李陽

（重慶高速公路集團有限公司，重慶 400000）

0 引言

下穿橋梁隧道爆破施工在隧道開挖中應(yīng)用廣泛，但其對周邊既有建筑物的影響難以估量[1-3]。爆破施工的影響因素較多，為保證橋梁運行的安全性，文章以爆破藥量對橋梁振動的影響進行研究，以確定更合理的爆破參數(shù)設(shè)計，為相關(guān)爆破施工提供參考。

1 工程概況

某隧道為分離式長隧道，左幅起訖樁號為ZK4+955—ZK8+070，全長3115m，最大埋深約569.71m，右幅起訖樁號為YK4+925—YK8+020，全長3095m，最大埋深為569.78m。該隧道下穿某高速公路上的一座特大橋，與既有橋梁（10#承臺）相距最小距離為24m。由于右幅隧道進口過于鄰近大橋橋墩，進行隧道爆破施工時會對該大橋的結(jié)構(gòu)安全造成威脅，需要嚴格進行振動控制。因此，分析隧道爆破施工對鄰近大橋振動的影響，并得出最優(yōu)裝藥方案，以最大限度地降低對鄰近大橋的振動影響。

2 特殊段雙側(cè)壁導坑法爆破模擬分析

2.1 爆破布孔設(shè)計

根據(jù)隧道施工設(shè)計文件，由于下穿橋梁隧道與既有橋梁（10#承臺）相距最小距離為24m，隧道的圍巖等級為Ⅴ級，且隧道的斷面相對較大。為了應(yīng)對這種情況，采用雙側(cè)壁導坑法進行施工，開挖爆破進尺為1.5m，爆破順序如圖1所示。

圖1 雙側(cè)壁導坑法爆破開挖順序圖

該隧道的開挖順序為①②③④⑤⑥。在①部分中，開挖出先行洞，以增加后續(xù)開挖部分的爆破臨空面。然而，①部分的開挖爆破會對附近的大橋造成較大的振動影響。為確保滿足設(shè)計振動速度要求，需要控制①部分的開挖爆破，如圖2 所示。

圖2 隧道開挖爆破炮孔布置圖

2.2 爆破裝藥量設(shè)計

設(shè)計3 種不同的裝藥量方案，分析在3 種裝藥量方案下，下穿橋梁隧道爆破施工對既有大橋的影響規(guī)律。同時，通過對這3 種裝藥量方案的爆破振動結(jié)果進行對比分析，以找到適用于該隧道斷面的最佳裝藥設(shè)計方案。根據(jù)爆破掏槽布孔參數(shù)，開挖爆破炮孔鉆孔直徑為42mm，采用毫秒雷管起爆，爆破掏槽眼、輔助眼、底板眼、周邊眼的起爆時間分別為0ms、20ms、30ms、40ms、50ms。

計算模型裝藥量如表1 所示。

表1 計算模型裝藥量

2.3 計算模型模擬

2.3.1 模型建立

為了保證計算的準確性，采用三維計算模型，其尺寸取值為：X 方向上邊界為190m，Y 方向上邊界為130m，Z 方向上邊界為140m。整個計算模型共有42324 個節(jié)點和229204 個單元，爆破計算模型如圖3所示。

圖3 隧道爆破計算模型圖

選取測點1（10#承臺）、測點2（10#橋墩上橋面）、測點3（邊跨1/2 截面處橋面）和測點4（11#橋臺橋面）四個測點分析爆破振動對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。

2.3.2 邊界條件

確定邊界范圍，左右邊界上加水平約束，下邊界上加全約束，上邊界為自由邊界。在實際情況下，爆破后應(yīng)力波向各個方向傳播，不存在應(yīng)力波反射的情況。所以在模型中施加無反射邊界條件，以保證爆破數(shù)值模擬與實際情況一致。

2.4 爆破模擬效果分析

以方案三為例，計算得到隧道開挖施工爆破鄰近特大橋測點1（10#承臺）振動速度，如圖4～圖7 所示，其余計算結(jié)果如表2 所示。

表2 方案三各測點爆破振動速度

圖4 測點1-X 方向振動速度圖

圖5 測點1-Y 方向振動速度圖

根據(jù)表2 數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，可以得出橋梁在方案三爆破裝藥量下的振動情況。其中，測點1 的X 方向最大質(zhì)點振動速度為1.56cm/s，Y 方向最大質(zhì)點振動速度為1.13cm/s，Z 方向最大質(zhì)點振動速度為0.89cm/s，質(zhì)點矢量合振動速度最大值為1.81cm/s；測點3 的質(zhì)點矢量合振動速度達到1.80cm/s，Y 方向和Z 方向的振動速度在橋跨中最大，兩端相對較小。同時，X 方向的振動速度隨著測點遠離爆破面而逐漸減小，呈線性規(guī)律。

此外，從數(shù)據(jù)分析中還可以得出，測點1 和測點2的振動速度在不同測量時間內(nèi)的變化較小，波動范圍較小，說明這些位置相對穩(wěn)定；測點3 和測點4 的振動速度變化較大，波動范圍較大，說明這些位置不太穩(wěn)定。在同一測點上，不同方向上的振動速度有所不同，說明振動速度的大小和方向有關(guān)。

通過計算得到方案一、方案二、方案三在不同裝藥量作用下的爆破時，特大橋爆破振動合速度值的變化，如表3 所示。

表3 不同裝藥方案的爆破振動矢量合速度統(tǒng)計表（單位：cm/s）

根據(jù)表3 數(shù)據(jù)可以看出，裝藥量對橋梁振動有直接影響。隨著裝藥量的減小，橋梁的振動速度也相應(yīng)減小，不同測點之間振動速度的差異也會隨著裝藥量的不同而有所變化。方案三較方案一裝藥量減小22.2%，橋梁振動速度整體呈現(xiàn)減小的趨勢，測點1 的速度減小40.85%，測點2 減小49.62%，測點3 減小17.43%，測點4 減小54.47%。這表明調(diào)整裝藥量方案可以控制橋梁振動的速度，并實現(xiàn)不同測點之間振動速度的平衡，從而保證橋梁的安全性。在具體實踐中，可以根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點和使用情況，選擇合適的裝藥量方案。

方案一和方案二的裝藥量較大，測點的振動速度較高，而方案三的裝藥量較小，測點的振動速度較低，但測點1 的振動速度仍然較大，可能需要對方案三進行進一步優(yōu)化。此外，應(yīng)該充分考慮不同測點之間的振動速度差異。在方案一和方案二下，測點1 和測點2 之間的差異最小，表明這兩個測點的結(jié)構(gòu)受到的影響相似，可能是由于它們的位置比較接近。測點1 和測點2 之間的速度差距在方案一和方案二下最小，約為0.53m/s；測點1 和測點3 之間的速度差距在方案三下最小，約為0.01m/s。因此，需要根據(jù)實際情況和橋梁結(jié)構(gòu)特點科學制訂裝藥量方案，以平衡不同測點之間的振動速度。這也表明，在裝藥量較小時，橋面上的邊跨測點所受的影響與承臺測點相似，需要對邊跨位置進行更加詳細的分析。

采用方案一和方案二進行爆破，各測點下合振動速度隨距爆心距離的增大逐漸減小，呈線性相關(guān)關(guān)系，因此應(yīng)合理安排爆破點和裝藥量。采用方案一時，橋梁振動速度從測點1 到測點4 逐漸減小，振動速度從3.06m/s 減小到1.23m/s，減小了59.80%；采用方案二時，橋梁振動速度從測點1 的2.53m/s 減小到測點4 的0.81m/s，減小了67.98%；采用方案三時，橋梁振動速度從測點1 的1.81m/s 減小到測點4 的0.56m/s，減小了69.06%。因此，應(yīng)該合理安排爆破點和裝藥量，以減小振動速度并確保橋梁的安全。

綜上所述，裝藥量方案對橋梁振動有直接影響，需要進行合理設(shè)計和調(diào)整。在具體實踐中需要綜合考慮橋梁的結(jié)構(gòu)特點、使用情況和周圍環(huán)境等因素，制訂合理的裝藥量方案，以實現(xiàn)橋梁不同測點之間振動速度的平衡，保障橋梁的安全運行。

3 結(jié)論

第一，爆破藥量對橋梁振動影響明顯，裝藥量從方案一（37.8kg）到方案三（29.4kg）的減少，使測點1速度平均減小40.85%，測點2 和測點3 分別減小了49.62%和17.43%，應(yīng)根據(jù)實際情況調(diào)整藥量。

第二，不同裝藥量方案下，測點之間振動速度大小存在差異，在方案一和方案二下，測點1 和測點2 之間的速度差距最大，達到0.53m/s；測點1 和測點3 之間的速度差距在方案三下最小，約為0.01 m/s。因此，需要根據(jù)實際情況和橋梁結(jié)構(gòu)特點科學制訂裝藥量方案，以平衡不同測點之間的振動速度。

第三，采用方案一和方案二進行爆破，各測點下合振動速度隨距爆心距離增大逐漸減小，呈線性相關(guān)關(guān)系。在方案一下，測點1 到測點4 的橋梁振動速度從3.06m/s 逐漸降至1.23m/s，減小了59.80%；在方案三下，測點1 到測點4 的橋梁振動速度從1.81m/s 減小到0.56m/s，減小了69.06%。因此，應(yīng)該合理安排爆破點和裝藥量，以減小振動速度并確保橋梁的安全。

第四，裝藥量對橋梁振動有直接影響，應(yīng)科學制訂裝藥量方案，以確保橋梁安全。例如，爆破藥量過大可能導致橋梁損壞，而藥量過小則可能無法實現(xiàn)預期效果，應(yīng)根據(jù)實際情況確定合適的藥量分配方案。

第五，綜合對比，方案三作為該隧道特殊斷面的爆破藥量最為合適。