振动监测在新建公路隧道上跨既有供水隧洞路段爆破开挖振动控制中的应用

应用与实践振动监测在新建公路隧道上跨既有供水隧洞路段爆破开挖振动控制中的应用卢天养身份证号460033198410084518摘要：从莞高速公路走马岗特长隧道(下称“新建隧道”)上跨既有东深供水工程走马岗隧洞(下称“既有隧洞”)，为确保新建隧道施工安全和既有隧洞结构及供水安全，经广东省水利厅、新建隧道建设单位、施工单位及既有隧洞权属单位协商同意，由新建隧道建设单位委托第三方监测单位对交叉段新建隧道爆破开挖施工造成既有隧洞的振动影响情况进行模拟试验、实施监测和评估。施工单位根据围岩情况及评估报告进行交叉段隧道爆破设计并实施，监测单位进行振动监测校验。通过振动监测的应用，最终达到有效控制爆破振动的目的，确保了新建公路隧道开挖施工安全，也确保了既有供水隧道结构安全和供水安全，提高了隧道开挖施工管理水平，对指导类似工程建设和维护深圳、香港繁荣稳定均有较大意义。关键词：新建隧道与既有隧洞交叉施工；振动监测；爆破振动控制1工程概况新建从莞高速公路走马岗隧道位于东莞市樟木头镇附近，长约3.1km，为分离式隧道，净空14.75×5.0m。新建隧道上跨既有东深供水隧洞，隧道之间平面线位夹角约30°，交叉段新建隧道埋深约140m，交叉点处左、右线之间测设中线净距33m。新建隧道左线洞底与既有隧道洞顶的最小垂直距离约21.5m，交叉点桩号ZK22+120，采用S3b支护方式；新建隧道右线洞底与既有隧洞顶的最小垂直距离约22.6m，交叉点桩号YK22+190，采用S4c支护方式。根据监测数据回归得出的振动波速衰减方程，计算出3m进尺和药量（34.8kg、30kg）爆破施工条件下，在进入交叉段以及远离交叉段时，交叉位置振动速度为7cm/s的所对应的安全距离，即：2振动控制要求根据《爆破安全规程》中6.2.2条规定，对水工隧道爆破振动安全允许标准为：7cm/s~15cm/s。鉴于既有东深供水隧洞工程的重要性，根据《从莞高速走马岗隧道跨越东深供水隧洞安全影响分析报告评审会议纪要》等要求，新建隧道与既有隧洞交叉段施工期间，既有隧洞允许安全振动速度限值最终按7cm/s进行控制。计算得知，新建隧道左线Ⅲ级围岩安全距离为距离左线交叉点位置33.9m的地方，右线Ⅳ级围岩安全距离为距离右线交叉点位置29.4m的地方。左、右线在距交叉位置点33.9m、29.4m的范围内，不能使用原爆破施工方案，需要使用验证过的优化爆破方案。为安全起见，施工单位将新建隧道左、右线爆破振动控制重点区域均扩大为距离左、右线交叉点位置前、后各40m范围内的路段，而距离左、右线交叉点位置前、后各40m~80m的范围则为新建隧道左、右线爆破振动控制次重点区域。3振动监控3.1振动监测主要流程准备工作→测量放样→监测设计→监测点布置→安装振动监测传感器→实施爆破监测、收集振动数据→爆破效果分析、改进爆破设计3.23.2.1监测仪器

为确保新建隧道施工安全和既有隧洞供水安全，经广东省水利厅、新建隧道建设单位、施工单位及既有隧洞权属单位协商同意，由新建隧道建设单位委托第三方监测单位对新建隧道交叉段爆破施工造成既有隧洞的振动影响情况进行模拟试验、实施监测和评估。为此，监测单位制定了监测方案，监测方案采用TC-4850爆破测振仪，配备相应的传感器能完成加速度、速度、位移、压力、温度等动态过程监测、记录、报警和分析。仪器自带LCD显示屏和操作系统，无需电脑支持就能在现场完成设置、数据读取，并配有与之相匹配的三矢量合成分析软件（BVA）。

3.2.2监测仪器布设方案既有隧洞断面1~7布设表面应变计，每个断面布设五个测点，断面2、6布设地震动加速度计和断面收敛计，地震动加速度计布设于拱顶，断面收敛计布设在水面以上三点之间，其布设位置如下图1所示。振动监测方案图13.3监测模拟试验及数据分析4爆破设计及施工工艺控制4.1准备工作在进入交叉段以后，隧道开挖方法选择仍采用上下台阶法施工，上台阶采用全断面微差起爆方式，上下台阶之间保持50m~60m距离。监测单位在收集前期18次爆破模拟试验数据基础上，对萨道夫斯基经验公式中K、α值进行数据拟合得出：Ⅲ级围岩K=146.7，α=1.3；Ⅳ级围岩K=203.4，α=1.5。4.2测量放样220

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应用与实践按设计图纸对炮眼布设控制点位置进行测量放样，用红油漆标识，以确保炮眼准确。Doors&Windows

4.3爆破设计施工单位根据监测单位提交的《东深供水走马岗隧道爆破振动监测报告》、专家意见、施工图纸要求及振动控制区域规划，制定了详尽的光面爆破设计方案。4.3.1爆破控制区域划分及相关控制参数新建隧道左线与既有隧道洞交叉点桩号为ZK22+120，右线交叉点桩号为YK22+190。为达到防（减）震效果，施工单位对交叉段隧道开挖按重点和次重点两个层次、三个区段进行爆破控制，左、右线爆破控制区段总长度均为160m，具体为：第一、三区段为次重点控制区域，段落位置为交叉点位置分别往路线小、大里程方向40m~80m的范围，即左线ZK22+040~ZK22+080、ZK22+160~ZK22+200段，右线YK22+110~YK22+150、YK22+230~YK22+270段，爆破循环进尺控制在2.5m以内，Ⅲ级、Ⅳ级围岩单段最大起爆药量控制在18Kg以内。第二区段为重点控制区域，段落位置为交叉点位置前、后各40m范围，总共80m的交叉段范围，即左线ZK22+080~ZK22+160、右线YK22+150~YK22+230段，爆破循环进尺控制在1.5m以内，Ⅲ级围岩单段最大起爆药量控制在8.8Kg以内，Ⅳ级围岩单段最大起爆药量为12.6kg。4.3.2爆破器材选用及炮眼形式火工器材采用2＃岩石乳化炸药，起爆管采用8＃电雷管。掏槽眼、辅助眼采用1~15段非电毫秒雷管实现孔内微差起爆，周边眼采用导爆索连接实施孔外微差起爆。掏槽眼采用复式楔形掏槽，周边眼装药结构采用空气间隔不耦合装药形式，使用导爆索连接药卷。其他如掏槽眼、辅助眼均采用集中装药方式。4.3.3炮眼布置代表性图表收后，工班严格按设计提供的每个炮眼装药量及雷管段位进行装药，并做好隧道爆破开挖施工检查记录表及影像资料。起爆前，剩余爆破器材全部退库处理，起爆人员事先必须选定安全掩蔽地点，撤退道路上不得有障碍物，掩蔽体或避炮洞必须坚固牢靠，确保安全后起爆。5振动监测校验5.1左线施工新建隧道左线第一区段ZK22+040~ZK22+080段采用2.5m循环进尺、单段最大起爆药量控制在18Kg以内，通过振动监测校验，既有隧洞测振仪点位实测最大振动加速度值为3.32cm/s，理论计算最大值为3.38cm/s，实测与理论数据较吻合。因测振仪位于新建隧道左线与供水隧洞交叉点处，既有供水隧洞其他区域点位的振动值只能通过萨道夫斯基经验公式进行推算。经推算，左线第一区段爆破施工时，供水隧洞最不利位置的最大振动速度推算值为6.11cm/s。通过以上监测，左线第一区段满足最大振动加速度值不大于7cm/s的施工要求。左线第二区段ZK22+080~ZK22+160段原爆破方案采用1.5m循环进尺、单段最大起爆药量控制在8.8Kg以内。当开挖至掌子面里程为ZK22+113时，测振仪点位实测最大振动加速度值为6.49cm/s，理论计算最大值为6.53cm/s，供水隧洞最不利位置的最大振动速度推算值为6.86cm/s。虽然上述监测数据均满足振动值不大于7cm/s施工要求，但供水隧洞最不利位置的最大振动速度推算值已接近规定限值。为安全起见，施工单位调整了爆破设计，减少开挖循环进尺和爆破用药量。即将左线第二区段ZK22+114.5~ZK22+125.5段爆破设计调整为1.3m循环进尺、单段最大起爆药量控制在8Kg以内。通过监测，最大振动加速度值出现在开挖掌子面ZK22+119.7处，测振仪点位实测最大振动加速度值为6.62cm/s，理论计算最大值为6.69cm/s，供水隧洞最不利位置的最大振动速度推算值为6.69cm/s。第二区段ZK22+125.5~ZK22+160段爆破循环进尺为1.5m、单段最大起爆药量控制在8.8Kg以内。通过以上监测，左线第二区段满足最大振动加速度值不大于7cm/s的施工要求。左线第三区段ZK22+160~ZK22+200段爆破开挖，通过监测，满足最大振动加速度值不大于7cm/s施工要求。5.2右线施工新建隧道左线Ⅲ级围岩台阶爆破炮眼布置图（1.5m进尺）新建隧道右线第一区段YK22+110~YK22+150段采用2.5m循环进尺、单段最大起爆药量控制在18kg以内，振动监测测振仪点位实测最大振动加速度值为2.48cm/s，理论计算最大值为2.58cm/s，供水隧洞最不利位置的最大振动速度推算值为4.99cm/s。通过监测，右线第一区段满足最大振动加速度值不大于7cm/s施工要求。右线第二区段YK22+150~YK22+230段采用1.5m循环进尺、单段最大起爆药量控制在12.6kg以内。测振仪点位实测最大振动加速度值为6.21cm/s，理论计算最大值为6.70cm/s，供水隧洞最不利位置的最大振动速度推算值为6.71cm/s。通过监测，右线第二区段满足最大振动加速度值不大于7cm/s施工要求。右线第三区段YK22+230~YK22+270段爆破开挖，通过监测，满足最大振动加速度值不大于7cm/s施工要求。6结论4.4新建隧道右线Ⅳ级围岩台阶爆破炮眼布置图（1.5m进尺）爆破技术人员对炮孔位置、角度、深度一一量测，通过监理验为确保新建公路隧道施工安全和既有供水隧洞结构安全及供水安全，施工单位根据监测报告初步拟定爆破设计方案，通过合理选择开挖方法和炮眼布置方式，严格控制开挖循环进尺和装药量等措施，运用振动监测校验方法，对爆破设计方案进行评估和调整。通过振动监测，控制爆破产生的振动满足最大振动加速度值不大于7cm/s施工要求，最终确保了从莞高速公路走马岗特长隧道施工顺完成，也确保了东深供水隧道结构安全和供水安全，提高了新建隧道施工管理水平，有效维护了供水工程沿线区域社会稳定，对类似工程建设有较大指导和借鉴意义。2018.09

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