本文選自國(guó)家級(jí)期刊《黑龍江交通科技》， 《黑龍江交通科技》主管單位：黑龍江省交通廳主辦單位：黑龍江省交通科學(xué)研究所;黑龍江省交通科技情報(bào)總站;黑龍江省公路學(xué)會(huì)。國(guó)內(nèi)刊號(hào) 為：CN23-1207/U，國(guó)際刊號(hào)為：ISSN1008-3383。周期：月刊�！逗邶埥�交通科技》期刊地位，《黑龍江交通科技》自1978年創(chuàng)刊以 來(lái)，先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論和生產(chǎn)施工工藝；技術(shù)改造、企業(yè)管理的新經(jīng)驗(yàn)、新技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品、新設(shè)備、技術(shù)政策；交通工程論述，國(guó)內(nèi)外交通科技動(dòng)態(tài)論述等。 為我省公路橋梁建設(shè)和交通運(yùn)輸生產(chǎn)服務(wù)，為加速實(shí)現(xiàn)我省交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化作出貢獻(xiàn)。
　　摘要：西梁隧道淺埋段采用多級(jí)復(fù)式楔形掏槽，減小爆破夾 制作用力，顯著降低了爆破振動(dòng)峰值；同時(shí)利用高精度孔外毫秒延時(shí)雷管實(shí)現(xiàn)振動(dòng)錯(cuò)峰，避免振動(dòng)峰值疊加。在爆破過(guò)程中配合振動(dòng)監(jiān)測(cè)，不斷調(diào)整和優(yōu)化爆破方 案。最終以平均單炮進(jìn)尺2m、隧道上方地表以較小振動(dòng)的爆破效果，通過(guò)了淺埋處的振動(dòng)敏感區(qū)。

　　關(guān)鍵詞：隧道爆破,振動(dòng),掏槽,進(jìn)尺

　　1工程概況

　　新建張家口至唐山鐵路西梁隧道地處灤平縣境內(nèi)，起訖里程DK255+360～DK257+715，隧道全長(zhǎng)2355m。為雙線隧道，線間距為由4.0漸變到5.0m。本隧道最大埋深132m，暗挖法施工。

　 　在鐵路施工中常會(huì)遇到淺埋隧道的鉆爆施工，當(dāng)淺埋隧道周邊圍巖情況很差時(shí)，爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的影響特別是拱頂上方的圍巖是非常敏感的問(wèn)題。通常的辦法是減 小爆破掘進(jìn)的進(jìn)尺，即所謂“放小炮”，以降低爆破振動(dòng)，緩慢通過(guò)振動(dòng)地質(zhì)敏感區(qū)，即使如此爆破振動(dòng)對(duì)周邊圍巖的影響依舊是一個(gè)很大的隱患。為了尋求在正常 掘進(jìn)速度下增加安全系數(shù)，降低對(duì)較差圍巖地段隧道上方圍巖爆破擾動(dòng)的工法。在西梁隧道進(jìn)行的一系列試驗(yàn)，取得了良好的效果。

　　2試驗(yàn)研究的技術(shù)路線

　　西梁隧道淺埋段開(kāi)挖的特點(diǎn)，上導(dǎo)坑爆破掘進(jìn)對(duì)拱頂上方圍巖振動(dòng)影響較嚴(yán)重。因此在施工過(guò)程中我們進(jìn)行了以上的試驗(yàn)研究：

　　1）在正常施工過(guò)程中通過(guò)對(duì)爆破施工現(xiàn)場(chǎng)周邊地震波的監(jiān)測(cè)和分析，找出上導(dǎo)坑爆破振動(dòng)強(qiáng)度的分布特點(diǎn)和衰減規(guī)律。

　　2）根據(jù)上導(dǎo)坑爆破振動(dòng)特點(diǎn)，調(diào)整、優(yōu)化爆破方案，同時(shí)進(jìn)行地表爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)逐步降低隧道淺埋段的爆破振動(dòng)效應(yīng)，并最大限度地改善爆破效果，增加爆破施工后周邊圍巖的穩(wěn)定性。

　　3）通過(guò)試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)確認(rèn)獲得良好的爆破方案。在西梁隧道進(jìn)口V級(jí)圍巖段實(shí)施隧道爆破掘進(jìn)時(shí)，對(duì)地表爆破振動(dòng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)振動(dòng)偏大需及時(shí)調(diào)整優(yōu)化爆破方案，以確保拱頂上方圍巖的安全及隧道掘進(jìn)效果。

　　3降振試驗(yàn)過(guò)程與對(duì)策

　　3.1隧道淺埋段爆破施工常用方案

　　根據(jù)目前國(guó)內(nèi)常規(guī)施工機(jī)械裝備條件。隧道淺埋段爆破施工通常采用手風(fēng)鉆鉆眼，掌子面設(shè)鉆孔裝藥平臺(tái)，炮眼直徑為42mm，炮眼深度2-2.5m，采用楔形掏槽和周邊間隔不耦合裝藥光面爆破技術(shù)，開(kāi)元寺隧道上導(dǎo)坑在初始淺埋段采用的掏槽爆破方案如圖11(a)所示。

　　(a)掏槽爆破方案

　　圖1初始淺埋段的掏槽爆破方案和爆破振動(dòng)波

　 　在這一爆破方案中之所以將楔形掏槽區(qū)設(shè)置在上導(dǎo)坑的下部，主要原因是考慮盡量減小掏槽爆破對(duì)上部地面振動(dòng)的影響。另外，因“V”形掏槽爆破技術(shù)較為成 熟，對(duì)鉆孔定向精度要求不如直眼掏槽的精度高，巖渣拋擲較遠(yuǎn)，在施工單位得到普遍應(yīng)用，但楔形掏槽應(yīng)盡量使成對(duì)的斜眼同時(shí)起爆才能達(dá)到較好的掏槽效果，而 且楔形掏槽爆破夾制作用大，所以引起的爆破振動(dòng)較空孔直眼掏槽更強(qiáng)烈。

　　上導(dǎo)坑初始淺埋段爆破掘進(jìn)測(cè)得的地表振動(dòng)波如圖1。從圖1分析， 初始淺埋段爆破方案地表爆破振動(dòng)強(qiáng)度的分布特點(diǎn)是：掏槽爆破引起的爆破振動(dòng)最強(qiáng)，其峰值大大超過(guò)了《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的允許范圍，其它部位的爆破（擴(kuò) 槽、周邊、底板等）都沒(méi)超過(guò)安全允許范圍。由此看來(lái)這種大楔形掏槽雖然爆破效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都較好，但因爆破夾制作用太大，在淺埋段引起強(qiáng)烈的地表振 動(dòng)，必須調(diào)整優(yōu)化楔形掏槽方案才能保證淺埋敏感區(qū)段的振動(dòng)安全。

　　3.2掏槽方案的調(diào)整對(duì)爆破振動(dòng)的影響

　　要想解決掏槽 爆破引起的振動(dòng)過(guò)強(qiáng)問(wèn)題，首先是減小掏槽爆破單段爆**量。最基本的方法有兩種：一是減小爆破進(jìn)尺，徹底減降掏槽眼的裝藥量；二是采用空孔直眼掏槽，通過(guò) 增加空孔體積量和逐孔起爆原理，降低掏槽破的單段爆破藥量。第一種方法在本工程中應(yīng)用將使工期進(jìn)度愛(ài)到嚴(yán)重影響，除非萬(wàn)不得已，不能輕易采用。第二種方法 受鉆眼設(shè)備條件和鉆工技術(shù)水平限制，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的鉆孔精度，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，無(wú)法在本工程中應(yīng)用。

　　根據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，實(shí)際上 掏槽爆破的單響藥量與擴(kuò)槽爆破或周邊眼爆破的單響藥量相差不多，但掏槽爆破引起的地表振動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)，主要原因是掏槽爆破臨空面條件差，爆破夾制作用大 [1]。為此我們提出了多級(jí)復(fù)式楔形掏槽的爆破方案，使大楔形掏槽改為多級(jí)小楔形掏槽，一方面使各級(jí)楔形掏槽為后一級(jí)掏槽創(chuàng)造了更好的臨空面，爆破夾制作 用減弱，爆破振動(dòng)效應(yīng)得到有效控制和減輕，同時(shí)因掏槽爆破效果改善，爆破進(jìn)尺率還有所提高。調(diào)整爆破方案測(cè)得的地表振動(dòng)波形見(jiàn)圖2，從圖2可見(jiàn)，掏槽爆破 時(shí)段的振動(dòng)強(qiáng)度比以前有顯著降低，但掏槽爆破引起的振動(dòng)仍然偏大，掏槽方案需要進(jìn)一步優(yōu)化。

　　(a)調(diào)整后掏槽爆爆破方案

　　(b)爆破振動(dòng)波

　　圖2調(diào)整后的掏槽爆破方案和爆破振動(dòng)波

　　3.3掏槽方案的優(yōu)化及振動(dòng)效應(yīng)

　 　為了將淺埋隧道敏感區(qū)段的爆破振動(dòng)安全控制在非敏感范圍，對(duì)調(diào)整后的掏槽方案進(jìn)行了兩步優(yōu)化。第一步：在多級(jí)楔形掏槽中心增加兩個(gè)淺直眼炮孔，作為第一 段爆破掏槽（見(jiàn)圖3）。這兩個(gè)炮孔的爆破由于藥量小，不會(huì)引起較大振動(dòng)，盡管其掏槽體積不大，但它使下一級(jí)斜眼掏槽爆破的臨空面條件改善，爆破夾制作用 小，爆破產(chǎn)生的振動(dòng)也隨之降低。第二步：利用高精度孔外延時(shí)雷管使同排掏槽斜眼實(shí)現(xiàn)毫秒延時(shí)錯(cuò)峰，又能保證成對(duì)斜眼同時(shí)起爆，確保錯(cuò)峰減振和高效掏槽雙效 益。根據(jù)以往研究資料[2]，為了獲得更好的楔形掏槽效果，應(yīng)使成排對(duì)稱的斜炮孔同時(shí)起爆，實(shí)際上炮孔爆破后大約需要20ms左右的時(shí)間才會(huì)破裂運(yùn)動(dòng)，若 能保證成為對(duì)“V”形斜眼同時(shí)起爆，又將同排的斜眼延時(shí)起爆時(shí)間控制在10ms左右（見(jiàn)圖3），其結(jié)果是掏槽效果沒(méi)有受損，而同時(shí)爆破的炮孔僅是成對(duì)的兩 個(gè)斜眼，雖然10ms的延時(shí)時(shí)間不能使兩段爆破振動(dòng)波安全分離，但爆破振動(dòng)峰值已明顯錯(cuò)開(kāi)，使得振動(dòng)波峰值不突出，振動(dòng)波峰值得到顯著抑制。最終測(cè)得的爆 破振動(dòng)波如圖4。從圖4可知，掏槽爆破時(shí)段的振動(dòng)強(qiáng)度不再是最強(qiáng)烈的，說(shuō)明掏槽爆破振動(dòng)已顯著減小，爆破振動(dòng)強(qiáng)度已控制在安全允許范圍內(nèi)。至此終于找到了 在相同進(jìn)尺情況下有效減弱爆破振動(dòng)的良好爆破方案。在上導(dǎo)坑爆破掘進(jìn)中，我們進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果列于表1。表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，淺埋隧道段弱振動(dòng) 爆破掘進(jìn)試驗(yàn)研究取得了令人滿意的效果，爆破振動(dòng)控制在安全允許范圍內(nèi)，平均爆破進(jìn)尺在1.5m。

　　注：2段~10段雷管逐段延時(shí)100ms；11段~19段雷管逐段延時(shí)200ms的高精度雷管；

　　“□”孔外接力+9ms延時(shí)雷管；“△”孔外接力+17ms延時(shí)雷管；“◇”孔外接力+25ms延時(shí)雷管。

　　圖3優(yōu)化后的炮孔盎圖及雷管延時(shí)排列圖（單位：cm）

　　4減弱爆破振動(dòng)技術(shù)要點(diǎn)

　　以往對(duì)弱振動(dòng)爆破多數(shù)人首先想到減少裝藥量，減少單段爆**量。通過(guò)這次試驗(yàn)研究，我們認(rèn)為降低爆破振動(dòng)應(yīng)該從多方面考慮，采取綜合措施才能奏效。主要的技術(shù)措施如下述。

　　1）爆破振動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)

　　在爆破振動(dòng)敏感區(qū)進(jìn)行爆破作業(yè)，若沒(méi)有必要的振動(dòng)監(jiān)測(cè)手段則很難保證振動(dòng)安全。通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，找出爆破振動(dòng)的規(guī)律特點(diǎn)，然后觀測(cè)一定的調(diào)試方案對(duì)振動(dòng)效果的改善情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果才能最終確定綜合改進(jìn)的技術(shù)措施。

　　2）減小爆破夾制作用

　　本工程的試驗(yàn)研究中突出了掏槽爆破的振動(dòng)效應(yīng)，最后通過(guò)改進(jìn)掏槽方案，減少爆破夾制作用，實(shí)現(xiàn)了弱振動(dòng)爆破。說(shuō)明在某些情況下通過(guò)改善臨空面條件、減輕爆破夾制作用，可以大幅度降低爆破振動(dòng)。

　　3）充分利用高段位雷管點(diǎn)火延時(shí)分散性

　 　普通毫秒雷管都是通過(guò)內(nèi)置延期藥來(lái)實(shí)現(xiàn)分段延期的，雷管段位越高，延期藥柱越長(zhǎng)，延期反應(yīng)時(shí)間誤差越大，如8段以上段位的雷管同段位延時(shí)誤差大字 25ms以上，從擴(kuò)槽眼和周邊光爆眼的爆破振動(dòng)波形和峰值特點(diǎn)分析，8段位以上段位的雷管多孔同段爆破時(shí)振動(dòng)波分散明顯。段位越高、炮孔越多，其振動(dòng)波分 散越明顯，按爆破振動(dòng)衰減理論，此時(shí)爆破振動(dòng)峰值所對(duì)應(yīng)的單響藥量越小。所以安排高段位雷管多孔同段爆破，可適當(dāng)減小爆破振動(dòng)峰值的預(yù)測(cè)值。

　　4）減小爆破單響藥量

　　理論和實(shí)踐證明，減小爆破單響藥量與降低爆破振動(dòng)是成比例的，任何敏感地段的爆破都要控制爆破單響藥量。但是若設(shè)計(jì)的爆破單響藥量過(guò)小，將會(huì)影響一次爆破規(guī)模，延長(zhǎng)工期或加大控制爆破的成本。

　　5）其它減振技術(shù)措施

　　其它減振技術(shù)措施主要指輔助隔振措施，如周邊開(kāi)槽、預(yù)裂隔振法、孔底空氣間隔裝藥的緩沖爆破法，保護(hù)物附近開(kāi)挖減振溝等不同的隔振措施。

　　(a)優(yōu)化后的掏槽方案

　　(a)爆破振動(dòng)波

　　圖4優(yōu)化后的掏槽爆破方案及爆破振動(dòng)波

　　5結(jié)語(yǔ)

　 　本工程中遇到了淺埋隧道穿越振動(dòng)敏感區(qū)段的爆破掘進(jìn)，在工期壓力緊張的條件下，若不采取一系列綜合措施，只是簡(jiǎn)單地減小爆破規(guī)模，將使工程成本大增。本 論文在項(xiàng)目部白土山隧道出口作試驗(yàn)段，在西梁隧道進(jìn)口進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)實(shí)踐表明跟蹤監(jiān)測(cè)和綜合調(diào)試的研究方法是有效的，采以減小掏槽爆破的夾制作用，合 理的毫秒延時(shí)起爆和控制爆破單響藥量等綜合減振措施是成功的，滿足了掘進(jìn)速度和振動(dòng)安全兩方面的要求。

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