铁道 建筑 ２００８年第１Ｏ期 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ６９ 文章编号：１００３．１９９５（２００８）１０—００６９—０４ 超小净距地铁隧道爆破振动监测与分析 朱永全，何本国 （石家庄铁道学院土木工程分院，石家庄０５００４３） 摘要：结合南京地铁Ⅱ号线苜蓿园站一小卫街站超小净距地铁隧道施工中，由于左右线隧道之间距离较 近，对在后行洞开挖爆破荷载作用下先行洞衬砌振动响应进行相关监测，并分析地震波在不同位置的分 布规律，得出了一些有意义的结论，可供类似工程参考。 关键词：超小净距 地铁隧道爆破振动 现场监测 中图分类号：Ｕ４５５．６文献标识码：Ｂ 康线响水沟隧道、湘黔铁路增建Ⅱ线坪口隧道、流潭隧 ０ 引言 道等，也因隧道间距较小，出现过先行洞衬砌开裂、剥 落等现象。因此，在施工过程中，研究人员必须对隧道 地铁隧道受地形及城市建设规划用地及邻近建筑 爆破振动进行监测和分析 。 物的，往往将左右线区间隧道之间距离设计得很 本文在南京地铁Ⅱ号线苜蓿园站一小卫街站超小 小，超小净距隧道作为特殊地形条件下解决地铁布线 净距地铁隧道爆破监测的基础上，对先行施工的洞衬 很有效的一种结构形式越来越多得到广泛的应用，其 砌的振动测试结果进行分析，得出几点规律和建议。 造价和施工工艺与普通双洞隧道基本相似；与连拱隧 道相比它的造价要低，施工工艺要简单，双洞间净间距 １工程概况 很小，有利于地铁整体线型规划和线型优化；但连拱隧 道结构对地质条件要求苛刻，建成后的结构出现开裂、 苜蓿园一小卫街站地铁超小净距隧道位于南京地 渗漏水的概率较高¨。Ｊ。对于超小净距隧道来说，后 铁二号线（一期）工程ＴＡ１３标，隧道区间折返线段全 建隧道开挖爆破产生的地震波会危及先行洞衬砌结构 长３４２ １ＴＩ，超小净距双洞大跨断面长９９ ｎｌ（工断面）。 的安全和稳定。对于中硬岩以上围岩隧道，爆破振动 超小净距双洞采用台阶法，折返段平面结构图和超小 影响较大，如日本的荻津公路隧道、磁浮试验线上初狩 净距隧道断面尺寸见图１、图２。 隧道以及意大利的Ｌｏｃｏｏ Ｃｏｌｉｏ公路隧道；而国内的西 冀 量Ｌ 委 蛭 ： 魁 厘 图１折返线平面结构图 小净距隧道施工经验中，为减小相邻隧道施工对 隧道净距为一倍洞净以上。对于小于一倍洞净的小净 地层的相互扰动，确保施工安全和结构质量，常常限定 距隧道施工中，极易导致隧道变形大、支护开裂、甚至 二次衬砌开裂等问题。本工程隧道净距仅０．３０９ Ｉｎ，而 且覆土地层浅、施工环境复杂，严格控制爆破施工振动 收稿日期：２００８一Ｏ１．１０；修回日期：２００８．０７．２０ 作者简介：朱永全（１９６０一），男，安徽纵阳人，教授。 对隧道支护结构、临时支护结构、衬砌结构质量的影 ７０ 铁 道 建 筑 Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００８ 左洞 右洞 图２爆破设计示意图 响，对保证隧道安全施工非常重要。特别是右洞剩余 分部爆破开挖施工时，近距离产生的爆破振动会造成 衬砌混凝土的破坏，给隧道结构安全、防水和外观质量 都会带来巨大的影响。因此，对邻近隧道爆破引起的 振动进行监测，以此为依据来优化超小净距隧道工程 爆破参数的设计和后续施工。苜蓿园一小卫街站区间 地铁超小净距采用新奥法施工，光面爆破，炸药采用乳 化炸药。 通过现场试验发现，主要是在工区（上台阶）的开挖 爆破施工产生最大振速，试验表明上半断面开挖采用斜 眼掏槽，在控制振动方面优于直眼掏槽，尤其在进尺较 短时更为明显。Ⅱ区爆破由于增加了临空面，岩石对爆 破的约束程度减小，产生的振速一般≤１０ ｃｍ／ｓ。 ２爆破振动测试与分析 邻近隧道爆破对先行洞衬砌的影响主要表现在振 动和应力重分布。在掘进过程中，一般是分布在一定 空间内的多孔装药起爆，任意一点处由爆破产生的应 力是多个应力波叠加的结果，目前还没有一种理论方 法能较为准确地计算多孔装药起爆在某处产生的应 力 。在爆破监测过程中振速指标是一个较严格的指 标，而应力指标相对较宽松 。因此，在监测指标上可 以采用振速控制。 ２．１爆破振动计算公式 最大分段装药量可按萨道夫斯基公式进行计算 Ｑ＝Ｒ。ｒ Ｖ／Ｋ） 式中 ｐ——最大分段装药量（ｋｇ）； Ｒ——爆心距（ｍ）； ——爆破安全振动速度值（ｃｍ／ｓ）； Ｋ， ——与岩石性质、地质条件、爆破规模等综 合因素有关的系数ｎ 。 郑大榕¨¨指出经过一年多的爆破实践和振动监 测，发现采用萨道夫斯基公式计算得到的振速与实测 存在较大偏差，可能与所取的场地系数不是很准确有 关，因此必须进行监测。 ２．２监测仪器和方法 本次监测仪器是北京东方振动与噪声技术研究所 生产的ＤＡＳＰ２０００软件，拾振器由国家地震局工程力 学研究所研制。ＤＡＳＰ２０００可以实现信号的实时分析， 即可以连续不问断地进行信号的采集，并同时进行频 谱分析和结果显示，实现了采样、分析和显示波的同步 进行。根据配合的不同样卡，最多可以进行１６或者３２ 通道信号的采样和分析。由于爆破振动效应随着传播 距离的增大逐渐衰弱，每次测试在爆破点较近的测点 进行测试。每次测试结束立即分析结果可为优化爆破 设计以及振动控制提供依据。 ２．３监测点的布置 由于两侧隧道净距只有３０．９ ｃｍ，而右洞剩余分部 爆破开挖采用上下台阶法施工，如此近距离产生的爆 破振动相当大，上台阶爆破由于增加了临空面，下台阶 爆破产生的振动一般较小。可以将上台阶的爆破作为 监测的重点，以下台阶爆破振动监测为参考。由文献 ［１２］可知先行洞衬砌迎爆侧所受地震波的影响最为显 著，如果振速过大会导致衬砌的损伤，因此在施工中应 重点监测。由文献［１３］～文献［１６］可知，上台阶爆破 施工产生的最大振速出现在迎爆侧的拱脚和边墙。综 合考虑上述因素并结合工程实际，振动测试监测点以 ５ ｍ为间距依次布置四个断面，每个断面各两个测点， 即拱脚和边墙，每个测点布置径向和切向各１个拾振 器，实际监测点布置如图３、图４和图５所示。图３表 示测点位于爆破面前方，图４表示测点位于爆破面后 方，对比分析先行洞衬砌爆破面前后方的影响规律，图 ５是对比分析爆破对先行洞衬砌拱脚和边墙的影响。 ４ ３ ２ ｌ 先行洞 ，，，， ，，，７， 厂，， ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，， 后行洞掌子面 图３测点位于爆破面前方布点示意图 ２．４测试结果与分析 １）典型波形实测图分析。从图６爆破振动波形图 可以看出最大爆破振速所对应的时刻是掏槽时刻，为 单临空面，岩石对爆破的约束程度较大，因此重点控制 掏槽眼一次起爆的最大药量。在前后段爆破时差ｔ≥ １００ ｍｓ条件下，地震波不会发生叠加现象。 ２）爆破振动对先行洞的影响规律。对爆破面前方 和后方分别进行监测，各测点沿隧道衬砌径向和切向 ２００８年第１Ｏ期 超小净距地铁隧道爆破振动监测与分析 ∞ 表１∞ 上台阶爆破测试结果 Ｏ 如 ∞ ７１ 先行洞 １ ●■ ２ ●３ ●■４ ●■ ，，／，，，，，，，， ，，７，， ，，，，，，７，，／，，，，，， 后行洞掌子面 图４测点位于爆破面后方布点示意图 左洞 右洞 表２下台阶爆破测试结果 图５拾振器布置示意图 ｔ Ｉ — Ｌ＇薹 制 Ｉ ’ ．９５００ ２１０００ ２１０５００ ２１１０００ ２ｌ１５００ ２１２０００ ２１２５００ ２１ ３０００ 时间／ｍｓ 度。从图８可以看出下台阶爆破振速明显小于上台阶 爆破，距爆源１０ ｎｌ处振速已减少５０％之多，之后振速 曲线相对平缓。 通过爆破振动监测，发现上台阶爆破对先行洞产 生的爆破振速最大，一般在１０ ｃｍ／ｓ左右，下台阶爆破 对先行洞产生的振速较小，一般≤１０ ｃｍ／ｓ。爆破振速 图６先行洞衬砌地震波 振速测试结果见表１、表２。 从图７看出爆破面前、后方先行洞衬砌振速相差 不大，前方稍大于后方，切向稍大于径向，因此可将先 行洞衬砌迎爆侧质点切向振速作为爆破振动的控制速 满足ＧＢ６７２２－－２００３《爆破安全规程》中规定的交通隧 ＝ 篓 皇 ＼ ．＼ ＿＊＿前方边墙切向 蝌 ！｝蒜 属 麓 测 忙 搔 ５ １０ ｌ５ 爆破面前方测点距爆心距离／ｍ （ａ）前方拱脚 爆破面后方测点距爆心距离，ｍ （ｂ）后方拱脚 图７上台阶爆破掌子面前、后方先行洞衬砌离爆心不同距离的振速分布曲线 ７２ 铁道建筑 ０ｃｔｏｂｅｒ，２００８ 一∞，ｕｌ 鞲测 醛 ６ ５ ４ ３ ２ ｌ Ｏ ５ １０ ｌ５ ５ １０ １５ 爆破面前方测点距爆心距离／ｍ 爆破面后方测点距爆心距离／ｍ ｆａ）前方拱脚 （ｂ）后方拱脚 图８下台阶爆破掌子面前、后方先行洞衬砌离爆心不同距离的振速分布曲线 道爆破安全允许振速ｌ０～２０ ｃｍ／ｓ。从各测点振动速 ［２］钟世航．并行隧道超小净距施工技术［Ｊ］．世界隧道，２００２， 度衰减规律来看，随着测点远离爆源，各测点振动速度 （增刊）：８５－８９． 也逐渐衰减。后行洞爆破施工对先行洞对应爆破位置 一∞ 鞲馨 测遵忙 ［３］刘慧．邻近隧道爆破对先行洞影响的研究［Ｄ］．北京：铁道 ４ ３ ２ ● Ｏ 前后在１０ ｍ范围内衬砌振动影响较大，之后迅速减 部科学研究院，１９９８． 小，可将监测范围定在爆破面前后１０ ｍ范围内。 ［４］龚建伍，夏才初，郑志东，等．鹤上三车道小净距隧道爆破 振动测试与分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００７，２６＂（９）：１ ８８２． １ ８８７． ３ 结论 ［５］谭忠超，杨小林，王梦恕．复线隧道施工爆破对先行洞的 影响分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（２）：２８１—２８５． 根据设计要求和爆破安全规程对苜蓿园一小卫街 ［６］郭汉超．槐树坪隧道爆破振动监测与控制技术［Ｊ］．隧道建 站区间超小净距隧道施工开挖爆破振动进行了监测， 设，２００６，２６（５）：４７—４９，７８． 分析监测结果可知： ［７］刘艳青，钟世航，卢汝绥，等．小净距并行隧道力学状态的 上台阶爆破时先行洞迎爆侧衬砌产生的振速最 试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０００，１９（５）：５９０—５９４． 大，且切向和水平相差不大，前者稍大于后者，一般在 ［８］王明年，潘晓马，张成满，等．邻近隧道爆破振动相应研究 １０ ｃｍ／ｓ左右，下台阶爆破对先行洞产生的振速较小， ［Ｊ］．岩土力学，２００４，２５（３）：４１２—４１４． 一般不会大于１０ ｃｍ／ｓ。因此，可将上台阶爆破作为爆 ［９］曹孝君，张继春，吕和林．隧道掘进爆破引起地表振动的数 值模拟与现场监测分析［Ｊ］．中国公路学报学报，２００７，２０（２）：８７－ 破控制重点，爆破面迎爆侧衬砌切向方向作为控制爆 ９１． 破的主要因素；当前后段爆破时差 ≥１００ ｍｓ时，最大 ［１Ｏ］王海亮．铁路工程爆破［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００５． 爆破振速所对应的时刻一般为掏槽时刻，为单临空面， ［１１］郑大榕．南京地铁隧道爆破开挖与振动控制［Ｊ］．铁道工程 岩石对爆破的约束程度较大，因此重点控制掏槽眼的 学报，２００４，８３（３）：７３—７５． 单段爆破用药量；爆破面前后１０ Ｉｎ以内先行洞衬砌受 ［１２］齐景岳，刘正雄，张儒林，等．隧道爆破现代技术［Ｍ］．北京： 振动影响较显著，爆破面前方先行洞衬砌受爆破振动 中国铁道出版社，１９９５． 的影响稍大于后方衬砌；前方先行洞衬砌振速衰减要 ［１３］王和平．不耦合装药爆破开挖隧道的作用机理［Ｊ］．铁道建 比与之对应的后方已开挖部分的振速衰减慢。 筑，２００７（９）：２５—２６． 实践表明，如果对中间岩柱进行加固，提高围岩参 ［１４］齐景岳．隧道爆破技术的回顾与展望［Ｊ］．铁道建筑，２００５， 数，可降低先行洞衬砌峰值振动速率，可以保证先行洞 （增刊）：４．７． ［１５］中国力学学会工程爆破专业委员会．爆破工程（上、下册） 衬砌的稳定和安全；选择合理的掏槽形式和掏槽位置， ［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９６． 为后续爆破创造足够好的临空面，周边施作减振孔和 ［１６］中华人民共和国国家标准．ＧＢ６７２２－－２００３爆破安全规程 分散装药是减振爆破控制的有效手段。 ［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２００４． 参 考 文 献 （责任审编 王红） ［１］黄拔洲，陈少华，秦峰．小净距隧道在京福高速公路上的 实践［Ｊ］．重庆大学学报，２００３，２６（１０）：１９—２２．
