預(yù)裂爆破技術(shù)在爆破震動(dòng)效應(yīng)控制中的應(yīng)用研究

摘 要：本文在比較光面爆破和預(yù)裂爆破震動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了預(yù)裂爆破減震的機(jī)理。

關(guān)鍵詞：預(yù)裂爆破；爆破震動(dòng)效應(yīng)；控制；

0 引言

爆破震動(dòng)作為爆破有害效應(yīng)之一，一直受到很多學(xué)者關(guān)注。特別是近年來(lái)城市地鐵大規(guī)模修建，其在施工中對(duì)地標(biāo)建（構(gòu)）筑物的影響甚至成為影響施工進(jìn)度的一大障礙，這就必然要求對(duì)爆破振動(dòng)的危害加以控制。雖然研究者認(rèn)識(shí)到爆破震動(dòng)的影響因素有爆源因素和傳播途徑因素，但目前各國(guó)學(xué)者對(duì)爆破減震控制的研究主重點(diǎn)都放在爆源因素上，主要的成果有干擾降震法、控制最大段藥量、改變爆破參數(shù)等方法。預(yù)裂爆破技術(shù)自出現(xiàn)以來(lái)，雖然在露天采礦中得到廣泛應(yīng)用，且在保護(hù)爆后形成的邊坡具有很好的效果，但在地下工程中的應(yīng)用相對(duì)較少，本文擬就預(yù)裂爆破技術(shù)在地下工程開(kāi)挖過(guò)程中如何用來(lái)控制爆破振動(dòng)這一問(wèn)題進(jìn)行研究，以期能為地下工程施工中控制爆破震動(dòng)危害的研究有所幫助。

1 工程概況

重慶地鐵1號(hào)線石橋鋪車站至高廟村車站區(qū)間隧道K11+397.065～K11+600段為單洞單線隧道，采用暗挖法施工，隧道頂板埋深9～14m，頂板巖層厚度4.5～13m，隧道圍巖巖體完整，構(gòu)造影響輕微，節(jié)理裂隙不發(fā)育，表層土體中有少量上層滯水，場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，場(chǎng)地穩(wěn)定。K11+397.065～K11+561段為Ⅲ級(jí)圍巖，長(zhǎng)163.935m；K11+561～K11+600段為Ⅳ級(jí)圍巖， 長(zhǎng)39m。隧道線間距為15～13.5m，開(kāi)挖跨度為5.78～6.0m，開(kāi)挖斷面面積30.194～32.411m2。隧道地表的石（橋鋪）?。埧玻┞窞橹貞c市區(qū)連接九龍坡和沙坪壩的主干線，交通繁忙，石小路兩側(cè)高樓林立，以多層建筑物為主，間夾高層建筑，地表管網(wǎng)眾多復(fù)雜，施工過(guò)程中對(duì)地表沉降和爆破振動(dòng)的控制要求十分嚴(yán)格（爆破時(shí)要求樓房地面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度不超過(guò)2.0cm/s）。

2 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)

為保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，測(cè)點(diǎn)布置遵循如下原則：第一，測(cè)點(diǎn)布置在爆破震動(dòng)幅度最大位置和方向上；第二，測(cè)點(diǎn)要跟蹤監(jiān)測(cè)爆破震動(dòng)效應(yīng)和衰減趨勢(shì)。依據(jù)上述原則并在方便操作的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)傳感器分別布置在隧道頂部（1處）和腰線（左右各1處）及墻與反拱相交處（左右各1處）等位置。布置示意圖如圖1所示。每個(gè)測(cè)點(diǎn)分別在徑向、切向和垂直方向上各布置一個(gè)1只傳感器，監(jiān)測(cè)位置距起爆位置距離10m。

圖1 隧道斷面測(cè)點(diǎn)布置示意圖

隧道在施工過(guò)程中得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一共有100組，主要是監(jiān)測(cè)爆破作業(yè)時(shí)質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度。隧道在Ⅳ級(jí)及以上圍巖中采用全斷面一次成型方案，由于最初設(shè)計(jì)采用的光面爆破開(kāi)挖，在反復(fù)修改光爆參數(shù)的情況下，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多數(shù)超過(guò)了規(guī)定要求，且經(jīng)常遭到市民投訴而多次被要求整改，后在相關(guān)專家組的指導(dǎo)下修改預(yù)裂爆破方案，為保證預(yù)裂效果，在周邊預(yù)裂孔中間隔留空孔（周邊眼中的底部孔不留空眼，且安排在掌子面上所有炮孔起爆后再起爆，亦即此部分炮孔最后起爆）。修改新的爆破作業(yè)方案后，監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)表明分次起爆作業(yè)方案是十分有效的，針對(duì)性很好，采用了新的爆破技術(shù)方案后，施工單位被投訴的次數(shù)明顯降低，施工的連續(xù)性得到了保證，為項(xiàng)目的按期完工提供了可靠的技術(shù)保障。不同爆破方案監(jiān)測(cè)得到的質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度見(jiàn)表1所示。

表1 不同爆破方案下質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)速度

[爆破

方案＼質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度峰值（cm.s-1）＼徑向＼切向＼質(zhì)點(diǎn)速度＼≥2cm.s-1

比例（%）＼質(zhì)點(diǎn)速度＼≥2cm.s-1

比例（%）＼光面

爆破＼0.62～7.68＼21.3＼0.48～6.74＼17.8＼預(yù)裂

爆破＼0.56～4.98＼8.5＼0.42～3.32＼7.2＼]

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：第一，質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)速度的最大值都出現(xiàn)在徑向方向上，切線方向上的數(shù)值有一定程度上的減弱；第二，質(zhì)點(diǎn)震速較大的點(diǎn)一般出現(xiàn)在隧道頂部、腰部位置的測(cè)點(diǎn)上；第三，預(yù)裂爆破方案對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)最大震速較光面爆破技術(shù)方案有了顯著的降低。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示出，在控制爆破震動(dòng)效應(yīng)上，預(yù)裂爆破技術(shù)方案較光面爆破技術(shù)方案具有明顯的改善，且在預(yù)裂爆破分次起爆作業(yè)中體現(xiàn)得尤為突出，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因如下。

光面爆破作業(yè)時(shí)，前面炮孔中炸藥爆炸后產(chǎn)生的爆破地震波在向外擴(kuò)散的過(guò)程中，后續(xù)炮孔陸續(xù)起爆，且一次據(jù)周邊孔的距離越來(lái)越近，爆破地震波在此過(guò)程會(huì)得到一定比例的補(bǔ)充，使其衰減的速度變緩，最終傳遞到圍巖中的能量相對(duì)較多，從而測(cè)得的質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度較高，震動(dòng)效應(yīng)較強(qiáng)。預(yù)裂爆破則相反，其最先起爆的是最外圈的周邊孔，周邊孔起爆后，則形成了一個(gè)具有一定寬度的裂隙圈，這個(gè)圈層（主要是空氣）能夠有效地阻止其后爆炮孔中炸藥爆炸產(chǎn)生的地震波向圍巖中傳播，而且其后續(xù)起爆炮孔起爆后這個(gè)圈層的厚度越來(lái)越大，其阻礙作用也就越來(lái)越強(qiáng)。這就使得圍巖中監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲得的能量明顯減少，震速降低。

由于預(yù)裂爆破中周邊孔最先起爆，其爆破受到周圍巖體的夾制作用較大，為改善其爆破效果，在其中預(yù)留的一定數(shù)量的空孔，這就使的周邊眼的裝藥量較不留空眼的光面爆破技術(shù)方案出現(xiàn)了減少，爆炸藥量的減少也必然帶來(lái)爆破震動(dòng)效應(yīng)減小、質(zhì)點(diǎn)震速降低的結(jié)果。

為改善預(yù)裂爆破效果所留的空眼，周邊眼的最小抵抗線降低，這既起到了較好的控制了巖體破裂方向作用，又使炸藥爆炸后的能量有了快速泄出的通道，炸藥爆后能量首先破壞裝藥孔和空眼徑向連線方向上的巖體，剩余的能量大部分從這個(gè)裂隙圈層中耗散到空氣中了，這也必然使得傳入圍巖中的能量減少，爆破震動(dòng)效應(yīng)減弱、質(zhì)點(diǎn)速度降低。

鑒于以上分析的原因，預(yù)裂爆破能夠在控制爆破震動(dòng)方面比光面爆破產(chǎn)生更好的效果也就不足為奇了，施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也恰好印證了這一結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上述，可有如下結(jié)論：預(yù)裂爆破是一種非常有效的降低爆破地震的措施，在地下工程施工時(shí)可推廣使用。 [今]

參考文獻(xiàn)：

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作者單位：林發(fā)榮，重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院；張玉偉，重慶川九建設(shè)工程有限公司。

（編輯：寧偉碩）