一種針對水利工程的隧道爆破減震方法

楊俊重慶市長壽區水務投資建設管理服務中心

一種針對水利工程的隧道爆破減震方法

楊俊
重慶市長壽區水務投資建設管理服務中心

爆破是工程建設中的常規技術手段，在拆除舊建筑物、開挖地洞、開挖高邊坡和壩基等方面有著廣泛的應用。在水利工程中，爆破具有使用簡單、效率高超及成本低廉等優勢，但同時水利爆破對與爆破中產生的震動有著特殊要求。本文通過分析研究，針對水利工程的特點提出一種逐孔延遲爆破方法，該方法既能保證爆破強度和效果，又要降低爆破震動，可以取得較好的爆破效果。

水利工程；逐孔爆破；減震

一、背景

在水利工程中，爆破技術是一種非常有效的施工手段。通過爆破的方法可以快速達到工程方所需目的，同時具有成本低廉、使用簡單、效率高超等優點。但同時，爆破中炸藥所產生的能量為短時間內大量釋放，導致部分能量轉化為震動能量，通過周圍的土壤巖石等介質不斷傳播形成了爆破中的地震效應。爆破地震效應會降低爆破的有效性，同時在水利工程中也會造成意外的破壞，導致工程進度事倍功半。

針對有效控制爆破震動這一問題，國內外進行了長期大量的研究，但是到目前為止，在保持爆破高能效和降低爆破地震效應之間，依然沒有優秀的工程方法。針對這個問題，國內王干[1]等人從能量源、能量傳播和傳播介質三個方面進行分析，并提出了控制爆破震動的解決思路；劉文勝等人[2]針對露天采場深部開采的問題，提出一種逐孔爆破技術，降低爆破震動，同時提高爆破效益，而且具有良好的經濟效益；羅開軍等人[3]針對蘭尖鐵礦的特點，出于保護平硐溜井的目的，采用孔間延時爆破、孔間分層延時爆破和孔內孔間延時爆破的三種減震爆破方法，有效的降低了爆破震動，能夠保護平硐溜井的安全穩定產出。黎志鍵針對水下鉆孔爆破減震，采用微差爆破技術，有效降低爆破震動的破壞力，同時保障取水泵房的安全。

本文通過分析現有的減震爆破技術，針對水利工程的特點，提出了一種逐孔延遲爆破方法，該方法結合現有的逐孔爆破技術和延遲爆破技術，通過技術結合的手段降低爆破震動，同時在理論上可以保證爆破強度可以達到工程預期。

二、水利爆破減震方法

本文從爆破震動產生的原理出發，針對水利工程的特點，提出如下減震技術措施。

2.1 采用定向逐孔爆破技術

逐孔爆破的方法可以有效提升爆炸破碎效果。后起爆的炸藥會比先起爆的炸藥晚10毫秒左右。這樣針對爆破對象，具有較強的應力波疊加效應，增加爆炸破碎。這是爆破的初衷，也是水利爆破最主要的目的。同時，由于逐孔爆破可以有效降低同一個時間段起爆炸藥的當量，爆炸時間和爆炸空間分散，因此震動強度大大降低。

2.2 采用分段延時爆破技術

在水利工程的隧道爆破中，震動波在傳播時期具有固定的相位，兩個或多個相位在同一個方向的相位形成逆向疊加時，會大大降低震動波的震動幅度。基于這個原理，分段延時爆破可以有效降低震動幅度，相同的條件下，采用延時起爆方法比同時起爆的震動幅度降低30%左右。

2.3 采用具有較低爆炸速度的炸藥

根據鐘運秋等人的實驗結果，采用具有低爆炸速度的炸藥可以有效降低爆炸產生的震速，相同的背景條件下，采用此類炸藥可以降低爆炸震動70%左右。而且低爆炸速度的炸藥起爆后，不僅爆炸震動效應小，而且經濟上節約成本，安全性更高。同時可以有效保護水利工程中的重要目標，同時可以最大限度的降低對工程其他因素的影響。

2.4 控制爆破最大單響藥量

根據撒道夫斯基經驗公式，單藥量的多少對爆炸的震動速度有絕對的影響力。在水利工程隧道爆破前，需要采用該經驗公式和地質報告，計算一個保守的單響藥量，然后進行爆破測試對爆破的單藥使用量進行回歸分析，并修正，達到最小化爆炸震動的目的。

2.5 采取手段降低爆破震動疊加效應

采用分段爆破時，不同時段的爆破產生的震動波由于介質的物理傳播原理，可以相互疊加，如果兩個震動波疊加效果太大，那么震動強度大，也有可能對工程造成不可挽回的損失。因此，需要通過合理的設置分段爆炸的時間差，是每段的爆炸相對獨立，降低爆炸震動波的疊加效應。

2.6 采取手段增大臨空面

臨空面是指介質滑動時自由空間的邊界面，在水利工程上主要指壩基下游河床面。為了增加爆破的效果，一般需要人為的增加臨空面，提升爆破效率。根據能量守恒定律，當爆破效率提高時，爆破震動能量就會相對降低。

增加臨空面的主要方法有，采用多邊形的掏槽、螺旋形掏槽，或者采用分層掏槽。當槽腔達到一定程度后，盡最大可能使用較寬的孔距和較小的抵抗線方式，用以增大臨空面，提升爆破效率，降低爆破震動。

2.7 采用預裂降低震動效應

有實踐結果證明[4]，在工程中，理想的預裂縫可以有效降低爆炸震動效果，通常可以減少50%以上。預裂爆破就是在炸藥和被保護目標之間打孔，在主要爆破對象爆破之前，先對該孔洞進行先爆,形成一個垂直于地面的裂隙面，起到反射震動波的作用，從而有效降低震動破的破壞力。即可以通過打一圈減震孔洞的方法減少爆炸震動，同時需要根據水利工程隧道的實際情況，調整爆破的具體方法，通過使用預裂技術降低爆炸震動。先對預裂孔洞（炮眼）進行預裂，然后掏出更大槽眼來增大臨空面，輔助降低震動效應。采用毫秒雷管和秒雷管結合的方式兩次起爆，降低震動波的疊加效應。

2.8 共振的破壞因素

水利工程隧道根據其動力性質不同，具有不同的場地卓越周期或卓越頻率。卓越頻率和硬夾層、軟夾層分別有對應關系。如果水利工程隧道中的重要保護目標的自振周期和場地的卓越周期相同或相近，那么重要保護目標在爆炸中會非常容易被破壞會摧毀，這是由于共振原因導致。因此需要適時調整爆破參數，防止因為共振導致重要保護目標被破壞。

三、結語

本文通過分析現有爆破減震技術的特點，針對水利工程的隧道爆破方法，提出了一種爆破減震技術。該技術結合現有的爆破減震先進技術，針對水利工程的隧道爆破特點，提出了八點減震措施。通過這些措施，可以有效提高爆破效益，降低爆破震動的破壞性，有效提升工程效益。

[1]王干.緩沖爆破減震效應研究[J].研究與探討,2014.

[2]劉文勝,劉先華,李向陽,陳能革.凹山露天采場深部開采的爆破減震[J].礦業快報,436期,2005.

[3]羅開軍,廟延鋼,張智宇,王國華.蘭尖鐵礦保護平硐溜井的爆破減震技術措施[J].工程爆破，12（4）∶50-51,2006.

[4]鄒勤.爆破技術在水利水電工程中的應用[J].技術研發,2014.