淺埋巖溶隧道開挖超前預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)

1、<p>　　淺埋巖溶隧道開挖超前預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)</p><p>　　摘要：淺埋巖溶隧道爆破開挖極易造成地表建筑物結(jié)構(gòu)破壞，巖溶發(fā)育區(qū)段爆破不當(dāng)易造成冒頂事故，通過(guò)地質(zhì)分析及爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)。通過(guò)對(duì)淺埋隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)地表建筑物的震動(dòng)速度以及震動(dòng)波沿洞壁的衰減規(guī)律，對(duì)地表建筑物結(jié)構(gòu)以及巖溶段爆破安全進(jìn)行分析，地表建筑物處于爆破影響范圍之內(nèi)，需盡快進(jìn)行搬遷；對(duì)隧道洞壁爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)，爆破對(duì)圍巖及溶洞的危害

2、控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該綜合考慮介質(zhì)表面徑向和切向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，以徑向參數(shù)為主設(shè)計(jì)爆破參數(shù)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：淺埋隧道；巖溶；爆破；震動(dòng)監(jiān)測(cè) </p><p>　　中圖分類號(hào)：U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　巖溶地質(zhì)區(qū)域隧道開挖中爆破極易造成隧道結(jié)構(gòu)和圍巖損傷

3、，使臨近溶洞和隧道之間產(chǎn)生貫通裂隙，破壞了原有的應(yīng)力場(chǎng)，使局部圍巖產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低了圍巖的自穩(wěn)能力，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，尤其在淺埋區(qū)域，由于已開挖的洞身改變了淺層巖體的整體結(jié)構(gòu)，掘進(jìn)爆破產(chǎn)生的地震效應(yīng)造成的破壞更大，處理不當(dāng)極易造成冒頂事故，同時(shí)爆破強(qiáng)度易造成淺埋段地表建筑物結(jié)構(gòu)破壞，本文通過(guò)實(shí)例探討隧道穿越淺埋段巖溶區(qū)域時(shí)對(duì)開挖爆破及建筑物安全的控制。 </p><p><b>　

4、　2 工程概況 </b></p><p>　　隧道主要地層巖性為二疊系的灰?guī)r、泥巖及頁(yè)巖和龍?zhí)督M的煤系地層和三疊系的灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖。 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，在隧址區(qū)有3處房子處于隧道施工直接影響范圍： </p><p>　　1#木房，房子陳舊，已傾斜；最小埋深約15m，房子基礎(chǔ)為粘土層，因此隧道開挖過(guò)程中可能出現(xiàn)基底失穩(wěn)和爆破擾動(dòng)

5、加劇原有結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的可能性。 </p><p>　　2#磚房：兩戶，房子為砌體結(jié)構(gòu)，抗震性能較差，2#房屋戶主已反映因爆破擾動(dòng)致房子漏水。砌體結(jié)構(gòu)在爆破擾動(dòng)下可能產(chǎn)生突然破壞，應(yīng)謹(jǐn)慎，此段淺表風(fēng)化層薄，房屋基礎(chǔ)為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，隧道埋深約25m，在隧道開挖過(guò)程中主要問(wèn)題是爆破震動(dòng)對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的損害，但基底基本是安全的。 </p><p>　　3#木房，房屋較陳舊，距離隧道右洞軸線約21m?？紤]此段

6、隧道埋深，隧道開挖變形對(duì)其的附加影響可以忽略，但其為年久木房，爆破擾動(dòng)因素仍不可忽視。 </p><p>　　構(gòu)造裂隙：在隧道中線左側(cè)順C1煤層走向翻過(guò)山坳，有一列崩塌形成的陡壁，陡壁末端有豎向溶洞，推測(cè)附近存在構(gòu)造裂隙或小斷層。溶洞出口原地下水發(fā)育，周邊（翻過(guò)山坳）為一片水田，后因友誼煤礦施工，導(dǎo)致地下水干涸，只能成為旱地。 </p><p>　　3 淺埋段巖溶區(qū)域地質(zhì)探測(cè) </p

7、><p>　　高密度電法屬直流電阻率法，測(cè)量結(jié)果為二維視電阻率斷面。高密度電法具有點(diǎn)距小、數(shù)據(jù)密度大、工作效率高的特點(diǎn)，能較直觀、準(zhǔn)確地反映地下電性異常體的形態(tài)，本次采用WGMD-3型高密度電法儀，沿隧道軸線及垂直軸線方向布置4條測(cè)線。 </p><p>　　對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確認(rèn)部分溶蝕裂隙發(fā)育ZK19+860～ZK19+885可能有垂直巖溶管道；ZK19+956～ZK19+970和YK1

8、9+810～YK19+840巖溶裂隙較發(fā)育。風(fēng)化層厚度存在左洞相對(duì)較薄，靠煤層一側(cè)強(qiáng)風(fēng)化層較厚，地下水較發(fā)育。ZK19+800～ZK19+780為C3煤層采空區(qū)。 </p><p><b>　　4 爆破開挖設(shè)計(jì) </b></p><p>　　在工程爆破實(shí)踐中，遇到的通常是不均勻與不連續(xù)性質(zhì)的巖土介質(zhì)，因此在巖土介質(zhì)中產(chǎn)生的波動(dòng)現(xiàn)象非常復(fù)雜。巖溶區(qū)的隧道掘進(jìn)爆破中，在爆

9、炸沖擊波作用下的宏觀裂隙區(qū)以及爆生氣體驅(qū)動(dòng)下的裂紋擴(kuò)展區(qū)范圍很小，一般只有藥包半徑的10～15倍，可將該區(qū)計(jì)入爆破作用中區(qū)，而爆破作用遠(yuǎn)區(qū)傳播的是彈性波。圍巖在爆炸應(yīng)力波的作用下微裂紋激活并擴(kuò)展，當(dāng)微裂紋擴(kuò)展到一定程度，各微裂紋就有可能相互貫穿形成裂隙。因此，隧道掘進(jìn)爆破的關(guān)鍵是控制爆破作用下圍巖中裂隙的產(chǎn)生和擴(kuò)展。 </p><p>　　目前普遍采用薩道夫斯基公式進(jìn)行爆破控制設(shè)計(jì)，即 ，其中m為藥量指數(shù)，一般取

10、3或2；特征系數(shù)K、a是與現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件等因素相關(guān)的系數(shù)，通過(guò)薩道夫斯基公式對(duì)對(duì)巖溶隧道爆破溶洞圍巖中地震波的傳播速度進(jìn)行擬合，分析其衰減規(guī)律，初步確定巖溶隧道爆破溶洞圍巖質(zhì)點(diǎn)安全振速。 </p><p>　　當(dāng)溶洞與隧道處于不同的空間位置關(guān)系時(shí)，隧道爆破開挖時(shí)應(yīng)力將重新分布，在隧道拱頂、直墻和墻腳不同位置會(huì)出現(xiàn)破壞危險(xiǎn)區(qū)域，使臨近溶洞與隧道之間產(chǎn)生裂隙貫通，降低圍巖承載力，而且破壞了原有應(yīng)力場(chǎng)，使局部圍巖產(chǎn)

11、生應(yīng)力集中，對(duì)施工及隧道的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。因此巖溶區(qū)隧道爆破開挖過(guò)程，關(guān)鍵就是控制爆破開挖對(duì)臨近溶洞的影響，采用合理的控制爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制爆破危害。 </p><p><b>　　5 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè) </b></p><p>　　隧道爆破對(duì)地面建筑物的破壞程度主要取決于質(zhì)點(diǎn)峰值震動(dòng)速度，對(duì)于巖溶溶洞區(qū)域，采用震動(dòng)監(jiān)測(cè)確定巖溶溶洞在隧道爆破下的安全震動(dòng)速度，本次爆破震

12、動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器采用EXP3850震動(dòng)采集儀，分別在3棟建筑物周邊布設(shè)10個(gè)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在臨近溶洞區(qū)段開挖爆破時(shí)在洞壁布設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 </p><p>　　根據(jù)我國(guó)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）規(guī)定：地面建筑物、電站(廠)中心控制室設(shè)備、隧道與巷道、巖石高邊坡和新澆大體積混凝土的爆破振動(dòng)判據(jù)，采用保護(hù)對(duì)象所在地基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率。本次監(jiān)測(cè)中，當(dāng)爆破頻率在10~50Hz時(shí)，爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)值

13、可參考下表： </p><p>　　通過(guò)對(duì)地表建筑物爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，在30個(gè)測(cè)點(diǎn)共計(jì)120次爆破監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄中，測(cè)定頻率最低為12.5Hz，最大合速度為2.020 cm/s，主要分布范圍為0.895～1.643 cm/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)安全允許質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度，因此在開挖爆破臨近建筑物時(shí)極易造成建筑物結(jié)構(gòu)破壞，需將隧址區(qū)地表建筑物拆遷，以保證人員安全；通過(guò)對(duì)臨近巖溶段隧道洞壁爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)，徑向最大震動(dòng)速度為3.216 c

14、m/s，爆破震動(dòng)不會(huì)對(duì)隧道構(gòu)成破壞，在溶洞段對(duì)溶洞段隧道開挖爆破地震波的傳播規(guī)律可知，垂直于溶洞腔表面的質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度明顯大于其切向的震速。 </p><p><b>　　6 結(jié)論 </b></p><p>　?。?）通過(guò)地質(zhì)調(diào)查及高密度電法對(duì)淺埋巖溶段的地質(zhì)情況進(jìn)行分析，結(jié)合薩道夫斯基公式確定合理的爆破參數(shù)； </p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)

15、地表建筑物的爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)確認(rèn)開挖爆破易造成建筑物破壞，需盡早拆遷； </p><p>　?。?）對(duì)隧道洞壁爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)爆破對(duì)圍巖及溶洞的危害控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該綜合考慮介質(zhì)表面徑向和切向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，以徑向?yàn)橹鳌?</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]李波 巖溶隧道開挖爆破對(duì)圍巖及溶洞的影響研究 [碩士學(xué)位論文].

16、長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2009 </p><p>　　[2]李順達(dá).隧道爆破對(duì)地表房屋的影響[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2008, 8(2): 40 -43. </p><p>　　[3]張世雄.胡建華,陽(yáng)生權(quán)等.地下工程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析[J].爆破, 2001, 18(2): 49 -52. </p><p>　　[4]張繼春,曹孝君,鄭爽英等.淺埋隧道掘進(jìn)