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第3 2 卷第3 期 2 0 1 5 年9 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 2N o ．3 S e p ．2 0 1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ，1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 5 ．0 3 ．0 0 4 隧道爆破对顶部桩基的扰动影响 杨年华，薛里，张志毅 中国铁道科学研究院，北京1 0 0 0 8 1 摘要当拟建隧道顶部5m 以上有桩基时，需要考虑爆破开挖对桩基的影响。通过火风山隧道爆破试验 研究，针对拱顶2 ～2 0m 的围岩内部质点振动和声波检测，证明掏槽爆破和周边眼爆破对围岩振动损伤最 强。当掏槽区炮孔起爆8m s 时差、周边眼炮孔起爆4m s 时差时，对围岩内部振动损伤降低到最小，说明采 用电子雷管控制爆破可使顶部围岩的扰动处于安全范围。实际隧道顶部4m 以上围岩纵波波速几乎没有下 降，最大质点振动速度小于8c m ／s ，对于隧道顶部5m 以上的桩基底部基岩影响轻微。 关键词隧道；爆破；振动；围岩 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 3 0 0 2 2 0 4 I n f l u e n c eo fT u n n e lB l a s t i n go nT o pP i l eF o u n d a t i o n s Y A N GN i a n h u a ，X U EL i ，Z H A N GZ h i y i C h i n aA c a d e m yo fR a i l w a yS c i e n c e s ，B e i j i n g1 0 0 0 81 ，C h i n a A b s t r a c t 0 nt h ec o n d i t i o nt h a tp i l ef o u n d a t i o n sl o c a t e da b o v et h et o p0 ft h et u n n e ll e s st h a n5m e t e r s ，i n f l u e n c eo fb l a s t i n ge x c a v a t i o no np i l ef o u n d a t i o ns h o u l db ep a i dg r e a ta t t e n t i o n ．T h r o u g ht h et e s to nH u o f e n g s h a nt u n n e l b l a s t i n g ，a c c o r d i n gt ot h ep a r t i c l ev i b r a t i o na n da c o u s t i cd e t e c t i o na d j a c e n tt ot h es u r r o u n d i n gr o c ko ff r o m2m e t e r s t o2 0m e t e r s ，r e s u l t ss h o wt h a tt h ec u t t i n gb l a s t i n ga n dp e r i p h e r yh o l em a d et h em o s td a m a g et ot h es u r r o u n d i n gr o c k ． W h e nt h ed e t o n a t i n gt i m ed i f f e r e n c eo fb l a s t h o l ei nc u t t i n ga r e aw a s d e s i g n e da s8m sa n dp e r i p h e r yh o l ea s4m s ，t h e m i n i m u md a m a g et ot h ei n t e r n a lv i b r a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c kw a so b t a i n e d ．B yu s i n ge l e c t r o n i cd e t o n a t o rt oc o n t r o l b l a s t i n gv i b r a t i o n ，t h ed i s t u r b a n c eo ns u r r o u n d i n gr o c kt o pc a nb ec o n t r o l l e di nas a f er a n g e ．I nf a c t ，t h el o n g i t u d i n a l w a v ev e l o c i t yo fs u r r o u n d i n gr o c kd e c r e a s e dl i t t l ea b o v et h et u n n e lm o r et h a n4m ．T h ep a r t i c l ep e a kv e l o c i t yw a sl e s s t h a n8c m ／s ，a n di n f l u e n c e ds l i g h t l yo nb e d r o c ko ft h ep i l ef o u n d a t i o nb e y o n d5m e t e r sa b o v et h et h et u n n e l ． K e yw o r d s t u n n e l ；b l a s t i n g ；v i b r a t i o n ；s u r r o u n d i n gr o c k 火风山隧道童家院子轻轨车站试验段位于重庆 江北区，为双线大断面铁路隧道，大致平行于机场高 速公路，岩层为泥岩、砂岩互层，岩层最大厚度5m ， 倾角3 0 。左右，围岩的走向与隧道中线夹角约为 8 0 0 。根据力学分析，爆破开挖后在隧道拱顶处产生 大面积拉应力作用区，容易造成拱顶围岩松动损伤 范围较深。地上轻轨3 线童家院子车站与铁路火 风山隧道相交，交叉长度3 0 0m ，轻轨以桩基下穿基 收稿日期2 0 1 5 0 7 1 5 作者简介杨年华 1 9 6 4 一 ，男，研究员、博士，从事爆破振动研究 E m a i l y n i a n h s i n a ．c o m 。 岩先行施工，其中4 根桩基正好位于火风山隧道拱顶 上部，桩基础直径1 ．2 5m ，长1 9m ，C 3 0 钢筋混凝土结 构。桩底距离隧道开挖拱顶最小距离为5m 。由于 隧道爆破开挖可能对已建车站的桩基产生影响，需要 监测爆破开挖对围岩的损伤并采取相应对策引。 根据施工设计图纸要求，在施工过程中应对地 表爆破振动速度和围岩声波损伤进行监测，具体要 求为地表震速按不超过2 ．0c m ／s 进行控制；火风 山隧道围岩超声波速度按不小于1 0 ％控制。为此 课题组进行了围岩中振动速度和松弛损伤跟踪试 验。对隧道爆破开挖前后作了超声波对比检测以及 万方数据 第3 2 卷第3 期 杨年华，薛里，张志毅隧道爆破对顶部桩基的扰动影响 不同深度爆破振动检测，了解在拱顶以上产生的围 岩松弛损伤情况。测试孔相对位置见下图1 。 图1 测孔相对位置示意图 单位m F i g ．1 S k e t c hm a po fr e l a t i v el o c a t i o no f m e a s u r i n gh o l e u n i t m 1 普通导爆管雷管爆破试验 第一次用普通毫秒导爆管雷管进行爆破试验， 爆破掌子面的装药量和雷管分段数见表1 。测试方 法从隧道顶部中线地表位置向下打3 个平行垂直 孔，孔间距1m ，孔径1 0 5m m 。首先在爆破开挖掌 子面远离检测孔5m 前，就对3 孔各相邻两孔作超 声波检测，获得初始岩体声波速度和声幅值。之后 在最前面的孔内埋设振动速度传感器，根据孔深变 化共布设3 个振动速度传感器。l 样点埋深2 3m ，距 隧道拱顶6m ；2 } f 点埋深1 7m ，距隧道拱顶1 2m ；3 点位于地表，距隧道拱顶2 9m 。随后爆破掌子面不 断接近检测孔位置，当达到检测孔正下方爆破振动 最大，进而爆破掌子面又不断远离检测孔位置，从测 孔位置前5m 至后5m ，在每次放炮时都检测振动， 每次爆破后在两孔间作跨孔法超声波检测，与前期 的结果进行比较。 表1 炮眼药量分配表 T a b l e1A l l o c a t i o no fc h a r g ep a r m n e t e r s 不同深度测得的典型爆破振动速度波形见图 2 。其中C H l 为埋深2 3m 的1 点，C ／- ／3 为埋深1 7m 的2 点，C H 4 为地表的3 测点。 从爆破掌子面离测试孔前5m 至后5m ，在每 次爆破时都检测到不同深度的振动速度峰值，其振 动速度变化情况见下图3 。 从图3 可以看出，随着爆破开挖掌子面接近检 测断面，爆破振速逐渐增加，爆破掌子面距离检测断 面 3 ～一1 ．5m 区间上部岩体中爆破振动峰值较 大。爆破掌子面继续前进，上部振动速度逐渐降低， 且低于测点前同样距离的振速。受隧道埋深影响， 地表振速普遍很小，基本在0 ．3c m ／s 以下，且掌子 面前后距离变化对上部振动影响不明显。 o ．6 9 0 4s1 ．1 0 0 0s1 ．5 0 9 6s1 ．9 1 9 2s2 ．3 2 8 8s 图2 不同深度测得的爆破振动速度典型波形 F i g ．2T y p i c a lw a v e f o r I no fb l a s t i n gv i b r a t i o n v e l o c i t ya td i f f e r e n td e p t h 万方数据 爆破2 0 1 5 年9 月 ， ∞ ● 暑 3 瑙 蜷 衄； 喈 测点左右距离，m 图3 掌子面距测试孔前5m 至后5m 范围爆破振动速度变化情况 F i g ．3C h a n g es i t u a t i o no fb l a s t i n gv i b r a t i o nv e l o c i t y b e f o r ea n da f t e rt h e5mo ft u n n e lf a c e 2 电子雷管爆破试验 第二次用电子数码雷管进行爆破试验，爆破掌 子面的电子雷管延时设置见图4 b 。第二次测试 方法在童家院子轻轨车站桩基旁2m 处的隧道中 心线上，从地表向下共打3 个平行垂直孔，孔间距 1m ，孔径1 0 5m m 。首先在爆破掌子面离测试孔 1 0m 前就在3 孔间各相邻两孔作超声波检测，获得 初始岩体声波速度和声幅值。之后在其中1 孔内埋 设振动速度传感器，根据孔深变化共布设3 个传感 器，1 点埋深2 9m 距离拱顶2m ，2 点埋深2 1m 距离拱顶1 0m ，3 点埋深1 lm 距离拱顶2 0m 。 随着爆破掌子面不断接近检测孔位置，当掌子面到 达检测孔下方2m 范围采用电子雷管爆破，爆破 方式共分三个台阶，上台阶爆破的振动影响最大，为 此在上台阶爆破采用了电子雷管进行试验，并与普 通导爆管雷管进行对比，普通雷管和电子雷管爆破 段位图见图4 。 f a 毫秒延期雷管排布 a T i m es c h c N l eo fb l a s t i n gu s i n gM Sd e t o n a t o r 翟 ；蓄譬 l b J 电f 雷管起爆时左排布 b T i m es c h e m eo fb l a s t i n gu s i n ge l e c t r o n i cd e t o n a t o r 图4 爆破方案图 F i g ．4B l a s t i n gs c h e m e 普通导爆管雷管段位安排为1 、3 、5 、7 、9 、1 3 、1 5 段；电子雷管爆破试验了逐孔起爆，孑L 间时差分别试 验了4m s 、5m s 、1 0m s 、8m s 等，根据振动观测效果 看，最终确认掏槽区8m s 时差较好，周边眼4m s 时 差振动最小。对于1 测点因距离拱顶仅2m ，而离 掏槽区为4m ，到拱顶周边眼的距离是至掏槽眼距 离的一半，因此周边眼爆破产生的振动最强；但对2 和3 撤0 点而言，到拱顶周边眼的距离与至掏槽眼的 万方数据 第3 2 卷第3 期杨年华，薛里，张志毅隧道爆破对顶部桩基的扰动影响 距离差别不大，所以仍然是掏槽眼爆破产生的振动最 大。电子雷管将爆破振动最大限度减小，使爆破产生 的围岩扰动降低，从前5m 至后3m ，在每次放炮时作 振动检测，每次爆破后作跨孔法超声波检测，与前期 的结果进行比较。超声波检测结果见图5 。 幽5 越，打波俭测结果 F i g ．5 R e s u l t so fu l t r a s o n i ci n s p e c t i o n 由于超声波检测孔底部坍塌，检测最大深度达 到2 7m ，距隧道拱顶仅4 m 。根据爆破前后测得的 超声波速度对比，隧道拱顶4m 以上岩体超声波波 速变化小于5 ％；倒是2 2 ．7m 深处 距隧道拱顶 8 ．3m 有一软弱结构面，其爆破前后超声波波速变 化很大。说明爆破开挖对拱顶以上的完整围岩损伤 很小，松动范围未达到拱顶4m 以上，同时也证明爆 破和围岩应力重分布造成的拱顶松动圈未影响5m 以外的轻轨桩基，爆破振动对上部软弱结构面的松 动影响不可忽视。 爆破振动检测结果见图6 。图6 a 为普通雷 管的对比试验振动检测波型，图6 b 为电子数码雷 管的对比试验振动检测波型。 时间，s a 普通毫秒延期雷管爆破振动渡 a V i b r a t i o nw a v eb yM Sd e t o n a t o rb l a s t i n g 0 0 ．10 ．20 ．30 ．40 ．50 ．60 ．70 ．80 ．91 ．0 时间，s b 电子雷管爆破振动渡 b V i b r a t i o nw a v eb ye l e c t r o n i cd e t o n a t o rb l a s t i n g 图6 爆破振动检测结果 F i g ．6 T e s tr e s u l t so fb l a s t i n gv i b r a t i o n 下转第9 9 页 ”m o o 4 o ≈4 “≈m “ 幢 一．，oo、毯馨 一 m 万方数据 第3 2 卷第3 期 陶忠明，方向，龙源，等直接爆轰法合成大颗粒聚晶金刚石方法研究9 9 上接第2 5 页 爆破在拱顶内部岩体产生的爆破振动质点速度 远小于洞内壁面和地表的振动，爆破进尺1 ．2m 时， 距离掌子面6m 的最大爆破振动速度为8c m ／s ；距 离掌子面2m 的最大爆破振动速度为1 2 ．8c m ／s ；采 用电子雷管后距离掌子面2m 的最大爆破振动速度 降低为8 ．1c m ／s ；距离掌子面顶部1 0m 的最大爆破 振动速度降低为3 ～5c m ／s ；距离掌子面2 0m 的最 大爆破振动速度降低1c m ／s 以下，地表振动0 ．3 0 ．5c m ／s 。 3结论 根据以上测试结果分析，得到下列结论 1 根据超声波检测结果，爆破开挖对拱顶上 部围岩损伤范围未达到拱顶以上4m ，说明爆破和 围岩应力重分布造成的拱顶松动未影响轻轨桩基的 安全。 2 采用电子雷管爆破，应根据岩石性质和保 护目标的距离，通过试验调整逐孔起爆时差。在重 庆砂岩区得到掏槽区8m s 时差、周边眼4m s 时差 对围岩内部振动损伤最小。围岩振动指标完全在安 全范围内。 3 隧道埋深达到3 0m 时、单次爆破进尺 1 ．2m ，地表最大爆破振动速度可控制在0 ．5c m ／s 以内，人员无明显振感。隧道上方相同距离条件时， 掌子面前的振动比掌子面后的振动减小1 0 ％～ 2 0 ％。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 杨年华．爆破振动理论与测控技术[ M ] ．北京中国铁 道出版社，2 0 1 4 ． [ 2 ] 杨年华．不同爆破工程的地震特点分析[ J ] ．工程爆 破，2 0 1 4 ，2 0 5 1 - 7 ． [ 2 ] Y A N GN i a n h u a ．S e i s m i cc h a r a c t e r i s t i c sa n a l y s i so fd i f f e r e n tb l a s t i n g p r o j e c t s [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s i n g ，2 0 1 4 ， 2 0 5 1 - 7 ． i nC h i n e s e [ 3 ]薛里，孙付峰．青岛地铁隧道爆破开挖振动控制研 究[ J ] ．铁道工程学报，2 0 1 1 ，5 1 2 5 9 8 ．1 0 1 ． [ 3 ] X U EL i ，S U NF u - f e n g ．R e s e a r c ho nb l a s t i n gv i b r a t i o n e o n t r o lo ft u n n e le x c a v a t i o ni nQ i n g d a os u b w a y [ J ] ．J o u m a lo f R a i l w a yE n g i n e e r i n gS o c i e t y ，2 0 11 ，5 1 2 5 9 8 1 0 1 ． i n C h i n e s e 万方数据