一种隧道台阶法施工中深埋地下供水管线的爆破振动监测方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其是涉及一种隧道台阶法施工中深埋地下供水管线的爆破振动监测方法。

背景技术：

近年来，近距下穿地下供水管线的隧道工程越来越多。当采用钻爆法开挖时，隧道爆破振动对近距离的地下供水管线安全构成了严重威胁，爆破振动极容易引起管线损伤，甚至开裂，造成不可估量的经济损失。

在李军省(2013)《地铁暗挖出入口下穿地下管线保护措施及计算分析》中，计算分析中未考虑爆破震动对管线的影响，也未提出爆破监测方法；而在梁向前(2009)《地下管线的爆破振动安全试验与监测》和《南水北调中线京石段爆破振动安全问题研究》中，提出了浅埋(5m)地下管线的地面监测方法：首先，通过在地表、地下5、10、19m处布设了4组传感器,每组均埋设水平向(垂直于管线开挖轴线)和铅垂向两台传感器，如图1所示，测试爆破地震波，研究岩体内不同深度处的爆破振速，得出地表振速值明显地大于地下5m处的振速值，二者相差2～3倍；然后，通过对地面振速进行实测，从爆源到天然气管道方向共布置了5个观测点，最近距离36.1m、最远距离226.2m(管道位置)，测点间距大约按对数等间距分布，得出的爆破地震波沿地面的传播衰减规律，以此推出控制药量，指导爆破施工。如图1所示，为现有技术中沿深度方向传感器布置图，其存在的主要问题及不足之处：首先，管线位于地下5m左右，属于比较浅埋的管线，不涉及深埋管线的爆破振动监测问题；其次，另一方面是通过测试岩体内不同深度处的振速，得出地表振速值明显地大于地下5m处的振速值，该结论并不具有普遍性；再次，通过对地面振速进行实测得出爆破地震波的衰减规律，并没有得出管线处的爆破振速，以此控制管线的爆破振动安全，这种控制十分不准确，也偏于不安全。

由以上可以看出，对于深埋(埋深≥20m)地下供水管线而距离隧道较近(距离≤2d(d为隧道跨度))的情况下，目前还没有相应的爆破振动监测方法。现有的爆破振动监测方法主要针对浅埋地下管线，通过测试地面爆破振速，来间接控制浅埋管线的爆破振动安全。对于深埋管线监测问题，由于深埋管线距离地面较远，而距离隧道较近，地面振速与管线处振速相差甚远，以地面振速控制管线振速的方法对于深埋地下管线则明显不适用。另一种现有方法，通过打设深孔直接测量管线底部位置处的爆破振动，该方发实施十分困难，表现在：一是很多情况下不允许打设深孔；二是即使能打孔，传感器的安装也十分的困难，很难保证安装的精度，实施十分困难。

因此，本发明针对深埋地下供水管线的爆破振动监测方法，由于埋深大，如果仍采用以上方法在地面进行监测，则必将与管线的实际爆破振动相差甚远，不能确保隧道爆破振动下管线的安全，亟待提出一种新的监测方法。

技术实现要素：

本发明提出一种深埋地下供水管线的爆破振动监测方法，有效的解决了深埋地下管线的隧道爆破振动监测的这一技术难题，对于隧道施工行业具有深远的影响。

本发明的技术方案是这样实现的：隧道台阶法爆破中一种深埋地下供水管线的爆破振动监测方法，包括以下步骤：

s1、计算管线距离隧道上台阶爆源中心的距离r上；取隧道上台阶高度的一半为爆心点，则

s2、在隧道下台阶爆破时，在上台阶和掌子面后方同时布置测点n1和n2，确保两个测点到下台阶爆心(取隧道下台阶高度的一半为爆心点，)的距离均等于r上；

s3、根据s2推导出上台阶测点n1的水平距离

s4、根据s2推导出掌子面后方测点n2的水平距离

s5、测试上台阶测点n1和隧道掌子面后方n2处围岩的振速为v1、v2；

s6、重复以上测量3次，根据测点n1和n2处振速关系，可以得出v1＝nv2；

s7、隧道上台阶爆破对掌子面前方的供水管线影响最大，为获得前方供水管线的振速，只需在上台阶爆破时测量掌子面后方l'后距离处n’2测点的振速v’2，

s8、根据s6推知管线处的振速v管＝nv’2；

s9、将获得的管线处振速v管与管线爆破振动安全的控制标准进行比较，评价管线的安全情况，优化爆破施工方案，指导隧道控制爆破，确保管线安全。

作为一种优选的技术方案，步骤s2-s7具体测试方法为，分别测量获得隧道跨度d，隧道上台阶高度h上和下台阶高度h下，地下管线直径d，隧道供水管线顶部距离地面h1，隧道供水管线底部距离隧道拱顶h2，然后在隧道下台阶爆破时在上台阶l前距离处布置测点n1和爆破掌子面后方围岩侧壁l后距离处布置测点n2，测试上台阶测点n1和隧道掌子面后方n2处围岩的振速为v1、v2；在上台阶爆破时测量掌子面后方l'后距离处n’2测点，测试n’2测点的振速v’2。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明的监测方法简单易行，可以在隧道爆破掌子面后方直接测试，避免了打设深孔测试的难度，也避免了在地面测试的不能反映深埋管线处振速的弊病，通过求解代数平均值能够取得较为准确的管线处的爆破振速数据，能够直接对管线的振动安全作出评价，指导爆破施工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中沿深度方向传感器布置图；

图2为本发明隧道下台阶爆破振动测试的侧面图；

图3为本发明隧道下台阶爆破振动测试的正面图；

图4为本发明隧道上台阶爆破振动测试的侧面图；

图5为本发明隧道上台阶爆破振动测试的正面图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2和图3所示，

实施步骤：

(1)隧道采用台阶法爆破，h0＝10m，h上＝6m，h下＝4m，d＝16m，h1＝1m；假定隧道轴线和管线轴线平行，管线底部距离隧道爆破掌子面中心竖向距离＝h2+h上/2＝10+6/2＝13m，水平距离为l上＝5m，则计算得出r1＝13.93m；

(2)假定某次爆破获得测试上台阶测点l前＝13.60m距离处n1和隧道掌子面后方l后＝11.36m距离处n2处围岩的振速为v1＝3.0cm/s、v2＝1.0cm/s；

(3)重复以上测量总计3次，v1＝3.3cm/s、v2＝1.1cm/s；v1＝2.7cm/s、v2＝0.9cm/s；根据测点n1和n2处振速关系，可以得出v1＝3v2；

(4)隧道上台阶爆破时，隧道掌子面后方距离处l'后＝11.23m距离处n’2测点，测试n’2测点的振速v’2＝1.5cm/s，

(5)根据v1＝3v2，计算得出管线处振速v管＝3×1.5＝4.5cm/s；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。