淺埋大跨隧道施工爆破監(jiān)測與減震技術(shù)研究
2015-05-29
隧道作為目前我國交通建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，其爆破施工對于周圍環(huán)境的影響是不可避免的，尤其是淺埋的大跨度隧道，施工人員在對其進(jìn)行爆破施工時(shí)，不僅會(huì)對周圍建筑物造成震響或者是裂縫的影響，在某些山區(qū)部位還容易造成邊坡的滑塌，對施工周圍環(huán)境具有非常大的影響。而施工人員目前則紛紛加強(qiáng)了對隧道施工的爆破施工監(jiān)測以及減震工作，本文就是以淺埋大跨度的隧道施工爆破影響為例，談?wù)摿似渚唧w的爆破監(jiān)測以及減震工作技術(shù)，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的工程建設(shè)人員提供一定的幫助。
一、淺埋大跨度的隧道施工的爆破監(jiān)測
隨著隧道施工工藝的不斷完善，隧道施工研究人員近幾年來逐漸加強(qiáng)了對于隧道施工的震害影響的研究力度，力求通過有效的震動(dòng)監(jiān)測來達(dá)到對于爆破施工所造成的地震強(qiáng)度的相關(guān)數(shù)據(jù)的獲得，從而采取措施將爆破的震害降低到最小。而在隧道施工中爆破影響最為嚴(yán)重的則要數(shù)淺埋的大跨度隧道工程，本文下面就針對類似工程來分析一下其具體的爆破震動(dòng)監(jiān)測：
首先，工程研究人員必須對工程的最大開挖跨度、高度、洞口段埋深等進(jìn)行有效的測量，并切實(shí)地對隧道圍巖的巖層巖性、薄厚狀況、構(gòu)造特點(diǎn)等實(shí)施分析，以此確定爆破工作的可行性，同時(shí)針對隧道的上斷面及下斷面的爆破震害程度的不同，來為其采用適當(dāng)?shù)谋品椒āＨ缓?，工作人員進(jìn)行震動(dòng)測試時(shí)，要將掘進(jìn)爆破時(shí)產(chǎn)生的地表震速作為其主要的數(shù)據(jù)采集工作，并且對洞內(nèi)的襯砌震速進(jìn)行同步監(jiān)測以達(dá)到對地震波的縮減規(guī)律的掌握。而其震速監(jiān)測點(diǎn)的分布大致如下圖所示：
其次，研究人員要為爆破監(jiān)測工作選擇合適的速度傳感器、震動(dòng)記錄儀以及PC機(jī)和打印機(jī)等，比如采用IDTS3850的震動(dòng)記錄儀，將其采樣的速率定為200Ksps來實(shí)施8段爆破波形的同步三維記錄，然后再對其具體的波形、圖譜及其他參數(shù)等進(jìn)行分析。而且，工作人員要將三維的縱向及橫向采集波的速度傳感器緊貼著測點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立的粘帖，然后再啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集的裝置，保證爆破時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力波都能夠在圍巖中進(jìn)行傳導(dǎo)，然后由計(jì)算機(jī)對信息進(jìn)行采集、分析等。
再者，工作人員要對爆破震動(dòng)監(jiān)測的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析、地表震速分析、主震頻率分析等，為減震工作提供充足的數(shù)據(jù)參考。以對數(shù)據(jù)的回歸分析來講，目前主要采用薩道夫斯基的經(jīng)驗(yàn)縮減公式進(jìn)行建模及預(yù)測分析，其監(jiān)測公式如下所示：V = k（Q 1/ 3R）a ，其中K和a就是場地的因素與縮減的指數(shù)，而Q則是指爆破所采取的藥量，R則是爆破源和監(jiān)測點(diǎn)的距離，V則是指質(zhì)點(diǎn)的震速。在監(jiān)測中，工作人員會(huì)得到多組有效監(jiān)測數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖表則如下圖：
由此圖可以看出，垂向震速在同一個(gè)側(cè)點(diǎn)鐘往往是最大的，而橫斷面上方的震速基本上呈現(xiàn)對稱分布的狀態(tài)，而縱軸測點(diǎn)的震速則由成洞區(qū)向未開挖的區(qū)域逐漸遞減。而從監(jiān)測工作所得到的數(shù)據(jù)來分析，工作人員也可以得到地震頻率的分布比較均勻分散的結(jié)論，且其傳播特性隨著傳播媒介的性質(zhì)而呈現(xiàn)多樣的變化。
二、淺埋大跨度的隧道施工減震技術(shù)
1、選用降震性能器材，設(shè)置合理減震掏槽
隧道爆破工作在極大的程度上受到炸藥以及雷管等器材的影響，施工人員要想避免過大的震害，就應(yīng)該為爆破工作選用具備降震性能的器材。而根據(jù)上文的監(jiān)測工作可知，震動(dòng)速度直接受到炸藥爆破速度的影響，工作人員要采用直徑小且爆破速度慢的炸藥與毫秒的微差較小的雷管等來進(jìn)行爆破，確保爆破工作在低速度、低猛度、低密度等的基礎(chǔ)上開展，盡量降低爆破的震速及震害。同時(shí)，減震掏槽在爆破工作是地震強(qiáng)度的主要生發(fā)點(diǎn)，工作人員必須采用矩形的直眼掏槽等形式來增加掏槽的爆破空面，使掏槽孔眼深度加深，從而使降低爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)效應(yīng)。
2、預(yù)加固淺埋的地層，降低中導(dǎo)坑的跨度
爆破震害在淺埋地層的影響最為明顯，工作人員要降低淺埋隧道的震害，就應(yīng)該對淺埋地層進(jìn)行預(yù)加固處理，比如，采用自進(jìn)式的錨桿來為挖掘工作進(jìn)行預(yù)支護(hù)，同時(shí)配合結(jié)網(wǎng)錨噴，或者是對松散地質(zhì)的地表實(shí)施注漿加固等，以切實(shí)地降低淺表地層的爆破所造成的滑塌危害。而且，施工人員還可以采用臺階法施工來為中導(dǎo)坑進(jìn)行減跨處理，保證隧道爆破時(shí)其成洞能夠得到支護(hù)的及時(shí)穩(wěn)定，以將中導(dǎo)層進(jìn)行分次爆破施工，減少單斷面所承受爆破力度，進(jìn)而減弱爆破的危害。
3、做好爆破質(zhì)量監(jiān)測，嚴(yán)格控制爆破參數(shù)
施工人員要避免爆破造成的震害就必須對爆破工作進(jìn)行有效的監(jiān)測，達(dá)到對爆破震動(dòng)的各種參數(shù)的有效把握，從而根據(jù)震動(dòng)參數(shù)來采取有效的減震措施。如在爆破監(jiān)測完成后，工作人員可以根據(jù)參數(shù)將爆破的臺階高差合理地控制在15厘米以內(nèi)，同時(shí)將洞內(nèi)襯砌及地表的震速控制在安全震速范圍內(nèi)。而以具體的爆破參數(shù)來講，工作人員最應(yīng)該重視的就是總的裝藥量以及單段的起爆炸藥量，且對于炮眼的間距和起爆的時(shí)間也應(yīng)該做好間隔控制，同時(shí)避免地表的地震波產(chǎn)生疊加狀況。此外，工作人員還要盡量對炮眼進(jìn)行堵塞，以保證其爆破之后的巖渣塊度呈現(xiàn)均勻分布，降低散碎的飛石對于襯砌的損害。
三、結(jié)語：
淺埋的大跨度隧道在進(jìn)行爆破施工時(shí)，對于周圍環(huán)境的震動(dòng)危害是不可避免的，而施工人員必須在施工中進(jìn)行完備的監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果來采取有效的措施對震動(dòng)危害進(jìn)行應(yīng)對，進(jìn)而推動(dòng)隧道爆破施工的順利實(shí)施。
