文育生

義烏市交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理站 浙江義烏 32200

摘要：隨著公路投資的增加，目前不少單線公路正改建成為復(fù)線，但是由于受地質(zhì)條件限制，新建隧道與既有隧道的間距較小，這時(shí)新建隧道施工，特別是爆破作業(yè)，可能影響既有隧道的安全性，危及既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。為了探討隧道爆破振動(dòng)響應(yīng)，本研究采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值分析兩種方法，對(duì)該命題進(jìn)行了有益的分析與探索。

關(guān)鍵詞：新建隧道；既有隧道；爆破振動(dòng)；振動(dòng)響應(yīng)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，公路建設(shè)加速，在不少公路線路施工和改造過(guò)程中，由于受地形地質(zhì)條件制約，既有隧道與新建隧道之間的距離較短，在施工中，經(jīng)常破壞既有隧道結(jié)構(gòu)的安全性。在新建隧道爆破作業(yè)時(shí)，爆破振動(dòng)可改變?cè)袊鷰r的應(yīng)力分布，同時(shí)也對(duì)中硬巖以上圍巖隧道產(chǎn)生影響。為了不影響既有隧道的安全性和穩(wěn)定性，在施工中應(yīng)對(duì)隧道爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，本研究以某隧道隧道為例進(jìn)行了分析。

一、參數(shù)計(jì)算與基準(zhǔn)控制

在本文中，筆者所做的工作，主要是分析不同間距條件下，既有隧道襯砌迎爆側(cè)最大振速、最大主應(yīng)力及安全性評(píng)價(jià)。

爆破振動(dòng)荷載計(jì)算，以公路隧道為例，假定：爆破振動(dòng)荷載均勻分布于隧道洞壁上，以動(dòng)壓力形式施加，垂直于隧道壁面；荷載為三角形，峰值壓力P為3.6MPa，加載12ms，卸載時(shí)間100ms。本文計(jì)算以III類圍巖為主，隧道施工方法為臺(tái)階法[1]。

III類圍巖物理學(xué)指標(biāo)及支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，詳見表1、表2。

而爆破振動(dòng)的基準(zhǔn)控制，首先需要了解既有隧道的健全度、振動(dòng)速度容許值。本文既有隧道的變異顯著容許振動(dòng)速遞為2cm?s-1、有變異容許振動(dòng)速度為3cm?s-1、無(wú)變異容許振動(dòng)速度為5cm?s-1。由于該既有隧道中為出現(xiàn)變異情況，所以本研究的容許振動(dòng)速度取值為5cm/s。在動(dòng)載作用下，混凝土極限強(qiáng)度：C30混凝土動(dòng)載極限抗壓強(qiáng)度為23MPa、動(dòng)載極限抗拉強(qiáng)度為2.4MPa[2]。

二、對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析

（一）既有隧道迎爆側(cè)振動(dòng)速度

本研究既有隧道襯砌最大振速，詳見表3。

由表3可知，新建隧道爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道邊墻影響最大，如新建隧道施工方法為臺(tái)階法，則爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道下臺(tái)階開挖影響大于上臺(tái)階開挖影響。在上臺(tái)階爆破時(shí)，間距<6m時(shí)，既有隧道邊墻、拱肩振速超出極限值，會(huì)造成破壞；在下臺(tái)階爆破時(shí)，間距<15m時(shí)，既有隧道邊墻振速超出極限值，可能產(chǎn)生破壞[3]。

（二）既有隧道襯砌主應(yīng)力分析

在爆破振動(dòng)作用下，既有隧道的應(yīng)力值將發(fā)生較大改變，迎爆側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)將會(huì)大幅上升，且間隔一定時(shí)間。從計(jì)算結(jié)果可知，迎爆側(cè)襯砌內(nèi)側(cè)主應(yīng)力大于外側(cè)。本研究的計(jì)算結(jié)果顯示，如間距<6m，下臺(tái)階、上臺(tái)階開挖的拉應(yīng)力，均超出極限值，既有隧道可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，而其墻腳出不會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，未超出極限值；既有隧道拱肩處間距<6m，開挖上臺(tái)階時(shí)，拉應(yīng)力未達(dá)到極限值，開挖下臺(tái)階無(wú)拉應(yīng)力。同時(shí)，與振速對(duì)比可知，在監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)指標(biāo)為重要指標(biāo)之一，應(yīng)力指標(biāo)相對(duì)寬松[4]。

三、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果情況

復(fù)線隧道長(zhǎng)度為600m，既有隧道與新建隧道平均間隔為15m，隧道內(nèi)的巖石類型以III類圍巖為主，且圍巖的完整性良好、地表無(wú)巖溶發(fā)育，存在地下水發(fā)育。由于既有隧道通車頻率較大，混凝土外觀粗糙，且出水點(diǎn)較多，混凝土存在局部開裂現(xiàn)象。

在布置測(cè)點(diǎn)時(shí)，可將振速指標(biāo)作為控制標(biāo)準(zhǔn)，并行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)。因?yàn)榕R近隧道迎爆側(cè)爆破振動(dòng)速度大，在選擇布置測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選擇在靠近新建隧道一側(cè)，選擇4個(gè)端面，共計(jì)12個(gè)測(cè)點(diǎn)，以找出迎爆側(cè)的最大振動(dòng)方向及部位，行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。本研究的爆破振動(dòng)測(cè)試均采用DSVM-4C型振動(dòng)測(cè)試儀。測(cè)點(diǎn)裝藥量與振速值，詳見表4。

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，筆者總結(jié)出以下幾點(diǎn)：第一，采用臺(tái)階法開挖新建隧道過(guò)程中，進(jìn)行下臺(tái)階底板眼爆破時(shí)的爆破振動(dòng)最大，與計(jì)算結(jié)果相一致；第二，如果新建與既有隧道間距為15m，則既有隧道邊墻最大振速為5cm/s，與計(jì)算結(jié)果相差無(wú)幾；第三，在震源距離較遠(yuǎn)條件下，既有隧道迎爆側(cè)邊墻中上部振動(dòng)速度值較大，而如果震源距離較近，則中下部振動(dòng)速度較大，與計(jì)算結(jié)果相符；第四，爆破振動(dòng)沿掘進(jìn)方向傳播，可為施工安全性提供指導(dǎo)；第四，對(duì)同一測(cè)點(diǎn)的測(cè)速表明，在環(huán)向、縱向及徑向上，徑向振速最大[5]。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，根據(jù)本文分析，可獲得以下結(jié)論：一是復(fù)線隧道的施工，如新建隧道巖石類型為硬巖，則爆破振動(dòng)可危及既有隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，且其邊墻受到影響最大，所以應(yīng)作為施工監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)；二是在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于振速指標(biāo)相對(duì)比較嚴(yán)格，可作為監(jiān)測(cè)指標(biāo)；三是如果新建隧道施工采用臺(tái)階法，且為III類圍巖，則開挖下臺(tái)階時(shí)的爆破振動(dòng)，比上臺(tái)階開挖爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)影響大；四是對(duì)于III類圍巖，上臺(tái)階爆破時(shí)，隧道間距<6m，既有隧道邊墻、拱肩振速超出極限值；下臺(tái)階爆破時(shí)，間距<15m，邊墻最大振速超出極限值，所以在新建隧道施工中，如果處于該影響范圍，需加強(qiáng)對(duì)既有隧道襯砌的保護(hù)，確保施工的安全性；五是III類圍巖既有隧道邊墻部位，爆破動(dòng)載產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大，如間距<6m，拉應(yīng)力超出極限值；拱肩間距<6m，開挖上臺(tái)階時(shí)拉應(yīng)力未超出極限值，而開挖下臺(tái)階時(shí)未出現(xiàn)拉應(yīng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明年，李志業(yè)，關(guān)寶樹.三孔小間距淺埋暗挖隧道地表沉降控制技術(shù)研究[J].巖土力學(xué)，2012，23（06）：821-824.

[2]翁漢民，李志業(yè).隧道仰拱的力學(xué)行為研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013，18（01）：46-53.

[3]張建華.工程措施對(duì)控制隧道圍巖變形的力學(xué)效果研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010，20（05）：27-30.

[4]關(guān)寶樹，何川.三車道公路隧道在不同構(gòu)造應(yīng)力作用下的力學(xué)行為研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2009，20（10）：51-55.

[5]王慷慨，張成滿，溫向東等.鄰近隧道爆破振動(dòng)響應(yīng)的研究[J].巖土力學(xué)，2012，25（01）：129-130.