孔內外組合延期網路在地鐵爆破中的振動控制研究★

肖景鑫 王海亮 于 福 李維洲

(1.山東科技大學安全與環境工程學院，山東 青島 266000； 2.中國交通建設股份有限公司，山東 青島 266000)

0 引言

隨著城市地鐵建設的不斷發展，為保證周邊建筑的安全，降低爆破振動對建筑物的影響，對控制鉆爆法施工的爆破振速的要求也越來越高。而當隧道爆破作業雷管段別配備不足時，受雷管段數限制會造成單段起爆藥量過大，不利于爆破振動的控制。孔外延遲網路是目前隧道爆破中常用的一種延期減振手段。尹文綱[1]、楊慶[2]應用孔外延期技術對爆破網路進行優化設計，減少了因雷管段別限制而增加的爆破次數。楊昆鵬[3]通過微差導爆管雷管的孔內微差與孔外微差爆破網路，聯線方式采用分組串聯法,將各個炮孔的引爆時間全部錯開。郭學彬[4]通過單孔臺階爆破試驗，分析了微差爆破地震波的段間疊加特性。劉向科[5]設計了三種不同的基坑孔外延遲起爆網路，通過比較爆破后產生的合振動速度的大小，選出了合理的起爆網路。目前國內學者們對于延期網路的研究多集中在孔外延期，通過串聯或并聯不同分斷面的網路來實現孔外延期技術。而雷管段別配備過少時，只采用孔外延期不利于微差間隔的控制，而會造成振動疊加現象。本文利用孔內兩個不同段位的普通導爆管雷管進行接力式延期起爆，并結合大段別雷管孔外延期，在只有7個雷管段別的條件下，實現了孔內孔外組合延期網路起爆，達到了嚴格控制爆破振動的目的。

1 工程概況

青島地鐵13號線嘉陵江路—香江路站區間，左線里程ZSK5+580處設置2號豎井兼做聯絡通道，全線采用礦山法施工。左線ZSK5+580～ZSK5+800區段，位于井岡山路下，埋深20 m，以中風化花崗巖為主，Ⅳ級圍巖，采用臺階法施工，側穿鑫奧特汽車服務有限公司、井崗新村等，沿線兩側建筑物較復雜。其中鑫奧特汽車服務有限公司為區段的地表振動監測點，距離區間左線開挖掌子面結構外皮約25 m，距隧道拱20.92 m。按照周邊業主要求，為了確保地表建筑物的安全，爆破開挖引起的地表質點震動速度應控制在0.5 cm/s以內。

2 原爆破方案

2.1 原爆破設計

在左線ZSK5+580～ZSK5+800區段上臺階爆破裝藥連線施工時，普通導爆管雷管只配備1，3，5，7，9，11，13七個奇數段別，上臺階原爆破方案的炮眼布置如圖1所示，采用斜眼掏槽，孔外采用“大把抓”的簇聯法進行起爆，循環進尺0.75 m。

2.2 爆破振速分析

監測采用TC-4850爆破振動智能監測儀，測得左大上臺階連續4個循環進尺的爆破振動速度超過了爆破安全允許振速1.5 cm/s。分析圖2可知，出現最大峰值處的時間均為0 s，為1段雷管起爆。4個掏槽孔只有一個雷管段別，單段起爆藥量為2.4 kg，起爆爆炸能量大。受雷管段數的限制，若增加掏槽孔的段別數，則會減少輔助孔可用段別數，造成輔助孔單段裝藥量增加。若只通過減少掏槽孔的單孔裝藥量來求得降低爆破振速，則可能會造成爆破效果不佳，影響工程工期進度。所以實際施工中，嚴格控制好炮孔單段裝藥量是爆破振動控制的關鍵。

3 孔內孔外組合延期爆破網路設計

3.1 連線及裝藥

網路連接:在炮孔數量、布置及單孔裝藥量不變的條件下，對現有的爆破網路進行優化設計，優化后起爆網路見圖3。將上臺階起劃分成Ⅰ，Ⅱ兩個分斷面。將斷面Ⅱ各段導爆管分成兩組用兩發1段雷管簇聯，其周邊孔內采用5段與13段導爆管雷管接力式起爆，進行孔內延期。將斷面Ⅰ各炮孔分成兩組并用兩發13段導爆管簇聯起來，進行孔外延期。最后將斷面Ⅰ，Ⅱ孔外的兩發1段雷管與2發13段并聯起來，共同起爆。

裝藥：掏槽眼、輔助眼、周邊眼均采用連續不耦合裝藥。Ⅱ部周邊眼裝藥結構如圖4所示，采用孔底裝藥，反向起爆，靠近孔口的延期雷管的聚能穴朝向炮孔外，以避免提前殉爆炸藥或造成啞炮。具體裝藥參數見表1。

表1 孔內外延期網路方案爆破參數

從表1可以看出，在單孔裝藥量不變的情況下，孔內外延期起爆網路相較于原起爆網路，掏槽孔、輔助孔與周邊孔的單段最大藥量分別下降了50%，33.3%，48.4%，網路起爆效果如圖5所示。

3.2 網路起爆順序分析

優化后網路其相鄰段名義延期間隔的最短時間為150 ms。網路起爆后，起爆能通過孔外的13段雷管間隔650 ms傳遞到Ⅰ部，從雷管延期時間上來看，在Ⅱ部周邊孔還未引爆時，Ⅰ部孔外的13段雷管已經引爆。所以距離孔外13段導爆管最近的周邊眼炸藥起爆不會導致13號導爆管雷管的殉爆。

4 孔內外延期爆破網路的振動分析

采用改進的起爆網路設計后，對掌子面里程DK5+625.1～DK5+631.1連續進行7個循環次數的爆破監測。由圖6可知，采用改良后的孔內孔外組合延期起爆網路，已基本將地表質點振動速度控0.5 cm/s以下，平均振速峰值0.43 cm/s。但也存在個別炮次超振的現象，經分析可知，出現個別炮次超振的原因是鉆眼質量不佳。由于工人疏忽大意，鉆取的個別炮孔超過設計孔0.75 m以上，使得小藥量在孔深較大的炮眼中起爆自由面不充分，受巖石夾制作用影響。如圖7所示，振動峰值分布較均勻，沒有出現明顯的振動峰值突變，波形圖峰值的時程分布與起爆順序基本相吻合。

5 結論與建議

1)采用“周邊孔5段與13段串聯組合延期，組間孔外13段延期的起爆網路”。與原網路相比，在需要的雷管段別數、單孔裝藥量不變的情況下，掏槽孔、輔助孔與周邊孔的單段最大藥量分別下降了50%，33.3%，48.4%。且未增加爆破次數，既解決了因導爆管雷管段數不足而造成的單段裝藥量過大的問題，也保證了施工效率。

2)通過地表振速監測，進一步驗證了采用孔內外延期的爆破網路設計方案，能使距爆源45 m處的監測點的地表振動速度控制在0.5 cm/s以內。與原爆破網路方案相比，地表質點振動峰值降低了66%，解決了因雷管段別限制而造成的超振情況，達到了控制爆破振動的目的，且未發現有振動疊加的現象。

3)采用本起爆網路設計方案，嘉香區間隧道順利地通過了高等減振段。現場實踐證明，采用孔內與孔外結合延期網路起爆，爆后巖壁規整，碎塊較小，爆堆集中，未出現盲炮、啞炮現象。且網路連線施工較為簡易，對于類似城市隧道爆破減振具有一定的參考價值。