隧道掘进爆破的振动规律研究

郭 尧

(海南省跨海工程筹建办公室)

隧道掘进爆破的振动规律研究

郭 尧

(海南省跨海工程筹建办公室)

为减少隧道掘进爆破所引起的振动对围岩的损伤，结合武广客运专线上天鹅岭隧道的大量爆破振动实测资料，运用萨道夫斯基公式，研究了不同作用炮孔爆破时，爆破振动在隧道内的传播衰减规律，为获得最佳爆破控制方法，确保隧道爆破开挖安全、快速施工奠定基础。研究结果表明：爆破所处的地质条件基本相同时，α值变化不大，随着爆破炮孔夹制作用的逐渐减小，隧道围岩产生的爆破振动越小，具体表现在振动速度衰减公式中K值较小；夹制作用越大，K值越大；掏槽爆破振动最强，因此，降低掏槽爆破的振动是降振的技术重点。研究结论可为类似条件下隧道的爆破振动控制和现场监测提供借鉴。

隧道开挖 爆破振动 衰减规律

天鹅岭隧道是武广客运专线的控制性工程，位于湖南省郴州市境内，穿越剥蚀-溶蚀低山丘陵区，隧道起止里程为DK1848+095～DK1850+460，全长为2 365 m，埋深为50～145 m。全隧道平面均位于直线上，隧道纵坡为人字坡，坡度分别为-15‰、-4‰，变坡点里程为DK1850+300，其中DK1850+135～DK1850+460段设置半径为30 000 m的竖曲线。隧道进口段穿过岩溶、断裂破碎带等，区域内主要有3条断层与隧道相交，地下水较大。

1 试验方案

隧道掘进爆破时,拱顶、拱腰、拱墙都有最大振动速度的文献记录[1]。为了准确把握隧道爆破引起的振动效应，现场试验布置振动测点，同时在隧道拱顶轴线上和一个断面上[2]。在测量振动速度时，通常认为测点垂直法向速度较水平径向、切向速度更有意义。因此，在拱顶布置的法向传感器测量质点垂直向振动速度，拱墙布置的水平向传感器亦测量质点垂直向振动速度，而在拱腰位置测量法向振动速度需布置垂直向和水平向2个传感器。利用膨胀螺丝将传感器嵌固在隧道围岩上，并设置铁皮屏障加以保护，离爆破掌子面11 m开始设置第一个测点，以后每隔5 m设置一个测点，具体见图1～图3。用塑料软管包裹传感器的信号线，并对其进行湿喷，确保信号线无损畅通。爆破振动记录仪放置在距掌子面60m以外的拱脚处，同时罩上自设的铁盒子，见图4～图5。

图1 隧道测点布置

图2 隧道断面测点布置

图3 传感器保护罩示意

图4 振动测试仪器保护盒示意

图5 试验现场测试仪器和保护盒

2 爆破参数

采用YT-29风钻，钻头直径为42 mm；因防地下水的影响，采用2#岩石乳化炸药，爆速为4 500 m/s，殉爆距离为6 cm，猛度为14 mm，炸药密度为1～1.3 g/cm3，药卷直径为32 mm，长18 cm，每卷装药0.15 kg；引爆雷管选用1～15段塑料导爆管非电毫秒雷管。

2.1 掏槽眼

采用V型掏槽，对称布置1段掏槽眼12个，钻眼角度与隧道纵轴线成60°，孔深4 m，每孔装药14支左右，即2.1 kg/孔；3段掏槽眼6个，孔深4 m，每孔装药12支左右，即1.8 kg/孔，炮孔间距为40 cm。

2.2 辅助眼

根据本隧道机械设备能力和工人熟练程度，辅助眼均匀布置即可,其炮孔间距为50～80 cm，排间距为90～100 cm，孔深3.9 m；第5段起爆炮眼每孔装药10支，即1.5 kg/孔；第7段起爆眼装药8支左右,即1.2 kg/孔。

2.3 周边眼

为严格控制隧道超挖量在10 cm以内，周边眼采用光面爆破，由经验确定周边眼间距E为50 cm，最小抵抗线W=1.2E，60 cm，孔深3.7 m，孔外插角控制在3°以内。具体周边眼爆破参数见表1。

表1 天鹅岭隧道周边眼光面爆破参数

2.4 二圈眼和底板眼

二圈眼间距为60 cm，每孔装药8支左右，即1.2 kg/孔，孔深4 m；底板眼严格按开挖轮廓布孔，垂直掌子面钻孔，孔深4 m，每孔装药12支左右，即1.8 kg/孔，孔间距为70 cm。爆破振动试验的参数见表2，炮眼布置见图6。

3 爆破振动速度衰减规律分析

爆破振动速度影响因素较多，不能严格从理论上推导得出，预测方法多种多样。现阶段，我国多采用萨道夫斯基计算公式进行振动速度预测[3-4]，具体形式为

表2 天鹅岭隧道爆破参数

图6 天鹅岭隧道炮眼布置(单位：cm)

(1)

式中,V为质点振动峰值速度，cm/s；Q为炸药单段最大用量，kg；R为爆心距，即测点到爆心的直线距离，m；K、α为与地形、地质条件有关的参数。

对式(1)两边取自然对数，得到

(2)

Y=a+bX.

(3)

采用最小二乘法求得式(3)中的a和b值，进而得出K=187.55，170.99，144.61，58.872，α=-2.093，-1.981 2，-1.957 2, -1.945 7。天鹅岭隧道的掏槽眼、扩槽眼、底板眼和周边眼爆破的振动衰减规律见图7。

4 结 论

(1)不同围岩类别的振动速度衰减规律有明显的差异，但均可以用萨道夫斯基经验公式较好地模拟。通过对爆破振动速度测试值的回归分析，得出了爆破时各不同作用炮孔的振动衰减规律，从而对优化爆破方案有较好地指导意义。

图7 天鹅岭隧道爆破振速衰减规律

(2)通过分析不同作用炮孔的振动衰减规律证明：爆破所处的地质条件基本相同时，α值变化不大，随着爆破炮孔夹制作用的逐渐减小，隧道围岩产生的爆破振动越小，具体表现在振动速度衰减公式中K值较小；夹制作用越大，K值越大。

(3)掏槽爆破振动最强，因此降低掏槽爆破振动对控制爆破最有意义，也是降振的技术重点。为此爆破设计时，首先可以减少掏槽爆破单响药量，或分段错开掏槽爆破振动峰值。

(4)实际工程中的K、α值应通过试验性爆破振动数据加以确定和验证，在有条件的工点，还应伴随施工进程，不断对K、α值进行修正。

[1] 阳生权，周 健，刘宝琛.爆破震动作用下公路隧道动力特性分析[J].岩石力学与工程学报，2005，24(2)：5803-5807.

[2] 张敏江，郭 尧.直剪试验中对土抗剪强度的一种修正方法[J].沈阳建筑大学学报，2005，21(2)：96-98.

[3] 李夕兵，凌同华，张义平.爆破震动信号分析理论与技术[M].北京：科学出版社，2009.

[4] 卓效明.厦门仙岳山公路隧道爆破振动测试报告[J].现代隧道技术，2002，39(2)：59-64.

2015年铁矿石价格跌势将放缓

铁矿石价格以近50%的跌幅为2014年画上一个句号，并超越原油成为2014年表现最差的主要大宗商品。摩根士丹利称，铁矿石最糟糕时期可能已经过去，2015年的跌势将放缓。

摩根士丹利分析师表示，从铁矿石价格的下跌趋势来看，最糟糕的时期可能已经过去。而导致2014年铁矿石价格下跌的主要因素，是以澳大利亚为首的国家大举增加供应。据估计，铁矿石价格明年或将跌破60美元。

本周铁矿石价格小幅上涨，不过这对于年初以来持续的跌势而言几乎可以忽略不计。据相关数据提供商的数据，铁矿石价格已小幅反弹至67.90美元。铁矿石价格2014年年初在每吨134美元以上。

2015年铁矿石供应过剩局面仍然严峻，中国经济增速也存在放缓的风险，这将削弱其对大宗商品的消化能力。尽管铁矿石价格仍然承压，但持续暴跌的现象或难以再现。

2014-08-26)

郭 尧(1983—)，男，助理研究员，硕士，570204 海南省海口市美兰区海府路51号。