矿山法下穿既有线的爆破振动监测分析

唐明发

（中国铁路南昌局集团有限公司厦门工务段，福建厦门 361000）

0 引言

钻爆法因其广泛的适用性和良好的经济性而常作为山岭隧道的开挖方式。但由于城市基础交通的迅猛建设与地下空间的大量开发，新建隧道总处于复杂的周边环境中，新建隧道上跨或下穿既有建（构）筑物的情况已然难以避免[1-3]。在此背景下，如何在采用钻爆法的同时控制和减小对周边环境的影响成为设计和施工过程中的一个重要问题。众多研究人员已经从多个角度对新建隧道周边环境的影响展开研究[4-7]。

1 工程概况

新建大帽山1、2 号隧道是福厦客专进岛联络线的两条单线铁路隧道，该区域地表多为人工填土及第四季全新统冲洪积层，基岩主要为强风化凝灰岩及花岗岩。其中，1 号隧道先期施工长度445m，并在XLSDK2+090 处下穿既有动走2 线新刘塘1 号隧道，最小净距8.3m。2 号隧道先期施工长度675m，并在XLXDK2+360 处下穿既有动走2 线新刘塘1 号隧道，最小净距6.9m。新建隧道与既有隧道平面相对位置见图1。

图1 先期施工段隧道平面相对位置示意图

由于下穿段隧道与既有线间距小，因此将横距小于30m 区段划定为控制爆破范围，此处横距指爆破点与既有隧道迎爆侧外轮廓边缘直线距离。1 号隧道控制爆破范围对应图1 中1-1 至2-2 截面，长度约132m，2 号隧道控制爆破范围对应图1 中3-3 至4-4截面，长度约127m。

2 下穿段施工与检测方案

2.1 分段控制施工方案

在下穿段需要严格控制施工扰动以保障营业线安全，因此下穿段采用分段施工方案，具体分段方案见表1。

表1 爆破施工方案分段计划

2.2 爆破方案

以台阶法进行开挖，采用数码电子雷管进行控制爆破，辅以减震孔控制爆破振动，进而保障施工期间既有线运营安全。

以横距小于11m 下穿段为例，该范围内采用“控制爆破+减震孔+机械掏槽”的施工方案。采用台阶法施工，在上台阶原爆破掏槽区域，利用绳锯设备切割出一块长方体提供临空面。上台阶炮眼增设68 个减震孔，均匀分布在距离开挖轮廓线内侧60cm 处；下台阶采用单边幅两次施工。炮孔布置位置如图2所示。

图2 炮孔布置及起爆顺序图

2.3 监测方案

下穿段施工过程中，开挖与支护将产生卸载与加载过程，引起地层应力重分布，爆破施工将产生冲击波与地震波，可能诱发地层变形或既有结构损坏。因此需要注意控制对既有营业线路的影响，在施工前需对既有铁路隧道结构及设备的健康状况进行调查，在施工过程中需按照安全评估意见对影响范围内的铁路营业线隧道、轨道等的状态进行监测，其监测项目应包含隧道沉降、隧道收敛、爆破振动、异物侵限等。对应分段控制施工方案，同样按照横距设置分段监测方案[8-9]，具体监测方案见表2。

表2 监测方案分段计划

3 监测结果分析与讨论

由于爆破冲击波在传播过程中将最终衰减为地震波，而冲击波在地层中的衰减过程受众多因素影响，因此在大尺度范围内研究爆破振速的拟合关系是不合适的。且既往研究表明，爆心距是影响爆破振速峰值的重要因素[10-11]。考虑到这一问题，选取新建隧道里程XLSDK2+048.8—XLSDK2+090.0 段爆破施工X2DK1+570.0 处测点爆破振速峰值为研究对象。该段长度约40m，且包含3 个横距分段，满足本文对于下穿段爆破振速峰值的研究需求。

将该里程段监测数据绘制为图3 所示散点图，其中横轴为新建隧道当前掌子面所处里程，纵轴为既有动走2 线X2DK1+570.0 处测点测得爆破振速峰值。从散点图分布可以看出，爆破振速峰值随掌子面靠近监测点呈增长趋势，且爆破振速峰值并未超过2.5m/s，满足施工方案要求。

图3 X2DK1+570.0 处测点爆破振速峰值

从图3、图4 可以看出爆破点与监测点距离和爆破振速峰值之间展现出一定规律性，因此本文提出以萨道夫斯基公式为理论基础，将前期施工数据作为样本，通过回归分析得到萨道夫斯基公式中常数，并以其指导后续施工。经过回归分析得到K=98，α=1.8，其均方根误差RMSE=0.29，说明拟合效果较好。

图4 爆破振速计算值与实测值对比图

4 结论

本文介绍了新建大帽山隧道钻爆法下穿既有动走2 线分段控制施工方案，通过分析实时振动监测数据，得到钻爆法下穿施工对既有隧道的影响规律，主要结论如下。

其一，该工程以横距为依据，采用分段控制施工方案、减震炮孔等措施减小爆破对既有线的影响。通过分析实时监测结果，验证分段控制施工方案对爆破振动控制的有效性与适用性，可为同类工程提供参考。其二，通过新建大帽山1 号隧道里程XLSDK2+048.8—XLSDK2+061.7 段钻爆法施工在既有动走2线处的爆破振动监测数据拟合萨道夫斯基公式，并通过该公式计算后续振动监测值，结果表明该公式可以有效地预测后续10m 范围内的振速峰值。该爆破振动效应计算方法简单，且具有一定精度。其三，当爆破里程超过XLSDK2+075.0 后，公式计算值与实测值产生较大偏差，经分析认为是由于公式缺乏对地表形态、地应力、施工方法的考虑。