一種隧道臺階法施工中深埋地下供水管線的爆破振動監測方法與流程
2023-06-15 10:40:12 1
本發明涉及隧道施工技術領域，尤其是涉及一種隧道臺階法施工中深埋地下供水管線的爆破振動監測方法。
背景技術：
近年來，近距下穿地下供水管線的隧道工程越來越多。當採用鑽爆法開挖時，隧道爆破振動對近距離的地下供水管線安全構成了嚴重威脅，爆破振動極容易引起管線損傷，甚至開裂，造成不可估量的經濟損失。
在李軍省(2013)《地鐵暗挖出入口下穿地下管線保護措施及計算分析》中，計算分析中未考慮爆破震動對管線的影響，也未提出爆破監測方法；而在梁向前(2009)《地下管線的爆破振動安全試驗與監測》和《南水北調中線京石段爆破振動安全問題研究》中，提出了淺埋(5m)地下管線的地面監測方法：首先，通過在地表、地下5、10、19m處布設了4組傳感器,每組均埋設水平向(垂直於管線開挖軸線)和鉛垂向兩臺傳感器，如圖1所示，測試爆破地震波，研究巖體內不同深度處的爆破振速，得出地表振速值明顯地大於地下5m處的振速值，二者相差2～3倍；然後，通過對地面振速進行實測，從爆源到天然氣管道方向共布置了5個觀測點，最近距離36.1m、最遠距離226.2m(管道位置)，測點間距大約按對數等間距分布，得出的爆破地震波沿地面的傳播衰減規律，以此推出控制藥量，指導爆破施工。如圖1所示，為現有技術中沿深度方向傳感器布置圖，其存在的主要問題及不足之處：首先，管線位於地下5m左右，屬於比較淺埋的管線，不涉及深埋管線的爆破振動監測問題；其次，另一方面是通過測試巖體內不同深度處的振速，得出地表振速值明顯地大於地下5m處的振速值，該結論並不具有普遍性；再次，通過對地面振速進行實測得出爆破地震波的衰減規律，並沒有得出管線處的爆破振速，以此控制管線的爆破振動安全，這種控制十分不準確，也偏於不安全。
由以上可以看出，對於深埋(埋深≥20m)地下供水管線而距離隧道較近(距離≤2d(d為隧道跨度))的情況下，目前還沒有相應的爆破振動監測方法。現有的爆破振動監測方法主要針對淺埋地下管線，通過測試地面爆破振速，來間接控制淺埋管線的爆破振動安全。對於深埋管線監測問題，由於深埋管線距離地面較遠，而距離隧道較近，地面振速與管線處振速相差甚遠，以地面振速控制管線振速的方法對於深埋地下管線則明顯不適用。另一種現有方法，通過打設深孔直接測量管線底部位置處的爆破振動，該方發實施十分困難，表現在：一是很多情況下不允許打設深孔；二是即使能打孔，傳感器的安裝也十分的困難，很難保證安裝的精度，實施十分困難。
因此，本發明針對深埋地下供水管線的爆破振動監測方法，由於埋深大，如果仍採用以上方法在地面進行監測，則必將與管線的實際爆破振動相差甚遠，不能確保隧道爆破振動下管線的安全，亟待提出一種新的監測方法。
技術實現要素：
本發明提出一種深埋地下供水管線的爆破振動監測方法，有效的解決了深埋地下管線的隧道爆破振動監測的這一技術難題，對於隧道施工行業具有深遠的影響。
本發明的技術方案是這樣實現的：隧道臺階法爆破中一種深埋地下供水管線的爆破振動監測方法，包括以下步驟：
s1、計算管線距離隧道上臺階爆源中心的距離r上；取隧道上臺階高度的一半為爆心點，則
s2、在隧道下臺階爆破時，在上臺階和掌子面後方同時布置測點n1和n2，確保兩個測點到下臺階爆心(取隧道下臺階高度的一半為爆心點，)的距離均等於r上；
s3、根據s2推導出上臺階測點n1的水平距離
s4、根據s2推導出掌子面後方測點n2的水平距離
s5、測試上臺階測點n1和隧道掌子面後方n2處圍巖的振速為v1、v2；
s6、重複以上測量3次，根據測點n1和n2處振速關係，可以得出v1＝nv2；
s7、隧道上臺階爆破對掌子面前方的供水管線影響最大，為獲得前方供水管線的振速，只需在上臺階爆破時測量掌子面後方l'後距離處n』2測點的振速v』2，
s8、根據s6推知管線處的振速v管＝nv』2；
s9、將獲得的管線處振速v管與管線爆破振動安全的控制標準進行比較，評價管線的安全情況，優化爆破施工方案，指導隧道控制爆破，確保管線安全。
作為一種優選的技術方案，步驟s2-s7具體測試方法為，分別測量獲得隧道跨度d，隧道上臺階高度h上和下臺階高度h下，地下管線直徑d，隧道供水管線頂部距離地面h1，隧道供水管線底部距離隧道拱頂h2，然後在隧道下臺階爆破時在上臺階l前距離處布置測點n1和爆破掌子面後方圍巖側壁l後距離處布置測點n2，測試上臺階測點n1和隧道掌子面後方n2處圍巖的振速為v1、v2；在上臺階爆破時測量掌子面後方l'後距離處n』2測點，測試n』2測點的振速v』2。
採用了上述技術方案，本發明的有益效果為：本發明的監測方法簡單易行，可以在隧道爆破掌子面後方直接測試，避免了打設深孔測試的難度，也避免了在地面測試的不能反映深埋管線處振速的弊病，通過求解代數平均值能夠取得較為準確的管線處的爆破振速數據，能夠直接對管線的振動安全作出評價，指導爆破施工。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為現有技術中沿深度方向傳感器布置圖；
圖2為本發明隧道下臺階爆破振動測試的側面圖；
圖3為本發明隧道下臺階爆破振動測試的正面圖；
圖4為本發明隧道上臺階爆破振動測試的側面圖；
圖5為本發明隧道上臺階爆破振動測試的正面圖；
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖2和圖3所示，
實施步驟：
(1)隧道採用臺階法爆破，h0＝10m，h上＝6m，h下＝4m，d＝16m，h1＝1m；假定隧道軸線和管線軸線平行，管線底部距離隧道爆破掌子面中心豎向距離＝h2+h上/2＝10+6/2＝13m，水平距離為l上＝5m，則計算得出r1＝13.93m；
(2)假定某次爆破獲得測試上臺階測點l前＝13.60m距離處n1和隧道掌子面後方l後＝11.36m距離處n2處圍巖的振速為v1＝3.0cm/s、v2＝1.0cm/s；
(3)重複以上測量總計3次，v1＝3.3cm/s、v2＝1.1cm/s；v1＝2.7cm/s、v2＝0.9cm/s；根據測點n1和n2處振速關係，可以得出v1＝3v2；
(4)隧道上臺階爆破時，隧道掌子面後方距離處l'後＝11.23m距離處n』2測點，測試n』2測點的振速v』2＝1.5cm/s，
(5)根據v1＝3v2，計算得出管線處振速v管＝3×1.5＝4.5cm/s；
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。