第６０卷第１期 铁道标准设计 ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳ！ＧＮ Ｖｏ１．６０ ＮＯ．１ ２０１６年１月 Ｊａｎ．２０１６ 文章编号：１００４—２９５４（２０１６）Ｏ１—０１０２—０５ 隧道掘进爆破对地表敏感建筑物的 振动影响监测与控制 杨甲豹 （中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 １０００５５） 摘要：为控制隧道掘进爆破对地表敏感建筑设施产生的振动危害，对爆破产生的地震效应进行监测与控制是必 要的。结合人山子隧道的控制爆破设计，首先通过理论计算，初步分析隧道爆破对地表敏感建筑设施振动速度的 影响，再结合爆破时地表质点振动速度的实时监测与分析，提出控制爆破振动危害的措施，以确保地表敏感设施的 安全。 关键词：铁路隧道；掘进爆破；地震效应；控制爆破；敏感建筑；振动速度 中图分类号：Ｕ４５ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１３２３８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—２９５４．２０１６．Ｏ１．０２２ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ＹＡＮＧ Ｊｉａ—ｂａｏ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｕｈｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００５５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｕｎｎｅｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｓｅｉｓｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｒｅｎｓｈａｎｇｚｉ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｍｐａｃｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｍｐａｃｔｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ；Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ；Ｓｅｉｓｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔ；Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ；Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ 在铁路隧道修建过程中，受选线条件的限制，难免 会遇到下穿村庄、建筑、敏感设施等情况。出于经济上 的考虑，在隧道施工过程中，多数隧道采用钻爆法进行 收稿日期：２０１５一Ｏ５—１５；修回日期：２０１５—０６一ｌ０ 作者简介：杨甲豹（１９８４一），男，工程师，２０１０年毕业于中南大学桥梁 与隧道工程专业，工学硕士，Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｊｂ４２５＠１６３．ｃｏｒｎ。 开挖。而研究表明 ，爆破开挖所引起的振动会对 周边建筑产生不利影响。通过理论初步分析，结合下 穿敏感建筑的实时振动监测，提出控制爆破振动的措 段宝福，李磊．地铁暗挖区间重叠交叉隧道施工与监测［Ｊ］．施工 技术，２０１２，４１：７７—８１． 的应用［Ｊ］．现代隧道技术，２０１４，５１（２）：１０８—１１４． ［８］王宇，周胜军．北京地铁ｌ０号线国贸站洞内桩施工技术［Ｊ］．铁道 标准设计，２００８（１２）：２２４—２２７． ［９］ 唐涛，贺善宁．城市大断面暗挖隧道邻近建筑物施工技术［Ｊ］．隧 道建设，２０１０，３０：３７１—３７５． ［１０］关宝树．隧道工程施工要点集［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００３． ［１１］中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０１２１—２ＯＯ７铁路隧道监控量测技 杨会军．浅埋暗挖大跨地铁风道施工技术［Ｊ］．铁道工程学报， ２０１２，１：８３—８７． 李涛，韩雪峰，黄华．深圳富水复合地层地铁隧道暗挖施工引起地 表沉降规律的研究［Ｊ］．现代隧道技术，２０１４，５１（２）：７６—８２． 李新乐，杜慧娟，王海涛．浅埋暗挖隧道下穿既有铁路和涵洞施工 技术方案研究［ｊ］．铁道建筑，２０１２（７）：４７—５０． 郭伟．水平旋喷桩施工工艺在深圳地铁施工中的应用［Ｊ］现代隧 道技术，２０１２，４９（２）：１１４—１１８． 术规程［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００７． 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口施工掌子面里程为ＤＫ１０７３＋４２３。该段落岩性为弱 数见表１，具体布置见图２。 表１ 上台阶爆破参数 风化混合花岗岩及斜长片麻岩，节理较发育，岩体呈大 块状结构；局部为小的断层，结构松散，易坍塌，地下水 发育，围岩级别为Ⅱ级，原设计采用钻爆法开挖。 ３控制爆破设计与爆破振动对部队营房影响初步 分析 注：１．掏槽眼为斜眼其余炮眼均为直眼；２．周边眼采用 ２５ ｍｉｌｌ小 ３．１控制爆破设计 药卷反向间隔装药，其他炮眼采用＋３２ ｍｍ药卷；３．预计爆破进尺２ ｍ； ４．爆破方量１２２．４ｉｎ ，炸药单耗为０．７６ ｋｇ／ｍ 。 影响爆破地震波破坏程度的因素主要有 ：场地 １＋广 赛亡：·１．： （ａ）光面爆破上台阶炮跟布置及起爆顺序 （ｂ）光面爆破起爆网络 （ｃ）掏槽眼布置 注：１．周边眼间距Ｅ：４５ ｃｍ，抵抗线 ＝７５ ｃｍ，底板眼间距为７０ ｃｍ；２．陶槽跟采用二级复式楔形槽结构；３ 图中所示数字为起爆顺序；４．孔 内采用１—１３段电毫秒雷管；５．掏槽眼采用１—５段复式网路联结；６． Ｌ外采用塑料导爆管复式网路联结。 图２上台阶光面爆破设计（单位：ｃｌｒ１） 第１期 杨甲豹一隧道掘进爆破对地表敏感建筑物的振动影响监测与控制 １０５ 略，不能确切得到隧道爆破开挖对地表建筑、设施等的 振动影响程度，因此需要进行地表爆破振动监测试验。 振动试验的目的包括： （１）通过爆破振动监测，获取爆破振动沿各方向 的振动衰减传播规律，回归计算爆破振动传播公式，为 确定爆破施工方案与爆破参数提供依据； （２）通过爆破振动监测，评价爆破施工方案和爆 破参数的合理性，为控制与优化爆破施工参数提供 依据； （３）通过爆破振动监测，测定开挖爆破作业对地 表建筑设施的振动影响程度，并根据相关规范及设计 标准，对其安全性进行评估，并为控制或调整爆破参数 提供依据。 ４．２测试内容 研究表明Ｅ９，１ｏｌ，影响爆破地震安全的因子是多方 面的，但是通过直接测取测点处的水平和垂直振动速 度作为评判建筑设施结构安全与否的标准较为简单 有效。 ４．３测试仪器及测点布置 ４．３．１ 测试仪器 本次爆破振动监测工作采用ＴＣ一４８５０型爆破测 振仪，现场共计使用４台仪器进行监测。 每台测振仪有３个通道，本次测试配置１个三分 量速度传感器来测试３个不同方向的振速，其中 、ｙ 方向为水平向，ｚ垂直向上。 ４．３．２测点布置 影响爆破振动的主要因素是爆破最大一段装药量 和爆心距。单响药量越大，转化为地震波的能量越多， 爆破振动越强烈；距爆心的距离越远，振动衰减越大， 爆破振动越弱。另外，爆破地震效应受地质、地形等条 件的影响也很大。因此，为了确保人山子隧道爆破过 程中敏感建筑及精密设施设备等的安全，根据要求，在 辖区内重要区域布置４个测点。现场布置４个测点， 见图４。 ４．３．３监测段落 根据地方要求，自Ａ点至Ｅ点段落（图１）范围需 进行控制爆破监测。 ４．４监测结果及数据回归分析 ４．４．１ 监测结果 人山子隧道自２０１２年１１月至２０１３年７月，爆破 开挖段落里程为ＤＫ１０７２＋８０２～ＤＫ１０７３＋４２３，对上下 台阶进行了多次爆破监测，采集了大量的振速与主频 数据，鉴于篇幅，仅选取其中部分爆破波形图与监测数 据进行分析。 图５～图８为掌子面距离建筑物较近的段落 图４测点平面布置示意 （ＤＫ１０７３＋２００附近）爆破开挖时测取的振动曲线。图 ９、图１０分别为测点１、测点２处的监测数据散点图。 一鼍 Ｓ 恻 一崔 蕈｝熠 一 一 一 一Ｏ Ｏ Ｏ ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ ｌ １ Ｏ Ｏ ０ ｌ １ ７ ２ ７ ２ ２ ７ ２ ７ ｏ ０ ｏ 加 ：２ ｍ：兮Ｏ ｍ 加 时间，８ 图５测点１振动速度波形（只＝３７２ ｍ） 时间／ｓ 图６测点２振动速度波形（疗＝３６１．９ ｍ） …… … 一 Ｓ 蛔 … …… 赠 一ｏ．１ ｏ．１ ｏ．３ ｏ．５ ｏ．７ ｏ．９ 时间／ｓ 图７测点３振动速度波形（Ｒ＝４６６．６ ｍ） 通过大量的监测数据发现，各个测点的垂直向（Ｚ 向）振速较大，而切向（ 、ｙ向）相对较小，垂直向最大 振速为０．１６９ ｃｍ／ｓ，未超过０．２ ｃｍ／ｓ。同时，各监测数 据表明，对于同批次测量的测点振速从大到小排序依 １Ｏ６ 铁道标准设计 第６０卷 一号，目ｇ），域鞲 ０．０８ ０．０４ －Ｉ … 一…． 一．一． ０ ＩＩＩ ’’ 一一一 一一一 ０．０４ 嘲 —０．ｏ８ ０ Ｏ．２ ０．４ ０．６ ０．８ 时间／ｓ 图８测点４振动速度波形（Ｒ：５３６．８ ｍ） 爆心距／ｍ 图９测点１处爆破监测数据 爆心距／ｍ 图１０测点２处爆破监测数据 次为２点、１点、４点、３点，即随着爆心距的增大，振速 逐渐减小。 ４．４．２数据回归分析 根据爆破振动测试数据及装药量，采用萨道夫斯 基公式对测试结果进行线性拟合回归分析，采用回归 分析的数据详见表５。 表５拟合采用的实测数据 采用以上数据拟合得到Ｋ为１１４．４，Ｏｔ为１．６３。 即回归公式为 … ４（ ） 通过上述公式可近似得到单次齐爆药量Ｑ与爆 一 邑，罄鞲 破距离Ｒ的关系 Ｑ （， ）１ ．８４ 。 ５安全评判 通过实时监测，发现距离部队营房最近的Ｃ点爆 破时，监测点２竖向振动速度最大，达到０．１６９ ｃｍ／ｓ， 但仍在安全振速范围内。上述监测结果表明，对于监 测段落的控制爆破设计是合理的，能够有效控制爆破 开挖对营房设施的影响。 ６ 结论 通过采取以上措施，结合地表监测点振动的实时 监测数据，不断优化调整爆破设计参数，使得隧道爆破 施工产生的爆破振动速度得到有效控制，确保了地表 建筑设施的安全。 参考文献： ［１］ 言志信，王永和，等．爆破地震测试及建筑结构安全标准研究［Ｊ］． 岩石力学与工程学报，２０１３，２２（１１）：１９０７—１９１１． ［２］ 张正宇．工程爆破振动的破坏标准［Ｒ］．武汉：长江水利水电科学 研究院，１９８６． ［３］ 宗琦，汪海波，周胜兵．爆破地震效应的监测和控制技术研究［Ｊ］． 岩石力学与工程学报，２００８，２７（５）：９３８—９４５． ［４］ 翟渊博．隧道爆破振动对民房的危害及安全评价［Ｄ］．西安：西安 建筑科技大学，２００８． ［５］ 言志信，吴德伦，许明．地震效应及安全研究［Ｊ］．岩土力学，２００２， ２３（２）：２０１—２０３ ［６］ 曹孝君．浅埋隧道爆破的地表震动效应研究［Ｄ］．成都：西南交通 大学，２００６． ［７］吴德伦，叶晓明．工程爆破安全振动速度综合研究［Ｊ］．岩石力学 与工程学报，１９９７（３）：２６６—２７３． ［８］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．ＧＢ ６７２２－－２０１４ 爆破安全规程［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１４． ［９］ 徐国元，中国生，熊正明．基于小波变换的爆破地震安全能量分析 法的应用研究［Ｊ］．岩土工程学报，２００６，２８（１）：２４—２８． ［１０］齐景岳．隧道控制爆破技术［Ｊ］．铁道标准设计，２００６（１１）： ７２—８１． ［１１］柯庆辉．隧道爆破施工对周围建（构）筑物损伤分析及危害控制 研究［Ｄ］．长沙：中南大学，２０１２． 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