扩建隧道爆破振动与超前地质预报测试分析

孙尚鹏

摘要：为了保证扩建隧道在施工过程的安全，扩建隧道的爆破振动与超前地质预报测试在隧道的施工过程中是非常有必要的。本文主要对某扩建隧道进行了爆破振动与超前地质预报测试分析，并得出了结论，以期同行参考。

Abstract： In order to ensure the safety of the expanded tunnel during the construction process， the blasting vibration and advanced geological prediction test of the expanded tunnel is very necessary in the tunnel construction process. This paper makes test analysis of the blasting vibration and advanced geological prediction of an extended tunnel， and draws conclusions， with reference to peer.

关键词：扩建隧道;爆破振动;超前地质预报

Key words： expanded tunnel;blasting vibration;advanced geological prediction

中图分类号：P631                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）21-0149-02

0  引言

随着我国交通事业的发展，过去许多工程不满足现有交通量的要求，需要进行改扩建，隧道工程的改扩建也变的越来越普遍。隧道在进行改扩建的既要保证该条隧道在施工过程的安全，又要保证爆破施工引起既有交通线破坏。因此扩建隧道的爆破振动与超前地质预报测试在隧道的施工过程中显得尤为重要。

目前，许多学者多隧道的爆破振动和超前地质预报进行了深入的研究。文献[1-2]運用有限元软件对隧道的爆破振动进行了分析研究。文献[3]对新建隧道近距离穿越既有隧道时的爆破振动进行了分析研究。文献[4]采用MIDAS/GTS-NX软件对新建隧道爆破施工引起既有高速公路挡墙和路基的动力响应规律进行了研究。文献[5]结合实际工程，利用数值模拟和现场监测结果对新建隧道爆破施工时临近建筑物的稳定性和安全性进行研究。文献[6]根据双护盾TBM技术特点，以CCS水电站引水隧洞为工程背景，提出了以地质分析法、物探法、和超前钻探等为主的综合超前地质预报方法。文献[7]以某山区隧道建设为研究对象，对预处理出现的地质灾害进行地质超前预报。文献[8]通过对隧道特点和常用的超前地质预报常用的方法进行对比分析，建立了一种新的超前地质预报综合方法体系。文献[9]将综合超前地质预报和模糊层次评价相结合，建立深埋长隧道地质灾害风险预测体系。

上述研究为隧道的爆破振动和超前地质预报奠定了坚实的基础，但是扩建隧道与新建隧道存在着一定的差异，因此本文对扩建隧道的爆破振动与超前地质预报进行了测试分析，为今后类似工程提供参考与依据。

1  工程概况

本项目共设置分离式隧道497.5m/1座，通过对既有双向四车道隧道原位扩建为双向八车道隧道。既有隧道于2003年完工，采用“新奥法”原理设计和施工。本隧道主洞建筑限界：净宽0.75+0.50+2×3.5+2×3.75+0.75+0.75=17.25m，净高5.0m，相对于两车道、三车道隧道而言，四车道断面更加扁平，开挖跨度达到20m左右，根据四车道隧道的设计经验，同时类比其他四车道隧道内轮廓，结合本项目限界要求，并经数值计算分析，制定了内轮廓方案为：内轮廓采用三心圆，断面净面积165.18m2，宽度17.71m，高度11.3m，断面矢跨比0.426，高跨比0.64。拱部圆心角80°。

2  监测内容与结果

2.1 监测内容

2.1.1 爆破振动监测  对于本次爆破振动监测，仪器选用UBOX-5016爆破振动智能监测仪。该设备不仅可以对现场的爆破振动进行测试，而且还可以测试现场的冲击和噪声等。该设备具有体型较小、方便携带便于操作的优点，此外本设备还可以对测点、多设备进行独立操作自动完成数据采集和存储，具有掉电保护功能等优点。

为了分析该隧道掌子面爆破施工所产生的振速，对该隧道进行了爆破振动数据采集，其测点布置如图1所示。

2.1.2 超前地质预报监测

①雷达地质预报的原理。地质雷达的探测原理是通过发射高频电磁波，电磁波在传输过程中遇到不同电磁性介质分界面时，电磁波中的一部分会反射波回地面，而另一部分则继续透过界面向前传播，当电磁波再次遇到界面时，其中一部分电磁波会继续被反射回地面。电磁波在传播过程中，遇到不同的岩层或岩层节理时，电磁波的反射系数、衰减系数以及反射波频率均不一样。雷达接收天线可接收反射回来的电磁波，将反射回来的电磁波输送给控制单元。通过对反射会来的信号进行显示，并对电磁反射波所带信息进行分析研究，并可获得被探测地层的层厚、岩层完整性以及岩层含水情况，地质雷达的探测原理如图2所示。

②地质雷达测线布置。具体在进行地质预报工作时，需要在掌子面布置连续测线进行现场测试，采用线测方式采集数据，一般情况下，可在掌子面下部距地面1.5m位置处布置2条来回测线，实际采集位置可根据开挖方式不同做适当调整，测线布置示意图和现场检测照片见图3、图4。

现场采集完数据以后，可通过后处理软件进行数据分析，从而获取掌子面前方围岩状况，为隧道的安全施工提供保障。

2.2 监测结果分析

2.2.1 爆破振动监测  测试探头分别接着三个通道，每个通道采集一个测点的爆破振动状况。在测试过程中，隧道衬砌上上布设通道1和通道2的测试探头，而通道3的测试探头则布置于地面上。本次隧道爆破用炸药量约为24kg，本次爆破处桩号为YK19+928，数据采集监测点桩号为ZK19+928，对现场测试的结果进行分析，同时对爆破振动结果进行整理，如表1所示。

通过表1可知，在本次爆破用炸药量情况下，不会对所测隧道造成结构损伤。

2.2.2 超前地质预报监测  地质雷达系统由硬件系统和软件系统组成，其中硬件系统主机、天线和传输电缆等，软件系统包括现场数据采集、预处理以及后处理等。在本次超前地质预报监测中选用GSSI SIR-3000探地雷达，在软件方面选用RADAN6.0系列雷达软件。RADAN6.0软件可以针对各类地质异常情况进行多道平均、同相轴追踪、信号偏移、希尔波特变换、褶积与反褶积的滤波变换、傅立叶变换以及强制增益变化等一系列的手段，可以最大程度的保证资料处理的可辨读性。采集的数据图像如图5所示。

对图5分析可知，YK19+930前方30m岩性为中风化含角砾凝灰岩，浅灰黄色，岩质坚硬，发育少量陡倾紧闭节理，岩体较完整-完整。该段地下水主要为基岩裂隙水，赋存于裂隙内，水量贫乏，由大气降水补给，水文地质较简单。

①YK19+930～YK19+920（10m）本段区域地震波反射波较明显，结合掌子面围岩情况及设计图纸可知，围岩自稳能力较差，围岩结构较不稳定，无支护状态下易出现拱顶掉块或小型坍塌等现象。施工过程中应严格控制施工进尺、及时支护，严格按照设计要求进行施工。围岩预测分级V级（设计基本分级V级）。②YK19+920～YK19+900（20m）该段区域内电磁波反射相对较弱，预计该段围岩完整性较前段有所增强，节理发育情况参照当前掌子面，应依照设计要求进行施工。现场判定围岩级别为V级（设计围岩级别为V级）。

3  结语

①通过爆破振动测试可知：在本次爆破用炸药量情况下，不会对所测隧道造成结构损伤。②通过超前地质预报测试可知：YK19+930前方30m岩性为中风化含角砾凝灰岩，浅灰黄色，岩质坚硬，发育少量陡倾紧闭节理，岩体较完整。该段地下水主要为基岩裂隙水，赋存于裂隙内，水量贫乏，由大气降水补给，水文地质较简单，与设计资料相符。

参考文献：

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[2]谭忠盛，杨小林，王梦恕.复线隧道施工爆破对既有隧道的影响分析[J].岩石力学与工程学报，2003（02）：281-285.

[3]郑俊杰，包德勇，等.铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术研究[J].铁道工程学报，2006（08）：80-84.

[4]叶宇，余春涛，等.某铁路隧道下穿高速公路爆破振动研究[J].地下空间与工程学报，2019，15（01）：219-225.

[5]罗志翔，張敏超，钟祖良.空间交叉隧道爆破施工对邻近隧道结构影响研究[J].地下空间与工程学报，2018，14（S1）：205-213.

[6]杨继华，闫长斌，苗栋，王耀.双护盾TBM施工隧洞综合超前地质预报方法研究[J].工程地质学报，2019，27（02）：250-259.

[7]王志强，马晓亮.山区公路隧道施工地质预报综合技术研究[J].公路工程，2019，44（01）：238-243.

[8]马金彪.铁路岩溶隧道综合超前地质预报方法应用与实践[J].铁道标准设计，2019，63（02）：98-103.

[9]张东明，白永杰，白鑫，王臻，等.深埋长隧道施工地质灾害风险模糊层次评价[J].安全与环境学报，2018，18（01）：50-55.