某公路隧道爆破施工对上穿管线的影响及施工合理性研究

田洋TIAN Yang

（重庆科技学院，重庆 401331）

0 引言

由于实际工程中的复杂性，采用撒道夫斯基预测公式无法直接得到管道振动速度，需要根据实际工程参数，建立数学物理模型来分析预测在爆破施工中，管道的振动速度以及受力情况。首先建立了数学物理模型，并对其进行了计算精度验证。对管道在爆破施工时是否会遭到破坏进行了分析。

1 工程概况及模型建立

新修某公路位于城市建设区，经人工建设平整，地形较平坦。新建一条隧道与某公路衔接，为某A连接线隧道，全长899.076m。本文主要对某公路A连接线隧道的爆破施工对上方管线的安全影响进行研究。

所建模型的Y轴为隧道轴线，负向为隧道掘进方向，垂直隧道轴线向上为Z轴的正向，沿着隧道掘进方向，水平向左为X轴的正向。根据施工现场情况，模型沿隧道掘进方向即Y轴负向取11m，其中前2m已经爆破开挖，隧道爆破开挖宽度约为12.8m，在X轴上取60m，爆破开挖高度约为14.4m，Z轴上取70m，模型尺寸为60×70×11m3。其中上覆土体的厚度约为3m，管道埋深约为1.25m，两条管道外径分别为426mm，273mm，管壁厚分别为8mm和7mm，两条管道为于隧道正上方偏右，距离隧道拱顶约为25m～7m。

2 数值模拟计算结果及分析

2.1 上下台阶法模拟分析

对施工方提出的爆破施工方案上下台阶法进行数值模拟，爆破采用二号岩石乳化炸药，最大单爆药量14.8kg。

图3为采用二台阶法，管道与隧道洞顶垂直距离25m、单爆药量为14.8kg时，爆破产生的振动速度（D426×8燃气管道）时程图。

从图3分析，管道在约0.01s开始震动，在大约0.02s达到振速峰值10.58cm/s，在0.06s后衰减趋近0。距离起爆点25m、单爆药量为14.8kg条件下，D426×8燃气管道其最大振速为10.6cm/s，已经超过2.0cm/s，不满足管道安全的要求。

图4为采用二台阶法，管道与隧道洞顶垂直距离25m，单爆药量为14.8kg时，爆破产生的振动速度（D273×7燃气管道）时程图。

从图4分析，管道在约0.01s开始震动，在大约0.017s达到振速峰值6.6cm/s，在0.05s后衰减趋近0。距离起爆点25m、单爆药量为14.8kg条件下，D273×7燃气管道其最大振速为6.6cm/s，已经超过2.0cm/s，不满足管道安全振速要求。同时，发现在同样条件下小管径的燃气管道起振快，达到最大振速的时间短，最大振速低，衰减快。即同样爆破对直径不同的管道振动影响不同。

从图3和图4综合分析，当采用二台阶法施工时，距洞顶垂直距离25m、单爆药量为14.8kg条件下，D273×7燃气管道影响最大的是垂直管道方向，其最大振速达到6.6cm/s，已经超过2.0cm/s，不满足管道安全的要求。D426×8燃气管道，其垂直方向的最大振速为10.6cm/s，已经超过2.0cm/s，不满足管道安全振速要求。从整体来说，采用二台阶法施工，不能满足两条管道安全要求。

2.2 单侧壁导坑法模拟分析

对施工方提出的爆破施工方案单侧壁导坑法进行数值模拟，爆破采用

二号岩石乳化炸药，最大单爆药量7.2kg。图5为采用单侧壁导坑法，管道与隧道洞顶垂直距离25m、单爆药量为7.2kg时，爆破产生的振动速度（D426×8燃气管道）时程图。

从图5分析，D426×8管道垂直方向振速峰值为3.3cm/s，在0.06s后趋近于0。高于2.0cm/s，不满足管道安全振速要求。

图6为采用单侧壁导坑法，管道与隧道洞顶垂直距离25m、单爆药量为7.2kg时，爆破产生的振动速 度（D273×7燃 气 管 道）时程图。

从图6分析，在D273×7管道垂直方向振速峰值为2.9cm/s，在0.07s后趋近于0。高于2.0cm/s，不满足管道安全的要求。

由模拟结果可以看出，在采用单侧壁导坑法，单爆药量降低到7.2kg后，两条管道在Z轴的振动速度峰依然大于安全临界振速2cm/s，垂直方向Z轴最大振动速度降低约三分之二，这说明降低单爆药量有明显的降振效果。

2.3 三台阶法模拟分析

对施工方提出的爆破施工方案三台阶爆破法进行数值模拟，爆破采用二号岩石乳化炸药，最大单爆药量3.6kg。图7为采用三台阶爆破法，管道距洞顶垂直距离25m单爆药量为3.6kg条件下，D426×8管道在垂直方向（Z轴方向）上的振速时程图。

从图7分析，D426×8管道在0.018s达到振速的峰值2.9cm/s，D426×8管道振动峰值大于2.0cm/s，不满足管道安全震速要求。

图8为采用三台阶爆破法，管道距洞顶垂直距离25m单爆药量为3.6kg条件下，D273×7管道在垂直方向（Z轴方向）上的振速时程图。

从图8分析，D273×7管道在0.018s达到振速的峰值1.9cm/s，D273×7管道振动小于控制震速2.0cm/s。由于D426×8管线不满足管道安全振速要求，所以此工况不可采用。

结合全部三种单爆药量随距离变化趋势图分析，全部三种施工方式都不能满足前文规定的管道安全振速2.0cm/s，因此应该对爆破方案进行改进。

3 结论

对施工方提出的三种爆破方案进行模拟发现：二台阶法（最大单爆药量14.8kg）、单侧壁导坑法（最大单爆药量7.2kg）、三台阶法（最大单爆药量3.6kg）在管道与隧道洞顶垂直距离25m处，均不能满足前文规定的管道安全振速2cm/s，并且管道振动峰值随着管道与隧道洞顶垂直距离的缩短，呈现出加速上升的趋势。因此，需要改进施工方法，降低管道振动速度到安全范围。