0 引言

　　目前，山区公路隧道普遍采用上、下行隧道独立的设计方案，越来越重视新建隧道施工对邻近既有隧道的影响。在保证既有隧道安全的前提下，爆破振动的影响控制更重要。张浩等^[1]以康坂隧道工程为依托，基于该隧道与下方杭深高铁温福段东盛隧道的位置关系，分析爆破振动对东盛隧道稳定性的影响;钱耀峰等^[2]分析不同最危险施工条件下，新建隧道爆破振动速度与隧道安全振动标准速度的关系;叶建龙等^[3]根据现场施工条件和测点布置原理，得到爆破振动峰值振动速度变化规律及合理的炮眼布置方案和爆破参数;隗建波等^[4]考虑新建公路隧道爆破荷载作用，对既有铁路隧道安全性进行评估;贾海鹏等^[5]对相邻隧道爆破振动进行测试与分析，着重优化掏槽眼爆破参数，以降低爆破振动的影响;郑军锋^[6]以既有高铁隧道振动控制为要素，设计邻近交叉新建隧道爆破方案及参数，实现安全施工;罗志翔等^[7]根据爆破监测数据和数值模拟结果，对新建隧道爆破施工最小安全距离和稳定性进行研究;张立人等^[8]以翻坝高速公路寨子包隧道爆破施工为依托，进行隧道爆破振动测试分析，获得爆破振动规律经验公式;吴跃光^[9]为避免爆破对环境造成影响，采取增加雷管段位、延长爆破时间、减少掏槽眼数量和装药量、减少同段装药量等优化措施，达到降低爆破振动速度的目的。基于上述研究成果，以爆破安全振动速度为依据，分析爆破振动对邻近既有隧道的影响。

　　1 工程概况

　　下营隧道位于河南省南阳市西峡县，属于深切尖削中山陡坡地貌，地势起伏较大，地面标高376.000～546.000m，隧道轴向进口端高、出口端低，坡面植被茂盛。隧道进、出口端地形较缓，其中进口端坡角34°～42°，出口端坡角15°～25°。隧址区稳定性较好，主要岩性为太古界下雁领沟群大理岩，灰白色，变晶结构，块状构造，岩石节理发育。隧道设计为分离式，设计速度80km/h，共设2处人行横通道，左线起讫桩号ZK120+689.000—ZK121+678.000，右线起讫桩号K120+695.000—K121+644.000。根据围岩地质条件，采用光面爆破技术开挖隧道，开挖断面面积约95m²，爆破设计参数如表1所示，炮眼布置如图1所示，孔网参数如表2所示。采用YT-28型凿岩钻机钻眼，钻眼直径40mm，根据围岩地质条件、开挖工法确定循环进尺。

　　图1 炮眼布置  

　　2 爆破振动的影响

　　为较准确地研究爆破振动对既有隧道的影响，在既有隧道左右两侧各布置2组监测点，监测得到典型爆破振动速度时程曲线如图2所示。由图2可知，隧道右侧3个方向爆破振动峰值速度均大于左侧，右侧峰值速度约为10mm/s，而左侧峰值速度约为5mm/s。由于右侧为迎爆侧，且振动峰值速度较大，因此对迎爆侧振动响应进行分析。

　　图2 爆破振动速度时程曲线  

　　2.1 既有隧道安全性

　　取1组既有隧道迎爆侧典型爆破振动数据进行研究，由短时傅里叶变换^[10,11]得到结构时频曲线，如图3,4所示。由图3可知，0～0.25s时结构未发生振动，0.25～0.85s时发生较大振动，0.85s后振动速度逐渐趋于0，这表明爆破振动有效持续时间约为0.6s;径向振动峰值速度最大，垂向次之，切向最小。由图4可知，切向和垂向振动频率为0～200Hz，径向振动频率为0～100Hz，径向能量幅值最大。

　　采用GB 6722—2014《爆破安全规程》建议的临界振动速度作为评判隧道破坏的标准，如表3所示。由于下营隧道属于交通隧道，根据表3取临界安全振动速度为15～20cm/s。

　　对迎爆侧12次爆破测试结果进行分析，如图5所示。由图5可知，在爆破施工过程中，切向、垂向、径向振动峰值速度最大值分别约为10,13,12mm/s，均低于临界安全振动速度，故本次爆破施工引起的既有隧道振动处于安全范围内。

　　表1 设计参数 

　　表1 设计参数

　　表2 孔网参数 

　　表2 孔网参数

　　图3 典型爆破振动速度时程曲线  

　　图4 典型爆破振动能量幅值曲线  

　　表3 爆破振动安全允许标准 

　　表3 爆破振动安全允许标准

　　图5 振动峰值速度对比 

　　2.2 既有隧道应力

　　为研究爆破振动对既有隧道应力的影响，使用ANSYS软件对隧道迎爆侧进行模拟分析，力学参数如表4所示。

　　表4 力学参数 

　　表4 力学参数

　　对于爆破中采用的2号岩石乳化炸药，通过软件自带的高性能炸药材料模型结合JWL状态方程模拟。由于既有隧道衬砌采用C30混凝土，因此主要分析最大主应力(见图6)。由图6可知，最大主应力最早出现在与掌子面平行的既有隧道衬砌结构迎爆侧，其中拱脚、侧壁、拱肩、拱顶处最大主应力较大，背爆侧最大主应力相对较小，这主要因为迎爆侧距爆炸源较近，爆破应力波传至背爆侧时发生绕射，造成一定程度的衰减。因此，应对迎爆侧及侧壁位置进行重点监测，如果发生振动速度过大的情况，需进行加固处理。

　　3 降低爆破振动影响的措施

　　爆破产生的气体膨胀压力和应力波使既有隧道岩体首先发生张拉和剪切破坏，在后续爆破气体的气楔作用下，可能导致岩体破碎，有必要采取相应的措施，以降低爆破振动的影响。为此，采用分段楔形掏槽爆破技术进行降振，并与常规楔形掏槽爆破振动效果进行对比，如图7所示。

　　图6 最大主应力  

　　图7 速度时程曲线对比 

　　常规楔形掏槽爆破方式中掏槽眼内炸药须一次起爆，掏槽腔体内所有岩体破碎及抛掷一次完成，使爆破产生的振动强度较大，爆破振动峰值速度约为13mm/s(见图7)。分段楔形掏槽腔体内岩体由外向内分次破碎、抛掷，爆破产生的作用力可分次克服，降低了爆破振动强度，爆破振动峰值速度约为7mm/s(见图7)。

　　4 结语

　　对下营隧道爆破振动速度进行测试，研究爆破振动对邻近既有隧道的影响，得出以下结论。

　　1)典型爆破振动数据显示，既有隧道迎爆侧振动有效持续时间约为0.6s，切向、垂向、径向临界安全振动速度均可取为15～20cm/s。

　　2) 12次爆破测试结果表明，迎爆侧切向、垂向、径向振动峰值速度最大值均低于临界安全振动速度，可知爆破设计方案合理。

　　3)数值分析结果表明，迎爆侧拱脚、侧壁、拱肩、拱顶处最大主应力较大。为减小爆破振动的影响，采用分段楔形掏槽爆破技术。