深度测试：爆破松动圈的良好效果

4.1　地下洞室围岩松动圈爆破前后同一部位测试

本组测试主要在本工程区岩石最差的Ⅳ、Ⅴ类围岩中进行，该部位受f56、f1断层的影响，已钻孔（爆破孔、锚杆孔）常塌孔，一般10个孔中仅只有4～5个孔能成孔；开展了爆破前和爆破后的测试试验（即HR0+17～HR0+18洞段）。

（1）测试孔布置及测试方法。测试孔布置见图2，测试时，将测试孔冲洗干净，孔内注满清水，两两跨孔测试，爆破前测试一次，爆破后再测试一次，比较前后两次测试的波速变化情况，评价爆破质量好坏。

（2）判断标准。采用声波观测法判断爆破破坏或基础岩体质量的标准为，当同部位的爆后波速较爆前波速的下降率大于10%时，即判断开挖爆破破坏了围岩的整体性，恶化岩体质量。爆破前后各声波测试孔参数见表2。

（3）结果分析。将跨孔测试所得的声波传播时间换算成声波波速，并绘制爆破前后波速随孔深的变化曲线，见图3。

表2　声波测试孔参数

图3　厂房爆破前后HR0+17～HR0+18声波测试曲线图

由图3可以看出：

1）爆破前后岩体的波速差值随着孔深增大而逐渐减小，两条曲线最终趋于重合。在爆破前后测试过程中，由于爆破后孔口1.5 m左右测试信号微弱，无法判读数据，说明测试孔周围该区段岩体较差，应力调整剧烈，岩石松散。

2）爆破前后声波测试曲线的变化趋势相一致，爆破开挖后的岩体声波速度均有降低，影响范围为孔深4.0m左右，但局部（如图中的A、B两点）爆破前后波速最大变化率η已超过10%，其他部位则小于10%。图中曲线上的B点和A点波速之差为爆破前后的最大波速的变化之差，则可计算出各声波爆破前后的最大声波变化率η，根据η的值来判断围岩爆破前后的变化情况。1#～2#测试断面声波最大变化率η=（4700-4400）/4400=6.8%＜10%，同理2#～3#和1#～3#测试断面声波最大变化率η=11%＞10%和η=14%＞10%，三个测试断面出现声波变化率最大值的位置分别在孔深3.0m、3.5m、2.5m处。根据爆破前后声波变化率分析及测试部位的地质条件，可以推断测试部位在孔深约2.0～4.0m范围内有一软弱结构面，由于受爆破开挖的扰动，恶化了该软弱结构面，使得该结构面明显张开、压缩、错动。因此，认为本工程区围岩在爆破后围岩塑性区深度（爆破扰动、地应力调整情况、地应力与岩体强度的比值、支护等因素叠加）的影响范围在4.0m范围内。

3）除了一软弱结构面受爆破开挖的影响，恶化了结构面，其他岩体部位爆破开挖前后测试的声波变化率均在允许的范围内，因此爆破开挖施工工艺是合理的，没有恶化岩体的完整性，围岩爆破松动圈在爆破后没有加深。

4.2　地下洞室爆破后围岩松动圈深度的测试

地下洞室爆破后松动圈深度的检测采用弹性纵波波速观测方法进行爆破后跨孔声波测试。

（1）测试布置。地下洞室爆破后松动圈的测试共进行了四组，分别为布置在地下厂房Ⅰ层上下游边墙共三组、主变室Ⅰ层上游边墙一组，围岩类别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。主厂房H L0+235～H L0+240上游边墙声波测试孔深-波速曲线图见图4，HR0+50～HR0+51.5上游边墙声波测试孔深-波速曲线图见图5，HR0+50～HR0+51.5下游边墙声波测试孔深-波速曲线图见图6，主变室H L0+151～H L0+152.5上游边墙声波测试孔深-波速曲线图见图7。(www.xing528.com)

（2）结果分析。

1）对图4进行波速变化趋势及幅度分析。主厂房HL0+235 HL0+240上游边墙为Ⅱ类围岩，三个测试断面在孔深2.0m以下相对完整岩体的平均声波波速计算值为5186～5316m/s，1#～2#测试断面、2#～3#测试断面、1#～3#测试断面波速变化幅度均不大，1#～3#测试断面在0.3m处最低波速达4950m/s以上，综合考虑孔口不平整度等因素的影响，初步判定本测试部位的岩体塑性区深度范围在0.5m以下。综合图4，本组测试断面围岩松动圈是由爆破开挖引起，而围岩地应力重分布的调整没有加深围岩松动圈。

2）对图5进行波速变化趋势及幅度分析。

a.主厂房HR0+50附近上游边墙为Ⅲ类围岩，三个测试断面在孔深2.0m以下相对完整岩体的平均声波波速为5007～5046m/s。图5中三个测试断面的波速在孔深1.8m以下变化趋势相近平稳，波速均在5000m/s以上；在孔深1.8m以上波速出现较大起伏，其中1#～2#测试断面的波速在孔深1.56m处较基准波速的变化率η达到10%，此后波速继续降低，变化率η超过了10%，故可判断岩体塑性区深度在1.56m左右，同理可判断1#～3#、2#～3#测试断面的岩体塑性区深度范围分别为1.37m、1.48m左右。

图4　主厂房HL0+235～HL0+240上游边墙声波测试曲线图

图5　主厂房HR0+50～HR0+51.5上游边墙声波测试曲线图

图6　主厂房HR0+50～HR0+51.5下游边墙声波测试曲线图

b.1#～2#测试断面的波速在孔深1.3m处下降至最低点，约为3200m/s；2#～3#测试断面的波速在孔深1.2m处下降至最低点，约为3600m/s；1#～3#测试断面的波速在孔深1.0m处下降至最低点，约为2800m/s；此后沿孔口波速开始回升，至孔深0.7～0.9m段，波速升至4017～4276m/s；此后至孔口段波速又有所下降。故分析在孔口以下0.7～0.9m范围内，主要受爆破开挖的影响而产生围岩爆破松动圈，在该孔段以下至1.4～1.6m段出现的波速不平衡变化是岩体中有一软弱结构面和开挖后围岩应力重分布效应叠加所致。

c.综合考虑孔口不平整度和地质软弱结构面等因素影响，判定本测试部位岩体塑性区深度范围在1.4～1.6m，围岩开挖爆破松动区深度范围在0.7～0.9m。

图7　主变室H L0+151～HL0+152.5上游边墙声波测试曲线图

3）对图6进行波速变化趋势及幅度分析。主厂房HR0+50附近下游边墙为Ⅳ类围岩，三个测试断面在孔深2.0m以下相对完整岩体的平均声波波速计算值为5155m/s。根据实测波速较基准波速的变化率η分析，1#～2#、2#～3#、1#～3#测试断面的岩体塑性区深度范围分别为1.20m、1.40m、1.64m左右。2#～3#、1#～3#测试断面的波速在孔深约3.0～3.7m接近孔底时明显下降，往上波速又起伏上升最高达5400m/s，说明该段岩体完整性较差，裂隙发育。综合考虑孔口不平整度和岩体完整性等因素的影响，判定本测试部位的岩体塑性区深度范围为1.5～1.7m，围岩爆破开挖松动圈深度范围为0.5～1.1m。岩体塑性区深度是由爆破产生的松动圈和围岩开挖后应力调整重分布效应叠加而成。

4）对图7进行波速变化趋势及幅度分析。主变室HL0+151附近上游边墙为Ⅱ类围岩，两个测试断面在孔深2.0m以下相对完整岩体的平均声波波速计算值为5250～5300m/s，1#～2#测试断面波速变化幅度均不大，2#～3#测试断面在1.0～1.6m范围内波速出现较大起伏，在孔深1.4m处波速下降至3660m/s，此后至孔深0.6m处波速又回升至5150m/s，而后波速再度呈下降趋势，至孔深0.48m处波速较孔底基准波速下降幅度达10%，因此可认为爆破开挖所产生的松动圈深度约为0.48m，而在1.0～1.6m范围内出现的波速起伏变化为岩体的软弱结构面。综合分析，本组测试断面围岩松动圈是由爆破引起，而围岩地应力重分布的调整没有加深围岩松动圈。