陶永智 彭文祥 楊子凡 田 野

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院 湖南 長沙 410083；2.有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室(中南大學(xué)) 湖南 長沙 410083)

一、引言

隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷推進，城市地下空間的利用必須合理、高效，其中城市軌道交通扮演著越來越重要的角色。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，截至2018年12月31日,中國大陸已有37座城市開通運營軌道交通線路,合計開通運營139條軌道交通線路,總運營里程達5539公里。同時，中國城市軌道交通在建線路達202條，分布在杭州、成都、廣州、北京等全國46座城市，在建總里程達5520.904公里。在我國城市軌道建設(shè)中，考慮施工技術(shù)及經(jīng)濟效益等方面因素，新奧法是目前城市軌道交通隧道施工采用最主要的方法之一[1]。

為了城市地下空間能得到高效利用，意味著地下空間的開發(fā)會更加徹底，這也導(dǎo)致大量復(fù)雜工曠的涌現(xiàn)，例如越來越多新建隧道工程鄰近既有建(構(gòu))筑物、小凈距平行隧道、上下交叉隧道等形式的近接施工情況，如何保證近距離疊交施工情況下鄰近既有隧道的安全性，將是隧道施工中的重點與難點問題。遇到上述復(fù)雜工況時，信息化指導(dǎo)施工是維護隧道施工安全及周邊既有建(構(gòu))筑物穩(wěn)定的必要手段，而爆破施工監(jiān)測則是信息化施工的重要一環(huán)，其能直接反應(yīng)隧道自身及周邊既有建(構(gòu))筑物的安全狀態(tài)，從而指導(dǎo)施工[2-6]。本文依托福州地鐵6號線蘆岐站-梁厝站區(qū)間礦山法隧道下穿既有出入場線隧道施工項目，結(jié)合現(xiàn)場施工爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析新建礦山法隧道下穿既有緊鄰隧道爆破振動速度傳播規(guī)律。

二、工程概況

蘆岐站～梁厝站區(qū)間，上行線隧道起點設(shè)計里程為SK4+142.398，終點設(shè)計里程SK6+718.493，上行線區(qū)間隧道長度為2579.255m，其中礦山法段為SK4+416.130～SK5+802.000，全長1385.870m；區(qū)間下行線起點設(shè)計里程為XK4+142.398，終點設(shè)計里程XK6+717.233，下行線區(qū)間隧道長度為2584.045m，其中礦山法段為XK4+416.130～XK5+777.000，全長1360.870m。

蘆岐站～梁厝站區(qū)間下穿段與既有出入場線隧道關(guān)系位置圖見圖1。針對蘆岐站～梁厝站區(qū)間礦山法區(qū)間隧道下穿既有出入場線隧道，本文研究對象為擬建區(qū)間上行線平行下穿既有入場線隧道，其中下穿段出入場線隧道二次襯砌支護已完成，平行下穿段里程為SK4+416～SK4+560，下穿長度為144m。上行線下穿段與既有入場線最小豎向間距為3.49m，既有入場線與地面最小豎向間距為8.53m；下穿入場線段隧道拱頂上覆素填土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖(出入場線拱頂上覆中風(fēng)化花崗巖約5.5m)，下穿中風(fēng)化花崗巖，下臥中風(fēng)化花崗巖。

圖1 擬建蘆梁區(qū)間隧道與既有出入場線隧道關(guān)系位置圖

三、現(xiàn)場監(jiān)測

(一)爆破振動監(jiān)測方案

目前國內(nèi)外隧道爆破施工多采用質(zhì)點爆破振動速度作為衡量既有建(構(gòu))筑物受影響的主要物理量[7]。本項目爆破振動速度監(jiān)測儀器主要為TC-4850型爆破測振儀，儀器標(biāo)稱精度為±0.01Hz。采用智能爆破測振儀對距爆破施工隧道掌子面100～150m的監(jiān)測范圍內(nèi)建(構(gòu))筑物直接測定。在區(qū)間隧道掘進的過程中，做到每炮必測，在爆破振動監(jiān)測期間加強周邊建(構(gòu))筑物的巡視。爆破振動測試方法主要為質(zhì)點振動速度的豎直Vz、徑向Vt和切向Vr三個分量。本文研究對象主要為既有入場線隧道，故而關(guān)注的爆破振動監(jiān)測點位主要布設(shè)于既有入場線隧道處，點位布設(shè)原則為距離爆破掌子面水平距離分別為6m、12m、18m、28m以及38m處各布設(shè)一個。

(二)監(jiān)測結(jié)果

因在爆破掌子面上方質(zhì)點處垂直振動速度造成的影響更大，本文只對垂直振速的傳播和衰減規(guī)律進行研究[8-9]。根據(jù)國家標(biāo)準《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)規(guī)定，保護對象所在地質(zhì)點峰值振動速度允許標(biāo)準，確定了隧道工程中判斷安全振速峰值的依據(jù)[10-11]，見表1。

表1 爆破振動安全允許標(biāo)準

本文依托項目為城市軌道交通隧道，取交通隧道爆破振動安全允許振速10～20cm/s。本文受限于篇幅，僅取某典型工況爆破施工時各爆心距測點監(jiān)測數(shù)據(jù)研究，下表為該次施工現(xiàn)場爆破振動實時監(jiān)測數(shù)據(jù)：

表2 現(xiàn)場實測質(zhì)點爆破振動速度

爆破質(zhì)點的振動傳播特性一般采用薩道夫斯基經(jīng)驗公式，如下：

(1)

式中：v為爆破振動速度,cm/s；Q為與峰值振動速度對應(yīng)的最大段起爆藥量，kg；R為爆心距，m；k、α為與地質(zhì)條件、爆破方法相關(guān)的地震波衰減系數(shù)和指數(shù)。

將公式簡化得：

(2)

設(shè)：

(3)

lnv=y

(4)

lnk=b

(5)

可得：

y=αx+b

(6)

將表2中現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)按上式(3)、(4)分別計算x、y值，整理得表3：

表3 現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)整理表

剔除離散型較大者“測點1”，得線性擬合曲線如下圖：

圖2 數(shù)據(jù)擬合圖

由擬合線性曲線可得，α=a=2.10，k=eb=e5.3352=207.51，代入(1)式得本項目既有隧道爆破施工質(zhì)點的振動傳播特性規(guī)律如下：

(7)

圖3可看出現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與爆破質(zhì)點的振動傳播特性規(guī)律擬合度達到97.53%，因此可認為式(7)中質(zhì)點振速衰減系數(shù)和指數(shù)具有指導(dǎo)本項目施工和其他類似工程施工參考意義。

四、結(jié)論

1)福州地鐵6號線蘆岐站-梁厝站區(qū)間礦山法隧道下穿既有出入場線隧道爆破施工質(zhì)點振速的衰減參數(shù)k=207.51，α=2.10，現(xiàn)場實測振動質(zhì)點傳播規(guī)律與薩道夫斯基經(jīng)驗公式吻合較好，擬合度達到97.53%，具有參考意義，可用于指導(dǎo)本項目施工，對其他類似工程施工具有參考意義；

2)施工現(xiàn)場監(jiān)測最大爆破振速測值為8.14cm/s，數(shù)值模擬計算最大爆破振速為10.18cm/s，均接近控制值，在施工過程中須嚴格控制爆破參數(shù)以防爆破施工對既有隧道的損害。