岩溶地区隧道爆破振动监测与分析
2015-05-29
1. 引言
目前，在隧道的施工建设中，由于具有较强的适应性以及较低的开挖成本等特点，钻爆法仍然是隧道掘进的主要手段，特别对山区隧道更是如此。但是爆破开挖一方面会对隧道围岩，特别是软弱围岩的稳定性产生明显的破坏，这将直接影响隧道施工及运营期间自身的安全稳定；另一方面，爆破开挖会产生爆破地振动效应，引起地表和其他既有的建筑物、构筑物不同程度的破坏。因此，为了确保工程顺利进行，降低爆破公害，需要建立工程爆破振动控制与监测系统。
2. 隧道爆破监测
2.1工程概况。
（1）双碑隧道工程位于重庆市沙坪坝区，全长4.373Km，穿越中梁山，沿线经过西永镇，歌乐山镇和双碑街道。隧道设计左右线采用分离式双洞单向三车道，隧道进口位于沙坪坝区西永镇香蕉园村，地形坡角15°～20°。隧道出口位于重庆二钢厂耐火分厂十二车间附近，地形坡角20°～25°。两隧道线路测设计中线间间距为20m，为小净距隧道。隧道开挖采用光面爆破或预裂爆破技术掘进。
（2）隧道穿越的观音峡背斜两翼的三叠系雷口坡组和嘉陵江组地层岩溶和地下水较发育，同时，本隧道所穿越的中梁山地表水库、泉眼、鱼塘、农田、溶沟、溶槽密布，且地表、地下水力联系十分复杂，隧道施工至上述地层时，可能遇到突水、突泥、地表水大量泄漏等施工安全风险和引发环境灾害等问题。
（3）隧道地表村镇和民居密布，隧道施工过程中地表水大量泄漏，爆破开挖时地表震感明显，部分位置地表出现轻微沉降现象，上述问题对居民的日常生活以及对地表各建筑构筑物的安全产生了一定的影响。
2.2仪器选择。
（1）本次监测采用了由IDTS3850型振动测试仪、IDTS385 Seismograph软件、计算机、打印机等组成的测试系统（如图1）。
（2）本仪器具有便于携带，分辨率高等特点，其最小分辨振动达到 0.0016cm/s，读数精度达到0.5%，能有效监测远离爆破源的振动信号，近年来在爆破振动监测中得到广泛的应用。其数据记录为三维振动同步记录，拾振器1、拾振器2、拾振器3分别测量振动速度的水平径向分量Vr、水平切向分量Vτ和垂直分量VZ（速度传感器指标见表1）。
表1速度传感器指标指标要求1 水平方向 1垂直方向速度灵敏度1 330mv/cm/s±5%1 310mv/cm/s±5%频率响度1 28Hz～1000Hz±10%1 4Hz～1000Hz±10%幅值线性度1 3%1 3%位移1 0.1μm～2200μm1 0.1μm～2200μm速度1 0.01μm～30cm/s1 0.01μm～30cm/s圈2测试获得的振动波形圈示例2.3测点布设。原则上监测点布置在位于隧洞拱顶上方及两侧的学校、居民房、道路及附属建筑物、企事业单位等的建构筑物所在地地表面。在本隧道爆破开挖过程中，由于具有溶洞等不良地质，存在地表水大量泄漏，部分地段地表出现沉降等现象，因此，为了减轻及控制爆破开挖对地表产生的不利影响，在测点的布设时按照“在隧道掌子面正上方作为监测主要观测点，对地表重要居民区个别建构筑和发生了地质灾害的不良地质区进行监测”的原则进行布点，隧道爆破施工时，对各个监测点同时进行监测，并进行现场采样记录（见图2），分析振动效应。
3. 数据采集与分析
3.1公式选用。依据《爆破安全规程》规定，爆破振动监测相关系数一般采用 M.A萨道夫斯基公式计算：
V=K31Q1Rα其中，R为爆破时观测点距爆源中心点的距离；Q为单响炸药用量；V为观测点振动速度；K、α为与爆破点地形、地质条件、爆破方式等有关的系数和衰减指数。
3.2数据采集分析。
（1）爆破形式、地质和场地等外部条件对爆破振动速度影响较大，结合工程地质勘察资料（双碑隧道所通过地层岩属中硬岩石），K及α取值范围分别为150～250、1.5～1.8。本文以M.A萨道夫斯基公式为基础，在试爆时对地表沉陷处、拱顶正上方等测点进行实地测量，以M.A萨道夫斯基公式对观测点振动速度最大值与最小值进行理论计算，即：
Vmax=250×311501R1.5；
Vmin=150×311501R1.8
