小间距平行隧道爆破震动加速度测试.pdf

爆破器材990 6 0 1 爆破器材 EXPLO SI VE M A T ERI A LS 1999年 第2 8 卷 第6 期 Vo l . 2 8 No . 6 1999 小间距平行隧道爆破震动加速度测试 阳生权 刘宝琛 ［摘 要］ 文章针对某一小间距平行隧道开挖工程，通过现代测试手段，测试了施工隧道爆 破施工对与之平行的原有隧道周边爆破地震加速度情况，获得了大量加速度数据，为以后的 小间距平行隧道的开挖施工提供了宝贵资料。 ［关键词］ 小间距平行隧道 爆破地震加速度 Ground Vibration Acceleration Test in the Blasting of a Small Spacing Parallel Tunnel Yang Shengquan Zhongnan University of IndustriesChangsha，410083） Liu Baochen Changsha Railway Institute（Changsha，410075） ［ABSTRACT］ In an excavating project of a small spacing parallel tunnel，the ground vibration acceleration data of the existed tunnel which is parallel to that being constructed were tested by modern testing means and these data thus obtained are of valuable in the excavation of small spacing parallel tunnel afterwords． ［KEY WORDS］ small spacing parallel tunnel，ground vibration acceleration 1 引言 某公路隧道二期工程系大型公路隧道工程，原有隧道与施工隧道中心线间距为2 4．5 m ，小于国家有关规定的尺寸，施工隧道位于原有隧道的南侧，并与原有隧道平行，其净径 5．0 m ，全长约2 0 0 0 m 。在隧道施工过程中，在对原有隧道围岩和顶板 通风道吊顶薄板 进 行爆破震动速度和应力测试的同时，也进行了震动加速度的监测和测试工作［1，2 ，3，4］。 测试工作共进行了2 4次爆破震动加速度测试，实测12 8 台次，有效台次为10 9台次，施工围岩 包括Ⅱ类、Ⅳ类和Ⅴ类3种岩类别，爆破施工方法有半断面爆破、上下台阶爆破和全断面爆 破3种，其中半断面爆破9次，上下台阶爆破7 次，全断面爆破8 次。 2 测试仪器和测试方法 在该工程震动加速度监测中，我们选取了图1所示加速度采集分析系统。考虑测点布置 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 1. h t m （第 1／6 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 45 爆破器材990 6 0 1 方案时，为了与同时进行的速度和应力测试对应起来，测点布置断面往往选择在爆破施工断 面或其前后2 5 m 内的断面，在同一断面上测点布置在原有隧道南侧墙体上部 简称墙上 、墙 体中部 简称墙中 、墙体下部 简称墙下 及顶板南侧中部 通风道吊顶靠近施工隧道一侧中 部 ，每个测点布置径向和切向两个方向的传感器。同时，为了进行比较，有时也在原有隧 道北侧墙体 墙上、墙中、墙下 上布置测点，测点布置情况见图2 。 图1 加速度采集分析系统示意图 图2 测点布置示意图 1＃～6 ＃为加速度测点布置位置； 1测点径向；2 测点切向 3 测试结果及其分析 采用半断面爆破施工时，原有隧道所测试径向加速度峰值为9．34 m . s －2～7 0 ．0 2 m. s － 2，切向加速度峰值为8 ．7 40 m. s －2～6 5．10 0 m. s －2，主振频率为111 H z ～6 8 9 H z ；采用上下 台阶同时爆破施工时，原有隧道所测径向加速度峰值为4．90 m . s －2～32 ．7 8 m. s －2，切向加 速度峰值为10 ．6 5 m . s －2～8 8 ．2 0 m. s －2，主振频率为91 H z ～52 6 H z ；采用全断面爆破施工 时，径向加速度峰值为31．7 6 m . s －2～12 2 ．10 m. s －2，切向加速度峰值为2 3．450 m. s －2～ 16 4．50 0 m . s －2，主振频率为156 H z ～7 6 9 H z 。上下台阶爆破与全断面爆破开挖都增加了一次 爆破开挖断面，相对半台阶而言，减小了爆破夹制作用。加之，在上下台阶爆破开挖中上台 阶和下台阶之间有2 5 m s ～50 m s 的延时时差，减少了爆破震动波形叠加的可能性。因此在总 的趋势上，上下台阶爆破震动所产生的加速度峰值要比半断面爆破和全断面爆破震动所产生 的加速度小一些。另外，全断面爆破的总药量和最大一段药量都要比半台阶爆破所对应的药 量大，全断面爆破震动所产生的加速度峰值也比半台阶爆破震动所产生的加速度峰值大。而 三者所产生的震动加速度主振频率基本上在同一数值范围。 图3为3种不同爆破施工方法测得的典型加速度波形图。表1～表3所列为3种不同施工方式 加速度监测结果的典型数据。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 1. h t m （第 2 ／6 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 45 爆破器材990 6 0 1 （a ） （b ） （c ） 图3 不同施工方法的典型加速度波形图 （a ）全断面爆破施工方法；（b ）上下台阶爆破施工方法；（c ）半断面爆破施工方法 表1 上、下台阶同时爆破震动加速度 爆区孔底 面里程 ／m 测 点 位 置 ／m 加速度／m . s －2 大小方向 0 ＋0 93．00 ＋0 8 8 ．0 顶板 4．90 0 径向 10 ．6 50 切向 墙中 8 ．0 0 0 径向 8 8 ．2 0 0 切向 0 ＋0 95．00 ＋0 8 8 ．0 顶板 2 4．2 0 0 径向 2 5．92 0 切向 墙中 2 5．92 0 径向 2 3．7 90 切向 0 ＋0 97 ．00 ＋0 95．0 顶板 32 ．7 8 0 径向 34．130 切向 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 1. h t m （第 3／6 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 45 爆破器材990 6 0 1 墙中 2 9．0 0 0 径向 2 6 ．8 7 0 切向 0 ＋0 99．00 ＋0 95．0 顶板 2 1．7 50 径向 2 7 ．50 0 切向 墙中 2 8 ．56 0 径向 2 2 ．2 7 0 切向 表2 半断面爆破震动加速度 爆区孔底 面里程 ／m 测 点 位 置 ／m 加速度／m . s －2 大小方向 2 ＋2 7 2 ．62 ＋2 7 2 ．0 顶板 9．345径向 8 ．7 40 切向 墙中 8 ．147 径向 9．7 2 6 切向 2 ＋2 7 1．4 2 ＋2 7 2 ．0 顶板 19．6 0 0 径向 2 0 ．2 0 0 切向 墙中 2 9．2 12 径向 15．42 5 切向 0 ＋0 7 8 ．00 ＋0 7 8 ．0顶板 34．52 8 径向 2 8 ．8 0 0 切向 0 ＋0 7 8 ．00 ＋0 7 8 ．0墙中 47 ．7 30 径向 14．0 0 0 切向 0 ＋0 8 7 ．00 ＋0 8 8 ．0 顶板 6 8 ．555 径向 55．6 2 0 切向 墙中 －径向 6 1．8 0 0 切向 0 ＋10 5．00 ＋10 5．0 顶板 2 7 ．30 0 切向 30 ．92 0 径向 墙中 2 2 ．0 50 径向 19．350 切向 表3 全断面爆破震动加速度数据 爆区孔底 面里程 ／m 测 点 位 置 ／m 加速度／m . s －2 大小方向 顶板 36 ．98 0 径向 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 1. h t m （第 4／6 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 45 爆破器材990 6 0 1 0 ＋112 ．5 0 ＋10 5．0 2 0 ．57 0 切向 墙中 31．7 6 0 径向 2 4．150 切向 0 ＋115．00 ＋116 ．0 顶板 31．6 50 径向 36 ．2 0 0 切向 墙中 2 5．8 6 0 径向 2 3．450 切向 0 ＋119．4 0 ＋116 ．0顶板 12 2 ．10 径向 －切向 0 ＋119．4 0 ＋116 ．0墙中 8 2 ．8 40 径向 6 7 ．8 2 0 切向 0 ＋12 7 ．00 ＋12 7 ．0 顶板 6 7 ．38 0 径向 16 4．50 切向 墙中 6 8 ．2 50 径向 8 7 ．350 切向 0 ＋151．00 ＋151．0 顶板 59．38 0 径向 6 0 ．2 40 切向 墙中 58 ．0 0 0 径向 57 ．0 40 切向 4 结论 1 最大加速度断面在爆破施工断面，这与速度监测结果一致。同一断面加速度峰 值总的趋势是，顶板加速度峰值要高于墙面加速度峰值，而且顶板加速度的主振频率 高于墙面加速度的主振频率，这跟墙体与围岩接触较实以及墙体较厚而顶板较薄有 关。 2 通过原有隧道南、北两侧墙体上的加速度监测结果比较，南侧墙体上的加速度 峰值明显大于北侧墙体上的加速度峰值，在数量上两者相差2 倍～8 倍。这进一步说 明，施工隧道爆破开挖对原有隧道所产生的震动影响主要是在隧道的南半部分墙体及 围岩。 3 上下台阶爆破施工时，总的趋势是所产生的加速度幅值最低，并且其主振频率 也最低；其次是全断面爆破施工；再次便是半断面爆破施工。从安全角度上讲，如果 以加速度峰值作为安全判据，那么在该工程隧道爆破施工中上下台阶爆破施工是一种 最值得推荐的爆破施工方法，其次才是全断面爆破施工方法。 4 同一点的径向和切向加速度峰值进行比较可知，墙中加速度峰值径向大于切向 的情况占6 8 ．2 ％；顶板加速度峰值切向大于径向的情况占7 7 ．8 ％。墙中径向和顶板 切向均为水平方向，因此，可以认为水平方向加速度峰值大于垂直方向加速度峰值， 在进行加速度安全监测时应重点考虑水平方向加速度对结构可能造成的影响。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 1. h t m （第 5／6 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 45 爆破器材990 6 0 1 5 测试所得的波形资料表明，大部分波形的情况是半断面爆破施工时同一条波 形中各段波峰很明显，表明未产生波形叠加的现象；而上下台阶爆破施工和全断面爆 破施工时，同一条波形中前一个波的波尾与后一个波的波头相连，很可能产生了波形 叠加现象。因此，如果条件允许，还可进一步增大毫秒延期导爆管段与段之间的延时 时差，尽量避免波形叠加现象，以便降低爆破地震效应，同时爆破效果也能随之改 善。 参加该工程测试工作的还有高晓初、吴从师、周三举等同志。在此，对他们的协助和 支持表示感谢。 作者单位阳生权 中南工业大学（长沙，410 0 8 3） 刘宝琛 长沙铁道学院 长沙，410 0 7 5 参考文献 1 G ．A ．波林格．爆炸振动分析．北京科学出版社，197 5 2 应怀樵．振动测试和分析．北京中国铁道出版社，198 1 3 徐祯祥．地下工程试验和测试技术．北京中国铁道出版社，198 4 4 孙钧，候学渊．地下结构．北京科学出版社，198 8 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 1. h t m （第 6 ／6 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 45