魏建华 李亚利

（1.河北交通职业技术学院，河北石家庄 050091；2.石家庄铁道大学，河北石家庄 050021）

1 工程概况

某隧道工程中有一危石，位于左线隧道出口处上方左侧山顶，里程约为ZK157+585，距隧道左侧边墙水平距离约为40m，距离隧道拱顶垂直距离约110m，距隧道出口约50m。由于年代久远，山顶危石各岩块之间存在大的竖向、横向裂隙，风化异常严重，部分岩块与岩体已经严重分离，稳定性极差。危石所在山体脚下为一村庄，若隧道爆破施工过程中危石发生坍塌，造成的后果将极为严重。隧道出口围岩为Ⅳ级围岩，当施工单位进行上台阶的开挖时，每次爆破进尺约为3m，每爆破循环的装药量在200kg左右。为保证施工时山顶危石的稳定安全，在隧道上台阶开挖爆破时，需要对山顶危石进行爆破振动监测。

判断隧道山顶危石的稳定状态，必须首先确定合适的稳定破坏标准，现行规范中的破坏标准常用的是速度标准[1]。通过监测，试验、修正，得到振动速度与测点距爆源距离、爆破用药量等的关系，以此为依据对爆破参数进行优化，保证危石的安全。山顶危石振动速度的控制指标是一个特殊问题，由于不同危石所处的周边环境不同，表观现状亦不同，造成的危害也各异，以至于爆破规程中对此项指标未作明确具体规定。这就为爆破施工中危石的振动监测造成一定困难。

2 测点布置

为监测到该隧道爆破振动在危石位置的振速值，达到测试的目的，测点按以下方式布置：将测点设在山顶危石上，传感器布置在3个处于不同高度的台阶面上，并尽量使传感器能与危石固结为一个整体；每个测点分别布置水平和竖直传感器各 1 个，共布置 6 个，1、3、5 号竖直布置，2、4、6 号水平布置。爆破振动的监测频率在重点影响区域（掌子面在危石前后40m范围内）随爆破进行，每爆破一次测试一次。

3 爆破振动速度控制指标的确定

与山顶危石稳定性分析相类似的研究有三峡工程永久船闸左线二闸首南侧（中隔墩）倒悬岩体稳定性控制研究[2][3]，本论文作为借鉴将此研究作简要分析。

在三峡工程永久船闸左线二闸首南侧（中隔墩）岩体处，曾经发生过两次塌方，致使上部已加固块体处于倒悬状态，形成倒悬岩体[3]，对于倒悬体爆破震动控制标准并非为构筑物的破坏判断物理量，而是一个可以接受的爆破安全判据。关于爆破安全判据的研究，水电部门曾经在“八五”科技攻关中作了大量的工作，根据岩体边坡特征，以爆破质点振速值作为判据给出了相应的标准。研究结论认为：爆破所引起的原稳定性安全系数的降低小于10%；对于断层带及不稳定边坡地段的爆破，认为安全质点振速［V］≤5～20cm/s。在三峡临船的槽挖过程中，曾规定安全振速为6～8cm/s。而在三峡永久船闸的槽挖过程中规定：安全质点振速在爆心距l0～15m时，设计边坡、输水洞、竖井、基础及壁面［V］≤10cm/s。[4]

上述各类资料都具有一定的针对性，直接用在倒悬体作为控制标准欠妥，为了使中隔墩倒悬体的稳定性安全系数达到K=1.3，在余下的约4 000m3岩石的爆破施工前，考虑工程的重要性及特殊性，经专家论证并由设计部门确定的在倒悬体处开挖爆破诱发的最大允许质点响应振速值（控制标准）为：［V］=2cm/s。

山顶危石振动速度的控制指标是一个特殊问题，根据我国制定的《爆破安全规程》（GB6722-2003）中的规定，对于交通隧道，安全允许振速为10～20cm/s，并借鉴三峡倒悬岩体控制标准的确定方法，综合考虑在本工程中危石距离隧道较远（距离隧道左边墙水平距离约为40m，距离隧道拱顶垂直距离约110m），但危石稳定性较差的实际情况，建议采用［V］≤7cm/s作为危石振动速度的安全控制指标。

4 监测数据与分析

由于爆破振动与天然地震不同，天然地震具有释放能量大、振幅大、频率低、范围广、衰减慢、危害大的特点，多测定水平方向的振动速度。而爆破振动则恰恰相反，对小范围的近区而言，一般爆破振速竖直向比水平振速大，因此此次爆破振动监测主要测定竖直向峰值质点振速作为评价爆破振动强度的物理量和对危石进行稳定分析的主要依据，同时也兼顾监测水平向峰值质点振速作为危石稳定分析的参考。

隧道爆破时对危石进行监测的部分数据见表1。其中通道1、3、5号分别为3个监测点的竖直振动速度监测，通道2、4、6号为对应竖直振动监测点的水平振动速度监测。山顶危石爆破振动监测部分典型时域图见图1。

表1 隧道爆破危石振动监测部分数据汇总表

图1 山顶危石爆破振动监测部分典型时域图

从表1和图1可以看出：

（1）山顶危石监测过程中，测点的竖直振动速度最大值为6.19cm/s，水平振动速度最大值为3.76cm/s。均未超过危石安全的控制指标［V］≤7cm/s，山顶危石是安全的。

（2）每次爆破竖直、水平振动速度峰值随危石跟掌子面之间的距离的减小而增大，每次爆破用药量大致相同条件下，距离越近振动速度越大，在危石下方位置爆破时，振动速度达到最大值。

掌子面远离危石比靠近危石时的振动速度要明显变小，主要原因有两个：一是已经开挖的隧道在爆破时在一定程度上起到了减振作用，二是爆破的一次装药量在远离掌子面时比靠近掌子面时少24kg左右，所以从监测振动速度看当隧道掌子面通过危石后应比没到危石时安全。

（3）爆破在远离危石100m左右时，振动速度已经趋于稳定，数值稳定在1.5cm/s以下，远小于危石的安全控制指标7cm/s，危石是安全的，在装药量变化不大的情况下已经不需要再继续监测。

（4）从爆破振动监测时域图看出：振动速度峰值发生在刚开始位置即掏槽眼爆破时，且振动速度瞬间衰减，持续时间短（较大的振动速度持续时间小于0.5s），对危石的稳定性有利。因此控制掏槽眼的装药量和采取合理的掏槽形式可以降低危石的振动速度。

5 结论与建议

（1）与此工程类似的山顶危石振动速度控制指标建议采用［V］≤7cm/s。

（2）每次毫秒微差爆破时，危石振速峰值大多出现在掏槽眼爆破时，因此须严格控制掏槽眼装药量。

（3）监测结果显示，虽然隧道爆破时山顶危石的最大振动速度未超过临时确定的安全振速，但振动速度值是比较大的，因此为了保证危石的稳定建议采取如下措施：

①隧道爆破时应尽量采用减振措施：

a.选择合理的爆破时差，保证主震动频率不接近于危石的自振频率，同时使地震波之间不产生叠加。

b.控制掏槽眼的最大装药量Q或采用复式掏槽，根据各次爆破振动波形图可以看出最大爆破振速所对应的时刻为掏槽时刻，故爆破时应严格控制掏槽眼一次起爆的最大药量，达到减振的目的。

c.控制开挖循环进尺，以控制爆破规模，减少总装药量，达到控制质点振速的目的。

②避免隧道右线开挖爆破与隧道左线开挖爆破二者同时进行，并应先开挖左线，后开挖右线。左线位于隧道右线和山顶危石之间，左线开挖后形成临空面，右线爆破时左线已开挖部分实际上可以起到减振槽的作用，会对山顶危石具有很好的减振效果。

（4）山顶危石运营期间不存在隧道爆破振动的影响，但是由于隧道开挖时进行了多次爆破，对危石产生了多次振动扰动，危石的稳定性及安全性有所降低，为确保危石的稳定，建议对危石间较大裂隙进行注浆处理，增大危石之间的黏结力，提高其稳定性。

（5）将此工程的山顶孤石爆破振动成果进行推广，在其它类似项目中进行研究，根据不同的地质情况和隧道爆破情况进行类比，提出相关工程的相关计算方法和监测办法。

（6）提炼工程实例中的监测方法和计算模型，作为爆破安全规程的补充和完善。

［1］汪旭光.爆破安全规程实施手册［M］.北京人民交通出版社，2004.

［2］戴会超.三峡永久船闸中隔墩岩石力学问题研究［J］.岩土力学与工程学报，2001（5）：680-684.

［3］朱传云，王成等.槽挖爆破对倒悬体的振动影响监测与分析［J］.武汉大学学报，2001，34（2）：20-23.

［4］朱传云，卢文波.三峡工程临时船闸与升船机中隔墩安全爆破判据的研究［J］.爆破与冲击，1998，18（4）：375-380.