隧道爆破振動控制關鍵技術與進展

易文龍

摘? ? 要：隧道工程在我國的經濟發展和交通運輸行業中占據著十分重要的作用，而在隧道工程中，爆破是其中最為關鍵的施工環節之一。在進行對隧道的爆破施工過程中，總是難以避免的引起一些振動，而這些振動將會對整個隧道工程的施工安全的管理和整個隧道施工工程質量的控制有著十分重要的作用。本文對隧道爆破工程振動控制作出研究，并提出具體的技術控制措施。

關鍵詞：隧道工程;爆破振動;研究進展

1? 引言

隨著我國公路交通事業飛速發展，隧道爆破施工是隧 道建設中十分重要的環節，由于直接關系到隧道能否順利施工。在隧道附近常常會存在一些建筑物或者正在施工的隧道，爆破過程中炸藥產生的沖擊波經過巖層土體傳播 至建筑物基礎上，造成地基沉降和建筑物開裂破壞倒塌，引起不必要的人員傷亡和財產損失。研究隧道爆破振動控制技術，能夠有效保證周圍結構物的安全，同時可為隧 道爆破施工提供一定的參考價值。

2? 研究現狀

從目前國內外研究現狀來看，隧道爆破振動控制技術主要基于現場爆破振動監測數據及相關工程經驗，在隧道 爆破振動傳播規律及對周邊建筑物的破壞機理方面研究體系不夠完善，缺乏一定的理論指導，爆破預期的控制精度并不高。例如文學分別分析了地表爆破振動速度及振動波傳播規律和哪些因素有關，提出掏槽孔是降低振害的關鍵，并全面監控隧道爆破振動效應。袁紹國等總結了控制爆破需要從爆破體的破碎程度、破壞范圍、坍塌方向和危害作用出發，并介紹了控制爆破的五種不同原理。Crandle 研究了爆破振動波的傳播特性以及爆破振動的規律。

通過總結和分析當前的隧道爆破振動控制技術研究成果，本文認為目前隧道爆破振動控制主要不足的地方有以下幾點：（1）隧道爆破振動衰減快慢與哪些爆破參數有關;（2）各種爆破控制技術怎么樣組合才能達到最佳效果;（3）隧道爆破振動強度的預測。

3? 爆破振動傳播規律

研究隧道爆破振動規律是實現有效振動控制的重要前提。一般地，爆破振動與爆心距、高程差、地質條件等有一定的聯系。許多研究人員對爆破振動頻率衰減規律作了深入的探討，研究發現，爆炸腔大小、爆心距以及波在巖體中傳播速度決定了隧道爆破振動頻率的衰減。爆破振動規律從能量分布特征的角度分析是一種有效的手段。隧道爆破振動能量分布與爆破孔中藥量多少有關系，當最大段藥量比較少時，爆破振動能量主要分布在中高頻帶附近，而且能量相對分布比較寬，當最大段藥量逐漸增加時，爆破振動能量主要分布在中低頻帶附近，并且能量分布比較集中，在比較了各種擬合公式并討論了爆破振動速度衰減公式的優選，經過各個公式的誤差分析，提出應該解除薩式公式中一次起爆藥量和爆心距的比例關系，采用優化后的指數模擬。提出了根據線性回歸法和非線性回歸法求解爆破振動速度衰減公式參數的非線性回歸法，現場實測數據、線性回歸法擬合的薩道夫斯基公式和非線性回歸法擬合的薩道夫斯基公式的對比分析，由此可 知，振幅越大，非線性回歸法得到的公式更加接近實測值。一般地，隧道遠處的圍巖振動規律不適用近處隧道爆破圍巖振動，監測隧道爆破近區圍巖和掌子面附近圍巖的振動規律是隧道鉆爆施工安全的重要保證。分別對爆破振動速度預測方法作了深入研究。由此可見，爆破振動速度在介質中具有一定的傳播規律和可預測性。通過以上文獻分析，隧道爆破振動速度的衰減與爆心距、爆腔大小、巖體縱波速度及品質因子等有關;分析爆破振動規律可以從能量和振動頻率的關系入手，即振動頻率與能量分布之間存在密切關系。

4? 爆破振動控制方法研究

4.1? 隧道爆破振動監測

隧道爆破振動監測是為了實時監測某位置處質點的振動響應，分析爆破地震波在介質中能量分布規律，防止和減小爆破振動對周邊結構的破壞。陳慶等利用測試系 統中的拾振器1，2，3分別測量振動速度的水平徑向分量Vr、水平切向分量Vτ和垂直分量Vz。于建新等采用TC- 4850爆破測振儀監測爆破振動速度，振動傳感器應垂直于 隧道豎直方向，平行于隧道軸線方向且垂直于隧道墻壁。可見，對于小凈距隧道爆破監測并研究中間巖柱墻的振動響應非常關鍵。

4.2? 爆破合理的時差

在短進尺的隧道爆破中，振動速度峰值一般出現在掏糟爆破施工，對于低段位，各排炮孔之間應有合理的時差間隔。合理的毫秒延時間隔有利于降低爆破振動響應。薛里等采用波動理論分析了爆破振動波疊加減振的條件，并研究了毫秒延時爆破振動波形疊加干擾減振時間間隔時差計算方法。

4.3? 炮孔布置形式

通過增加中心炮孔并優化掏槽方案、藥量和起爆時差，最大程度地減少振動響應，為了減少掏槽挾制和振動作用，在楔形掏槽孔中心增加直眼淺炮孔。采用大直徑中空直眼掏槽和減小單段最大起爆藥量，合理布置炮孔間排距、優化爆破網路，對振動速度進行控制。

5? 隧道爆破振動效應監測與分析

該隧道上導坑開挖斷面為半圓形，面積達 66m2，單循環爆破進尺可在3.5m左右。根據目前國內常規施工機械裝備條件，國內隧道爆破通常采用手風鉆鉆眼，掌子面設鉆孔裝藥平臺，炮眼直徑為42mm，炮眼深度4.0m～5.0m，采用楔形掏槽和周邊間隔不耦合裝藥光面爆破技術。在這一爆破方案中之所以將楔形掏槽區設置在上導坑的下部，主要原因是考慮盡量減小掏槽爆破對上部地面振動的影響。此外，由于“V”掏槽爆破技術較 為成熟，對鉆孔定向精度要求不高，巖渣拋擲較遠，在國內得到普遍應用。但楔形掏槽應盡量使成對的斜眼同時起爆才能獲得較好的掏槽效果，而且楔形掏槽爆破夾制作用大，所以引起的爆破振動較大。

5.1? 振動測試的目的

為了嚴格控制爆破振動，爆破時必須對影響范圍內進行振動測試，一是研究爆破過程地震波的衰減規律，地質構造及地形對他的影響，地震波參數和爆破參數的關系;二是研究天然氣管道，對于爆破振動的響應特征，這一響應特征與爆破方式、天然氣管道特點的關系。掌握爆破振動參數，有利于對爆破參數科學地進行優化，指導爆破作業，實現爆破振動控制及控制爆破信息化施工，將爆破振動控制在允許范圍內，確保天然氣管道安全。

5.2? 振動測試的內容

主要測試內容有：質點峰值振動速度和主振頻率等。

5.3? 測試儀器的選擇

根據項目特征選用TC—4850爆破測振儀。

5.4? 現場測點布置

根據爆區周圍環境和監測要求，每次檢測共布設6臺傳感器，每次布點不少于3個，布置規律為：從爆區作垂線與天然氣管道正交，在交點處布置1臺儀器，其余儀器沿天然氣管道分別布置在交點兩側。

5.5? 測試結果

自洞身開始掘進以來，每次爆破時均進行了振動測試，對進、出口端各級圍巖初次爆破和參數優化后的各月測試結果最大值進行了對比分析，分析可知，進口端各級圍巖初次爆破時，其振動速度均較高，但均小于1.7cm/s，在允許范圍內。由于爆破區域距天然氣管道相對較近，為減小影響，對爆破方案進行了優化;而隧道出口端由于整體施工進度較進口端慢，故爆破時，直接借鑒進口端優化后的結果，不需再行探索。

6? 結束語

首先從實踐出發，對隧道工程爆破振動控制技術進行研究。然后從隧道工程在爆破過程中所產生的振動及對一定區域內構造物的影響進行了分析。最后結合實際工程案例提出了相關控制技術，作了詳細介紹，望能為相關行業提供借鑒。

參考文獻：

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[2] 管曉明，傅洪賢，王夢恕，郭彩霞，劉琨，劉同良.隧道爆破振動下砌體結構局部動力反應研究[J].現代隧道技術，2017.