爆破震动对小净距隧道岩体损伤的声波测试

摘 要 本文以庄盖高速戴峪岭2号小净距隧道为实际工程背景，采用理论分析与现场试验相结合的方法，建立了小净距隧道的岩体累计损伤与声波的之间受扰动关系，从而以达到指导现场和提高安全精度的目的。

关键词 爆破震动；岩体损伤；声波测试

中图分类号TB41 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0182-03

The Sound Wave Test of Blasting Vibration for Tunnel Rock Mass Damage

Yang Wei-feng1，Wang Wei2，Bai Wei-liang1，Zhai Chuan-ming1

1.C+E Center for Engineering Research Test and Appraisal，Beijing 100840， China；

2.The northern mining survey and mapping co.， LTD， Chifeng 024000，China；

Abstract This article is based on Zhuang-gai high-speed Daiyuling 2nd small gabarit tunnel for practical engineering background， combining theoretical analysis with experimental study ， establishing small gabarit tunnel of the cumulative damage of rock mass and rock of the relationship between the degree of disturbance . to achieve the purpose of guiding the scene and improve safety precision.

Keywords Blasting vibration； Rock mass damage；Acoustic testing

国内小净距隧道开挖大部分都是采用钻爆法施工，中间岩柱及围岩体的稳定性是保证小净距隧道开挖的重点。本文以戴峪岭2号小净距隧道的实际开挖及爆破方式为现实依据，采用爆破震动试验及声波测试声速，建立起岩石损伤程度D与声速之间的定量关系，指导隧道开挖合理选择爆破设计参数，为小净距隧道的安全开挖与经济适用提供科学指导的目的。

1 戴峪岭2号隧道现场概况

2 爆破震动地震效应对岩体损伤判定

爆破作用对岩体的破坏，一般分为两种，一是爆破作用导致岩体产生新的裂隙，其分布范围比较小，表层可以看出；二是爆破让岩体原来的细小裂隙再次裂大、错开。在炸药爆破的瞬间会产生几种弹性应力波，而这些弹性波通过岩体原有结构面间隙或新增面时，会发生波的反射和衍射现象，使波的能量降低，传播速度下降，振幅变小。而弹性波法检测隧道爆破作用对岩体的破坏影响深度，是爆破试验的主要方法之一。

在戴峪岭2号隧道的爆破作业中进行了多次超声波测试，通过实际工程爆破参数的统计（声波速度、损伤程度等）及爆破效果的分析，判断出隧道的地质情况及岩体结构面特性，总结出爆破震动对岩体损伤特性的影响。

基于超声波测试法[2]，我们建立了岩体完整性系数（K）、声速降低率（）与岩体损伤度（D）之间的关系：

图1 施工工序图及开挖透视

如图1，二台阶预留核心土法，把爆破开挖断面分为上下两个台阶，共分成四个部分，逐级掘进施工。上部宜超前下部约30m，核心土长度不小于8m，下部左右台阶相距不小于6m。

开挖前拱部施作超前小导管或超前锚杆对拟开挖岩体进行注浆预加固，待浆液达到一定强度后，采用弱爆破开挖。

每一部分开挖完成后，及时初喷2cm～4cm厚C25混凝土对围岩进行封闭，施作系统锚杆，设立型钢钢架及锁脚锚杆，最后铺设钢筋网，分层复喷。喷混凝土到设计厚度，必要时上台阶设临时仰拱加强支护，完成一个开挖循环。

3.1 掘进面围岩的炮孔设计

1）钻爆设计

戴峪岭2号隧道主要围岩地段为Ⅲ、Ⅳ围岩，开挖手段主要采用光面爆破[3]方法。严格控制超欠挖，以达到开挖轮廓园顺，开挖面平整。减少对围岩的扰动，开挖后及时支护。光面爆破根据成缝实验确定周边眼的装药量、炮泥长度、炮眼间距和装药结构等爆破参数。

试验前，初选单孔药量、装药集中度及装药结构等参数。试验时可通过调整药量、装药结构、堵塞长度等，直到爆后孔口只出现裂缝不产生爆破漏斗为止，此时装药深度即为实际的临界深度（装药重心至孔口距离）。光面爆破试验根据排孔爆破得出的炮眼间距，定出不同的抵抗线W值进行试验，得出最小抵抗线W值。爆破试验得出的有关参数，还应在洞内进行试爆，再次调整各值，得出最佳参数供实际使用。

2）爆破器材

炸药选用岩石硝铵炸药，药卷规格为32×200（×）、25×200（×）。为更好的实现微差爆破采用非电毫秒雷管。

3）孔深

钻孔采用3m左右扦杆钻眼。

4）Ⅲ级围岩全断面光面爆破

全断面炮眼布置形式如图2所示，装药参数表如表1所示。两图尺寸以厘米计，周边眼间距E=50cm，抵抗线W=60cm；掏槽眼采用锥形掏槽，炮眼深度掏槽眼为3.1m，其余眼2.7m，开挖循环进尺2.5m。孔内位差方式起爆。

表1 全断面光面爆破装药参数表

3.2 爆破震动声波测试与分析

结合戴峪岭2号小净距隧道进行现场爆破试验，本次测试以右洞爆破采集数据，对左右洞各进行4次声波测试，左洞每次爆破掘进2.7m～3.0m，右洞2.8m～3.1m，而且每次爆破左右洞隧道同时检测，仪器共四台，每洞两台。由于实验时，左右洞爆破掘进相距25m，左洞在右洞前，因此以右洞爆破为基础，对右洞隧道各侧壁和左洞迎爆侧进行声波测试，左洞隧道迎爆侧可理解为小净距隧道爆破掘进对既有隧道的岩石损伤程度研究，声波测试孔布置如图3。在两个隧道两侧壁都布置测试孔，测试孔深3.0m，孔距2m。每次爆破前进2.5m，每次爆破前后对测试孔进行声波测试。

3）测试孔在多次爆破作用下的声速-孔深曲线变化及衰减规律各不相同，说明了岩体的各向异性。且本次试验左洞右侧的1.8m深处在第三次试验以后，发生数据失真，推断此深处发生了局部岩体损伤严重现象。

参考文献

[1]汪旭光，熊代余.第六届国际岩石爆破破碎（Fragblast6）学术会议综述[J].爆破，2000，17（增刊）.

[2]张丽华，陶连金.节理岩体地下洞室群的地震动力响应分析[J].世界地震工程，2002，18（2）：158-162。

[3]阳生权.隧道围岩爆破地震累积效应研究[J].岩石力学与工程学报，2007，3（8）：1451-1454.

[4]熊代余，顾毅成.岩石爆破理论与技术新进展[M].北京：冶金工业出版社，2002.

[5]涂忠仁.各向异性岩体超声波测试试验研究[J].重庆建筑大学学报，2007，29（6）： 39-43.