錨碇隧道掘進(jìn)爆破的圍巖震動(dòng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究

李鵬川

（四川省機(jī)場集團(tuán)有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

隨著公路隧道建設(shè)的發(fā)展，開挖爆破的震害影響日益受到人們的關(guān)注。諸多學(xué)者對(duì)隧道爆破的震動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行了研究，其成果主要體現(xiàn)在：一是通過數(shù)值模擬得到爆破對(duì)圍巖擾動(dòng)范圍，對(duì)比各種工法對(duì)隧道圍巖的擾動(dòng)影響[1]；二是分析圍巖等級(jí)、凈距及支護(hù)結(jié)構(gòu)等因素對(duì)圍巖的震動(dòng)效應(yīng)影響[2]；三是以振動(dòng)監(jiān)測為依據(jù)提出控爆降震措施[3]。這些成果豐富了隧道抗震設(shè)計(jì)理論，對(duì)隧道爆破施工有指導(dǎo)意義，但針對(duì)錨碇隧道卻鮮有報(bào)道。

錨碇隧道作為重要承力構(gòu)件，爆破后的圍巖穩(wěn)定性關(guān)系懸索橋的使用安全和壽命。尤其是錨碇隧道的小凈距段，隧道斷面大，中隔巖墻厚度小，如何確保在合理的施工效率前提下消除爆破的震害影響是施工面臨的重要矛盾之一。要解決這一矛盾，首先需弄清楚開挖爆破對(duì)中隔巖墻的振動(dòng)特性。

本文以雅康高速興康特大懸索橋錨碇隧道為背景，進(jìn)行掘進(jìn)爆破的圍巖震動(dòng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，通過監(jiān)測不同位置的振動(dòng)速度，研究其振動(dòng)特性及變化規(guī)律。

1 工程概況與爆破方案

1.1 工程概況

現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)選在雅康高速興康特大懸索橋錨碇隧道工點(diǎn)進(jìn)行，該橋位于四川省瀘定縣瀘橋鎮(zhèn)境內(nèi)，主橋總長1100m，供主橋承力的錨碇隧道分左右兩線，左線長159.5m，右線長157.5m，左右兩線的最小凈距為9.7m。隧道斷面逐漸變大，最小斷面尺寸為6.4m×6.6m，拱頂半徑3.2m，仰拱半徑為4.64m；最大斷面尺寸為17.1m×18.37m，拱頂半徑8.55m，仰拱半徑為12.4m。

隧道圍巖等級(jí)為IV～V 級(jí)，巖性以中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化閃長巖和蝕變二長花崗巖為主。巖體破碎，呈混合巖化特征，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，開挖穩(wěn)定性較差。

1.2 爆破方案

為減弱爆破震動(dòng)效應(yīng)，隧道分三臺(tái)階開挖，即上臺(tái)階掘進(jìn)爆破，中、下臺(tái)階拉槽爆破。已有成果[4]表明掘進(jìn)爆破的震動(dòng)效應(yīng)大于拉槽爆破，實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究上臺(tái)階掘進(jìn)爆破的震動(dòng)效應(yīng)。上臺(tái)階采用楔形掏槽爆破方案，單循環(huán)進(jìn)尺為2.0m，掘進(jìn)孔孔距控制在0.9～1.2m，排距控制在0.8～1.1m。周邊孔采用光面爆破，孔距保持在0.5m 左右，其與最外層掘進(jìn)孔的間距保持在0.7m 左右。

2 現(xiàn)場爆破實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 爆破實(shí)驗(yàn)方案

隧道掘進(jìn)爆破產(chǎn)生的最大振動(dòng)速度大多出現(xiàn)在臨近隧道迎爆側(cè)的拱腰位置，因此，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)以后序洞掌子面為中心，在先序洞迎爆側(cè)拱腰位置沿隧道軸線布設(shè)5 個(gè)測點(diǎn)，其布置形式如圖1 所示。

圖1 振動(dòng)速度測點(diǎn)布置圖

為對(duì)比分析中隔巖墻的振動(dòng)特性，選取三個(gè)不同掌子面進(jìn)行爆破實(shí)驗(yàn)。第I次實(shí)驗(yàn)掌子面距洞口45m，位于錨碇隧道非小凈距段；第II 次實(shí)驗(yàn)掌子面距洞口75m，位于錨碇隧道非小凈距段與小凈距段的分界面；第III 次實(shí)驗(yàn)掌子面距離洞口120m，位于錨碇隧道小凈距段。

2.2 振動(dòng)監(jiān)測及結(jié)果分析

現(xiàn)場采用TC-4850 爆破測振儀進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測，選取第I 次實(shí)驗(yàn)的振動(dòng)速度波形如圖2 所示。波形均呈分段分布，掏槽孔、掘進(jìn)孔和周邊孔爆破形成的地震波基本沒有疊加，且掏槽孔爆破產(chǎn)生的地震效應(yīng)最強(qiáng)烈，周邊孔和底板孔爆破產(chǎn)生的地震效應(yīng)最弱。

圖2 第I 次實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)0 的徑向振動(dòng)速度波形

三次實(shí)驗(yàn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1 所示，每次實(shí)驗(yàn)測得徑向振速均大于切向振動(dòng)速度。對(duì)比三次實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)0 的徑向振動(dòng)速度發(fā)現(xiàn)，相比第II 次實(shí)驗(yàn)，第I 次實(shí)驗(yàn)的徑向振動(dòng)速度減小24.5%，第III 次實(shí)驗(yàn)的徑向振動(dòng)速度增加43.4%。由此說明，錨碇隧道施工至小凈距段后，爆破引起的振動(dòng)強(qiáng)度增幅明顯，這與中隔巖墻厚度減小、隧道斷面增大密不可分。分析每次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，爆源前后各測點(diǎn)振動(dòng)速度不斷減小，符合爆破地震波在巖體中的衰減特征。測點(diǎn)2 與測點(diǎn)-1 距爆源距離相等，但測點(diǎn)2 的振動(dòng)速度約為測點(diǎn)-1 振動(dòng)速度的1.42～1.89 倍，說明掌子面后方的振速衰減幅度大于掌子面前方的振速衰減幅度。造成這種差異的原因在于掌子面前方巖體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)主要由應(yīng)力波引起，后方中隔巖墻存在地震波的繞射和反射現(xiàn)象。

表1 三次爆破實(shí)驗(yàn)的振動(dòng)速度峰值

3 結(jié)論

（1）錨碇隧道掘進(jìn)爆破時(shí)，掏槽孔爆破產(chǎn)生的地震效應(yīng)最強(qiáng)烈，周邊孔和底板孔爆破產(chǎn)生的地震效應(yīng)最弱。

（2）錨碇隧道進(jìn)入小凈距段施工后，掘進(jìn)爆破引起的振動(dòng)強(qiáng)度增幅明顯。

（3）錨碇隧道掘進(jìn)爆破產(chǎn)生的地震波在掌子面前后中隔巖墻內(nèi)發(fā)生不同程度衰減，掌子面后方的衰減幅度大于掌子面前方衰減幅度。