李阳

（重庆高速公路集团有限公司，重庆 400000）

0 引言

下穿桥梁隧道爆破施工在隧道开挖中应用广泛，但其对周边既有建筑物的影响难以估量[1-3]。爆破施工的影响因素较多，为保证桥梁运行的安全性，文章以爆破药量对桥梁振动的影响进行研究，以确定更合理的爆破参数设计，为相关爆破施工提供参考。

1 工程概况

某隧道为分离式长隧道，左幅起讫桩号为ZK4+955—ZK8+070，全长3115m，最大埋深约569.71m，右幅起讫桩号为YK4+925—YK8+020，全长3095m，最大埋深为569.78m。该隧道下穿某高速公路上的一座特大桥，与既有桥梁（10#承台）相距最小距离为24m。由于右幅隧道进口过于邻近大桥桥墩，进行隧道爆破施工时会对该大桥的结构安全造成威胁，需要严格进行振动控制。因此，分析隧道爆破施工对邻近大桥振动的影响，并得出最优装药方案，以最大限度地降低对邻近大桥的振动影响。

2 特殊段双侧壁导坑法爆破模拟分析

2.1 爆破布孔设计

根据隧道施工设计文件，由于下穿桥梁隧道与既有桥梁（10#承台）相距最小距离为24m，隧道的围岩等级为Ⅴ级，且隧道的断面相对较大。为了应对这种情况，采用双侧壁导坑法进行施工，开挖爆破进尺为1.5m，爆破顺序如图1所示。

图1 双侧壁导坑法爆破开挖顺序图

该隧道的开挖顺序为①②③④⑤⑥。在①部分中，开挖出先行洞，以增加后续开挖部分的爆破临空面。然而，①部分的开挖爆破会对附近的大桥造成较大的振动影响。为确保满足设计振动速度要求，需要控制①部分的开挖爆破，如图2 所示。

图2 隧道开挖爆破炮孔布置图

2.2 爆破装药量设计

设计3 种不同的装药量方案，分析在3 种装药量方案下，下穿桥梁隧道爆破施工对既有大桥的影响规律。同时，通过对这3 种装药量方案的爆破振动结果进行对比分析，以找到适用于该隧道断面的最佳装药设计方案。根据爆破掏槽布孔参数，开挖爆破炮孔钻孔直径为42mm，采用毫秒雷管起爆，爆破掏槽眼、辅助眼、底板眼、周边眼的起爆时间分别为0ms、20ms、30ms、40ms、50ms。

计算模型装药量如表1 所示。

表1 计算模型装药量

2.3 计算模型模拟

2.3.1 模型建立

为了保证计算的准确性，采用三维计算模型，其尺寸取值为：X 方向上边界为190m，Y 方向上边界为130m，Z 方向上边界为140m。整个计算模型共有42324 个节点和229204 个单元，爆破计算模型如图3所示。

图3 隧道爆破计算模型图

选取测点1（10#承台）、测点2（10#桥墩上桥面）、测点3（边跨1/2 截面处桥面）和测点4（11#桥台桥面）四个测点分析爆破振动对桥梁结构的影响。

2.3.2 边界条件

确定边界范围，左右边界上加水平约束，下边界上加全约束，上边界为自由边界。在实际情况下，爆破后应力波向各个方向传播，不存在应力波反射的情况。所以在模型中施加无反射边界条件，以保证爆破数值模拟与实际情况一致。

2.4 爆破模拟效果分析

以方案三为例，计算得到隧道开挖施工爆破邻近特大桥测点1（10#承台）振动速度，如图4～图7 所示，其余计算结果如表2 所示。

表2 方案三各测点爆破振动速度

图4 测点1-X 方向振动速度图

图5 测点1-Y 方向振动速度图

根据表2 数据和分析结果，可以得出桥梁在方案三爆破装药量下的振动情况。其中，测点1 的X 方向最大质点振动速度为1.56cm/s，Y 方向最大质点振动速度为1.13cm/s，Z 方向最大质点振动速度为0.89cm/s，质点矢量合振动速度最大值为1.81cm/s；测点3 的质点矢量合振动速度达到1.80cm/s，Y 方向和Z 方向的振动速度在桥跨中最大，两端相对较小。同时，X 方向的振动速度随着测点远离爆破面而逐渐减小，呈线性规律。

此外，从数据分析中还可以得出，测点1 和测点2的振动速度在不同测量时间内的变化较小，波动范围较小，说明这些位置相对稳定；测点3 和测点4 的振动速度变化较大，波动范围较大，说明这些位置不太稳定。在同一测点上，不同方向上的振动速度有所不同，说明振动速度的大小和方向有关。

通过计算得到方案一、方案二、方案三在不同装药量作用下的爆破时，特大桥爆破振动合速度值的变化，如表3 所示。

表3 不同装药方案的爆破振动矢量合速度统计表（单位：cm/s）

根据表3 数据可以看出，装药量对桥梁振动有直接影响。随着装药量的减小，桥梁的振动速度也相应减小，不同测点之间振动速度的差异也会随着装药量的不同而有所变化。方案三较方案一装药量减小22.2%，桥梁振动速度整体呈现减小的趋势，测点1 的速度减小40.85%，测点2 减小49.62%，测点3 减小17.43%，测点4 减小54.47%。这表明调整装药量方案可以控制桥梁振动的速度，并实现不同测点之间振动速度的平衡，从而保证桥梁的安全性。在具体实践中，可以根据桥梁的结构特点和使用情况，选择合适的装药量方案。

方案一和方案二的装药量较大，测点的振动速度较高，而方案三的装药量较小，测点的振动速度较低，但测点1 的振动速度仍然较大，可能需要对方案三进行进一步优化。此外，应该充分考虑不同测点之间的振动速度差异。在方案一和方案二下，测点1 和测点2 之间的差异最小，表明这两个测点的结构受到的影响相似，可能是由于它们的位置比较接近。测点1 和测点2 之间的速度差距在方案一和方案二下最小，约为0.53m/s；测点1 和测点3 之间的速度差距在方案三下最小，约为0.01m/s。因此，需要根据实际情况和桥梁结构特点科学制订装药量方案，以平衡不同测点之间的振动速度。这也表明，在装药量较小时，桥面上的边跨测点所受的影响与承台测点相似，需要对边跨位置进行更加详细的分析。

采用方案一和方案二进行爆破，各测点下合振动速度随距爆心距离的增大逐渐减小，呈线性相关关系，因此应合理安排爆破点和装药量。采用方案一时，桥梁振动速度从测点1 到测点4 逐渐减小，振动速度从3.06m/s 减小到1.23m/s，减小了59.80%；采用方案二时，桥梁振动速度从测点1 的2.53m/s 减小到测点4 的0.81m/s，减小了67.98%；采用方案三时，桥梁振动速度从测点1 的1.81m/s 减小到测点4 的0.56m/s，减小了69.06%。因此，应该合理安排爆破点和装药量，以减小振动速度并确保桥梁的安全。

综上所述，装药量方案对桥梁振动有直接影响，需要进行合理设计和调整。在具体实践中需要综合考虑桥梁的结构特点、使用情况和周围环境等因素，制订合理的装药量方案，以实现桥梁不同测点之间振动速度的平衡，保障桥梁的安全运行。

3 结论

第一，爆破药量对桥梁振动影响明显，装药量从方案一（37.8kg）到方案三（29.4kg）的减少，使测点1速度平均减小40.85%，测点2 和测点3 分别减小了49.62%和17.43%，应根据实际情况调整药量。

第二，不同装药量方案下，测点之间振动速度大小存在差异，在方案一和方案二下，测点1 和测点2 之间的速度差距最大，达到0.53m/s；测点1 和测点3 之间的速度差距在方案三下最小，约为0.01 m/s。因此，需要根据实际情况和桥梁结构特点科学制订装药量方案，以平衡不同测点之间的振动速度。

第三，采用方案一和方案二进行爆破，各测点下合振动速度随距爆心距离增大逐渐减小，呈线性相关关系。在方案一下，测点1 到测点4 的桥梁振动速度从3.06m/s 逐渐降至1.23m/s，减小了59.80%；在方案三下，测点1 到测点4 的桥梁振动速度从1.81m/s 减小到0.56m/s，减小了69.06%。因此，应该合理安排爆破点和装药量，以减小振动速度并确保桥梁的安全。

第四，装药量对桥梁振动有直接影响，应科学制订装药量方案，以确保桥梁安全。例如，爆破药量过大可能导致桥梁损坏，而药量过小则可能无法实现预期效果，应根据实际情况确定合适的药量分配方案。

第五，综合对比，方案三作为该隧道特殊断面的爆破药量最为合适。