复线隧道施工爆破对既有隧道的影响
孔丙飞 范晓亮 卞泽光
摘 要：结合襄胡二线新刘家沟隧道实际工程，通过对既有花果隧道的四 次爆破振动测试分析及一次爆破验证，说明爆破振动的参数设计是合 理的，质点的振动速度能够客观反映现场的地质状况和衰减规律，新 建隧道施工爆破对爆心距最小的左边墙影响最大。随着测点与爆心距 的增大，质点振速衰减明显，质点振动幅值依次减小。建议在新建隧 道洞口段进行分段爆破，限制每次爆破最大段装药量，以保证既有隧 道结构的稳定安全和正常运营。
关键词：隧道工程;既有隧道;施工爆破;振动测试
1概述
爆破与天然地震对隧道的影响非常相似，作用过程也包括几个主要阶段，但就各自的特点而言，两者有较大的区别。爆破的振动波高频成分起着强烈作用（达 100 Hz），且作用持续时间较短，复线隧道施工爆破对既有隧道的破坏以体波破坏为主，而地震波作用下隧道的破坏则主要是低频波，且作用时间长，因而两者的破坏机理存在很大的差异，相应的计算方法也有很大的不同。
2复线隧道施工爆破对既有隧道的影响因素
复线隧道施工爆破对既有隧道的影响因素主要有爆源特性、地质条件、隧道特征等。由于这些因素的复杂性，使得这一问题的研究十分困难。
（1）爆源特性的影响
爆破对既有隧道的影响主要与炸药及装药特性、起爆方法、爆破参数设计（孔间距、孔间延时、最小抵抗线）等有着密切的关系。对于大当量的爆破，爆压力作用时间相对较长，波长也长;相反，小当量的爆破作用频率高、波长短。因此，在同样的岩体条件下，隧道周边岩体中的应力波分布及效应均不相同。另外，对不同的掏槽方法、起爆顺序、布孔形式等也有很大影响，如集中药包起爆时，爆破质点振动速度与药量的立方成正比;延长药包爆破时，振速与药量的平方根成正比;特别是对于多孔爆破，孔间延时对爆破震动影响较大。在微差爆破中，隧道周边的应力集中因子随延发时间的增大而减小。
（2）地质条件的影响
地质条件的影响主要为地质材料与地质构造。地质条件对爆破作用的影响程度起着非常重要的作用：一方面，决定了隧道自身的强度和稳定性：另一方面，爆炸应力波参数及应力波的传播是岩石介质和爆源相互耦合的结果。应力波的大小是二者波阻抗的函数，特别是既有隧道至复线隧道间的地质构造（如断层、软如夹层等）会对应力波的传播影响很大，从而极大地影响着隧道周边的应力场。隧道围岩的物理性质主要通过影响应力波的波速而起作用，波阻抗对隧道周边的应力集中因子影响很大，且随着波阻抗的增大，应力集中因子显著降低。
（3）隧道结构特征的影响
从爆破破坏的特点上看，隧道的横断面形状、被复材料、衬砌结构、与爆源的相对位置、与爆破应力波波一长的相对尺寸大小等都直接影响着洞壁周边的应力分布。在其他条件相同的情况下，随着隧道直径的增大，迎爆一侧主要是由于应力波的反射拉伸作用，其动应力集中因子增大：而背爆一侧没有明显的变化。这说明在隧道直径增大时，应力波的反射增强而绕射减弱，洞周最大应力集中因子随隧道直径的增大而减小。
3爆破振动传播规律及影响分级
对于钻爆法施工，最大段装药量及爆心距这 2 个因素很大程度上影响着爆破振动的传播规律，下面将分别分析最大段装药量和爆心距对爆破振速的影响，并建立爆心距与最大段药量影响分级。监测频率变化范围为 50 一 100 Hz，根据既有隧道安全状况和其他学者相关研究成果，可以将爆破振动对隧道衬砌影响根据爆破振速分为如下 4 级：
爆破振速满足v≤5 cm/s，爆破振动对衬砌结构基本无影响;
爆破振速满足 5 cm/s≤v≤8 cm/s，爆破振动对衬砌结构有微影响，无安全隐患;
爆破振速满足 8 cm/s≤v≤ 10 cm/s，爆破振动对衬砌结构有较大影响，有安全隐患;
爆破振速满足v≥10 cm/s}爆破振动对衬砌结构有安全性影响，需采取减振措施。
4爆破减振措施
为了保证新建隧道周围既有结构和人员安全，必须将爆破振动危害控制到允许范围之内"因此爆破设计时需要考虑爆破振动对既有结构影响，施工过程中需要根据实测数据及时调整爆破参数，以保证既有结构的安全性能和实用性能"常用的减振措施主要包括以下几个方面：
（1）开挖工法的选择与优化。一般来说双线隧道不仅在洞口段有最小净距，洞口段围岩条件也相对较差，为了保证新建隧道与既有隧道的安全，除了采取超前支护措施，做好仰坡维护，还需要尽量减少开挖断面面积。因此洞口段可以采用分步开挖法施工，如台阶法、中隔壁法、侧壁导坑法等，本工程进口端采用台阶法进行施工，减小了开挖面积的同时降低每次爆破装药量，因此也会降低了爆破施工对既有隧道的影响。
（2）分段起爆及单段装药量。前面已经讨论，隧道爆破单段装药量对爆破振动有很大影响，因此对于分段数及单段装药量的控制能有效降低爆破施工对既有结构的影响。大量实践证明爆破振动速度主要与单段装药量、爆心距及介质条件有关，在爆心距及介质无法改变条件下，认为控制最为有效的方法就是分段起爆和最大段药量的控制。一般将一次爆破药量分为多段毫秒延期起爆，可以使得爆破振动峰值减小为仅受单响最大药量控制，这样一次爆破规模以得到扩大但是不会产生超强振动。因此爆破中可采用增加雷管的段别，减少同段雷管起爆药量来减小爆破振动。
（3）选择合理的掏槽形式。掏槽是隧道爆破成败的关键，同样也是产生最大爆破震动速度的主要影响因素。为了达到减震的目的，根据岩石的性质，选择合理的掏槽形式。如大断面的隧道，可以选择斜眼掏槽。断面较小的隧道，可以选择中空直眼掏槽。为了达到减振目的，一般选用楔形+密排监控眼混合掏槽法，即充分利用楔形掏槽的易抛掷和减振作用与贯通掏槽的临空面来最大限度减小振动。
其它因素包括炸药种类的选取、孔网参数的确定、钻孔深度、间距以及起爆顺序对爆破振动都会有较大影响。但是，值得注意的是，由于隧道工程长距离、小间距的特点，现场施工不仅要对爆破进行严格控制，还需兼顾施工单位因此所增加的成本，既要确保既有隧道的运营安全和新建隧道的施工安全，又要降低施工成本，保证正常的施工进度。
5结论
（1）根据以往研究成果，既有隧道结构受爆破施工影响最大部位在迎爆侧，因此对于该隧道也选取迎爆侧监测点进行爆破振动监测，采集不同爆心距及单段装药量条件下的爆破振速。对爆破数据进行统计与回归分析，既有隧道结构绝大部分爆破振速均在规范允许值范围内，爆破对于既有隧道的影响得到有效控制。
（2）通过萨氏公式振速衰减方程对爆破振动速度传播规律进行分析，根据实际工程和现场监测数据并参考《暴破安全规程》，将爆破振动对隧道衬砌安全性影响根据爆破振速分为 4 级，分别为无影响区、微影响区、较大影响区及安全性影响区;同时分别对爆心距和最大段药量的影响进行分析，同样针对该隧道的工程实际情况进行影响分级。
（3）对爆破常用减振措施进行总结分析，该隧道主要通过开挖断面优化、爆破合理分段及最大段装药量的控制降低了新建隧道对于既有隧道衬砌结构的影响。事实证明，控制措施效果明显，有效降低既有病害隧道的安全隐患，并保证新建隧道的安全施工。
参考文献
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