张 林

(中铁上海工程局第一工程有限公司，安徽芜湖 241000)

隧道围岩稳定性受节理分布情况和岩性特征影响较大，如果围岩的节理发育且岩性复杂，通常隧道围岩的自身稳定性较差[1-3]。山岭隧道多采用钻爆法施工，而在掘进爆破会对围岩造成不可避免的损伤，这种损伤通常表现为爆生裂隙的扩张。爆生裂隙会进一步弱化围岩的自身稳定性，在爆生裂隙与原生节理共同作用下，可能会引起局部掉块、甚至垮塌等失稳现象，导致比较明显的超挖现象。这不仅会影响隧道施工安全，还会增加喷射混凝土的用量，使得工程进度滞后，进而增加施工成本[4-7]。爆破作用下的隧道围岩损伤范围可以采用声波探测技术，根据声波在围岩内传播的规律进行判断。隧道围岩损伤范围主要受掘进爆破参数和围岩性质影响，而围岩性质属于客观条件，因此针对特定的围岩性质制定相对应的爆破参数可以有效的减小损伤范围，充分发挥隧道围岩的自稳能力，提高爆破成型效果，减少隧道超挖现象，从而加快施工速度，降低工程造价[8-12]。

1 工程概况

玉磨铁路是指玉溪—普洱—景洪—磨憨的铁路，是泛亚铁路中线的重要组成部分，是云南省乃至中国通向老挝、缅甸、泰国、马来西亚、新加坡的重要国际大通道的连接线，全长 507.4 km，为双线电气化铁路，设计时速 160 km/h。会排山隧道位于普洱—普文站区间，进口里程 DK291+225，出口里程 DK298+700，全长 7 475 m，为单洞双线隧道。会排山隧道隧址区属于低中山地貌，地面高程 1 100～1 600 m，局部较陡，地形起伏较大，山间沟壑发育，丘坡上覆土层较薄，局部基岩裸露，植被极茂密。隧道穿越地层主要为白垩系下统南新组上段泥岩夹砂岩，下段石英砂岩、砂砾岩夹泥岩等。

2 围岩损伤试验

声波探测是一种无损检测技术，在工程质量检测和地质勘察中都有广泛都应用，测试仪器由声波发射系统、接收换能器、声波记录系统、声波分析系统组成。根据弹性波在固体介质中的传播原理，围岩的岩性、裂隙发育情况等地质条件都会引起声波传播规律发生变化，尤其是对声波的传播速度影响较为明显。隧道掘进爆破产生的爆生裂隙也会影响声波的传播速度，根据声波传播速度的变化规律可以判断出爆破施工造成的围岩损伤范围。

声波探测采用双孔测试法，双孔测试法是在待测位置钻两个相互平行的探测孔，然后将声波探头分别放置在探测孔底部，同步将两个探头按相等的轴向距离向外抽出，依次记录测试结果。针对会排山隧道试验段进行多次测试，每次采用不同的掘进爆破参数，根据声波测试结果判断不同爆破参数作用下围岩的损伤范围，综合考虑损伤范围的测试结果和实际的爆破效果，最终确定适用于会排山隧道的掘进爆破参数。

2.1 试验过程

会排山隧道试验段属于Ⅳ级围岩，单循环进尺为3.0 m左右，试验共进行5个循环，由于掘进爆破周边孔的爆破参数是影响隧道围岩损伤范围的主要因素，因此5个循环采用不同的爆破参数，周边孔均采用间隔装药结构，孔距为0.4～0.6 m，光爆层厚度0.5～0.75 m，单孔装药量为400～700 g，周边孔布置如图1所示，具体爆破参数见表1。

图1 周边孔布置示意

为了检测每循环爆破对围岩的损伤范围，在爆破对应的隧道边墙设置探测孔，各探测孔按离掌子面由远至近依次编号为1#、2#……16#，各探测孔与掌子面平行，孔间水平距离约为1.0 m，孔深约为2.0 m，探测孔与水平方向的夹角20～25 °，孔径42 mm，声波探测孔剖面布置如图2所示，平面布置如图3所示。声波探测孔钻设完成后，为避免在测试过程中卡住探头需要先将孔内的岩渣清除。测试前应根据探测孔的孔深、孔间距和角度等参数输入测试仪器，调整仪器参数。然后将声测探头连接至仪器，并将仪器探头的提升方式设置为手动。将声测探头缓缓置于探测孔底部，采集时探头每次提升距离约10 cm，在提升过程中应注意两个探头提升的同步性。当两个探头提升至探测孔口位置时，取出探头，测试过程结束。现场测试情况见图4。

表1 周边孔爆破参数

图2 声波探测孔剖面布置示意

图3 声波探测孔平面布置示意

图4 声波测试现场

2.2 试验结果与分析

在会排山隧道右侧边墙共设置16个声波探测孔，针对5个循环共测得声波数据15组，声测探头在孔内每次提升的距离约为10 cm，由于存在声波探测孔深度的钻设误差，每组的有效数据有16～18个，具体波速测试数据如表2所示，单位为km/s。

针对会排山隧道试验段的围岩损伤测试共做了5个循环，每个循环测得3组波速数据，根据数据绘制出5个循环的波速随探测孔深度变化曲线，分别如图5～图8所示。

图5 第1循环波速随探测孔深度变化曲线

图6 第2循环波速随声测孔深度变化曲线

图7 第3循环波速随声波孔深度变化曲线

图8 第4循环波速随声波孔深度变化曲线

图9 第5循环波速随声波孔深度变化曲线

由会排山隧道围岩声波测试结果和波速随声波孔深度变化曲线可以看出:

波速沿探测孔深度方向和相同深度不同组别的波速均存在一些变化，说明泥岩砂岩互层的隧道围岩均匀性较差。

波速随测点距孔口距离的增加总体趋势为逐步增加，当距离较近时，波速值较小，当距离增加到一定程度时，波速趋于稳定并接近原岩波速，表明在隧道开挖轮廓附近的围岩在掘进爆破的作用下会产生一定程度的损伤，围岩损伤范围即波速明显低于原岩波速的范围。

根据5个循环波速随声波孔深度变化曲线图中可以基本判断出每循环的围岩损伤范围，第1循环为0.3～0.35 m，第2循环为0.4～0.45 m，第3循环为0.3～0.4 m，第4循环为0.45～0.5 m，第5循环为0.6～0.65 m。

表2 声波测试数据 km/s

对比第1、2循环和第3、4循环的波速变化曲线，当周边孔布置参数相同时，增加单孔装药量，则围岩损伤范围变大。因此，降低单孔装药量对控制围岩损伤范围有利。

对比第2、3循环的波速变化曲线可知，当单孔装药量相同时，加大周边孔间距，可以降低损伤范围。

第3循环中周边孔孔底位置的损伤范围略大，此外第4、5循环损伤范围内的波速值也存在一定的波动。说明对于泥岩砂岩互层的隧道围岩，增加周边孔间距，围岩的原生节理可能会对损伤范围产生影响。

对比第4、5循环的波速变化曲线，在孔距和单孔装药量相同的情况下，提高光爆层厚度也会导致损伤范围的扩大，分析其原因可能是光爆层厚度变大增强了周边孔爆破的夹制作用，使得周边孔爆生裂隙向隧道围岩内扩张的趋势有所提高。

3 结 论

根据针对会排山隧道试验段中周边孔爆破参数不同的5个循环声波探测结果与分析，可以得出以下主要结论。

泥岩砂岩互层的隧道围岩均匀性较差，隧道周边孔爆破会造成围岩的损伤，损伤范围与周边孔的爆破参数有关，当周边孔布置参数相同时，围岩损伤范围随单孔装药量的增加而变大。孔距和单孔装药量相同的情况下，损伤范围随光爆层厚度的增加而变大。

确定泥岩砂岩互层隧道周边孔爆破参数时，应采用较低的单孔装药量，较小的周边孔间距和光爆层厚度，可以减少掘进爆破对隧道围岩的损伤范围，改善爆破的成型效果，减少超欠挖现象。