新建隧道下穿既有紧邻隧道爆破振速监测研究

陶永智 彭文祥 杨子凡 田 野

(1.中南大学地球科学与信息物理学院 湖南 长沙 410083；2.有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学) 湖南 长沙 410083)

一、引言

随着我国城镇化的不断推进，城市地下空间的利用必须合理、高效，其中城市轨道交通扮演着越来越重要的角色。据国家统计局数据，截至2018年12月31日,中国大陆已有37座城市开通运营轨道交通线路,合计开通运营139条轨道交通线路,总运营里程达5539公里。同时，中国城市轨道交通在建线路达202条，分布在杭州、成都、广州、北京等全国46座城市，在建总里程达5520.904公里。在我国城市轨道建设中，考虑施工技术及经济效益等方面因素，新奥法是目前城市轨道交通隧道施工采用最主要的方法之一[1]。

为了城市地下空间能得到高效利用，意味着地下空间的开发会更加彻底，这也导致大量复杂工旷的涌现，例如越来越多新建隧道工程邻近既有建(构)筑物、小净距平行隧道、上下交叉隧道等形式的近接施工情况，如何保证近距离叠交施工情况下邻近既有隧道的安全性，将是隧道施工中的重点与难点问题。遇到上述复杂工况时，信息化指导施工是维护隧道施工安全及周边既有建(构)筑物稳定的必要手段，而爆破施工监测则是信息化施工的重要一环，其能直接反应隧道自身及周边既有建(构)筑物的安全状态，从而指导施工[2-6]。本文依托福州地铁6号线芦岐站-梁厝站区间矿山法隧道下穿既有出入场线隧道施工项目，结合现场施工爆破振动监测数据，分析新建矿山法隧道下穿既有紧邻隧道爆破振动速度传播规律。

二、工程概况

芦岐站～梁厝站区间，上行线隧道起点设计里程为SK4+142.398，终点设计里程SK6+718.493，上行线区间隧道长度为2579.255m，其中矿山法段为SK4+416.130～SK5+802.000，全长1385.870m；区间下行线起点设计里程为XK4+142.398，终点设计里程XK6+717.233，下行线区间隧道长度为2584.045m，其中矿山法段为XK4+416.130～XK5+777.000，全长1360.870m。

芦岐站～梁厝站区间下穿段与既有出入场线隧道关系位置图见图1。针对芦岐站～梁厝站区间矿山法区间隧道下穿既有出入场线隧道，本文研究对象为拟建区间上行线平行下穿既有入场线隧道，其中下穿段出入场线隧道二次衬砌支护已完成，平行下穿段里程为SK4+416～SK4+560，下穿长度为144m。上行线下穿段与既有入场线最小竖向间距为3.49m，既有入场线与地面最小竖向间距为8.53m；下穿入场线段隧道拱顶上覆素填土、全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩、中风化花岗岩(出入场线拱顶上覆中风化花岗岩约5.5m)，下穿中风化花岗岩，下卧中风化花岗岩。

图1 拟建芦梁区间隧道与既有出入场线隧道关系位置图

三、现场监测

(一)爆破振动监测方案

目前国内外隧道爆破施工多采用质点爆破振动速度作为衡量既有建(构)筑物受影响的主要物理量[7]。本项目爆破振动速度监测仪器主要为TC-4850型爆破测振仪，仪器标称精度为±0.01Hz。采用智能爆破测振仪对距爆破施工隧道掌子面100～150m的监测范围内建(构)筑物直接测定。在区间隧道掘进的过程中，做到每炮必测，在爆破振动监测期间加强周边建(构)筑物的巡视。爆破振动测试方法主要为质点振动速度的竖直Vz、径向Vt和切向Vr三个分量。本文研究对象主要为既有入场线隧道，故而关注的爆破振动监测点位主要布设于既有入场线隧道处，点位布设原则为距离爆破掌子面水平距离分别为6m、12m、18m、28m以及38m处各布设一个。

(二)监测结果

因在爆破掌子面上方质点处垂直振动速度造成的影响更大，本文只对垂直振速的传播和衰减规律进行研究[8-9]。根据国家标准《爆破安全规程》(GB6722-2014)规定，保护对象所在地质点峰值振动速度允许标准，确定了隧道工程中判断安全振速峰值的依据[10-11]，见表1。

表1 爆破振动安全允许标准

本文依托项目为城市轨道交通隧道，取交通隧道爆破振动安全允许振速10～20cm/s。本文受限于篇幅，仅取某典型工况爆破施工时各爆心距测点监测数据研究，下表为该次施工现场爆破振动实时监测数据：

表2 现场实测质点爆破振动速度

爆破质点的振动传播特性一般采用萨道夫斯基经验公式，如下：

(1)

式中：v为爆破振动速度,cm/s；Q为与峰值振动速度对应的最大段起爆药量，kg；R为爆心距，m；k、α为与地质条件、爆破方法相关的地震波衰减系数和指数。

将公式简化得：

(2)

设：

(3)

lnv=y

(4)

lnk=b

(5)

可得：

y=αx+b

(6)

将表2中现场实测数据按上式(3)、(4)分别计算x、y值，整理得表3：

表3 现场实测数据整理表

剔除离散型较大者“测点1”，得线性拟合曲线如下图：

图2 数据拟合图

由拟合线性曲线可得，α=a=2.10，k=eb=e5.3352=207.51，代入(1)式得本项目既有隧道爆破施工质点的振动传播特性规律如下：

(7)

图3可看出现场监测数据与爆破质点的振动传播特性规律拟合度达到97.53%，因此可认为式(7)中质点振速衰减系数和指数具有指导本项目施工和其他类似工程施工参考意义。

四、结论

1)福州地铁6号线芦岐站-梁厝站区间矿山法隧道下穿既有出入场线隧道爆破施工质点振速的衰减参数k=207.51，α=2.10，现场实测振动质点传播规律与萨道夫斯基经验公式吻合较好，拟合度达到97.53%，具有参考意义，可用于指导本项目施工，对其他类似工程施工具有参考意义；

2)施工现场监测最大爆破振速测值为8.14cm/s，数值模拟计算最大爆破振速为10.18cm/s，均接近控制值，在施工过程中须严格控制爆破参数以防爆破施工对既有隧道的损害。