大氣降水補給，水文地質(zhì)較簡單，與設(shè)計資料相符。

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