孔内外组合延期网路在地铁爆破中的振动控制研究★

肖景鑫 王海亮 于 福 李维洲

(1.山东科技大学安全与环境工程学院，山东 青岛 266000； 2.中国交通建设股份有限公司，山东 青岛 266000)

0 引言

随着城市地铁建设的不断发展，为保证周边建筑的安全，降低爆破振动对建筑物的影响，对控制钻爆法施工的爆破振速的要求也越来越高。而当隧道爆破作业雷管段别配备不足时，受雷管段数限制会造成单段起爆药量过大，不利于爆破振动的控制。孔外延迟网路是目前隧道爆破中常用的一种延期减振手段。尹文纲[1]、杨庆[2]应用孔外延期技术对爆破网路进行优化设计，减少了因雷管段别限制而增加的爆破次数。杨昆鹏[3]通过微差导爆管雷管的孔内微差与孔外微差爆破网路，联线方式采用分组串联法,将各个炮孔的引爆时间全部错开。郭学彬[4]通过单孔台阶爆破试验，分析了微差爆破地震波的段间叠加特性。刘向科[5]设计了三种不同的基坑孔外延迟起爆网路，通过比较爆破后产生的合振动速度的大小，选出了合理的起爆网路。目前国内学者们对于延期网路的研究多集中在孔外延期，通过串联或并联不同分断面的网路来实现孔外延期技术。而雷管段别配备过少时，只采用孔外延期不利于微差间隔的控制，而会造成振动叠加现象。本文利用孔内两个不同段位的普通导爆管雷管进行接力式延期起爆，并结合大段别雷管孔外延期，在只有7个雷管段别的条件下，实现了孔内孔外组合延期网路起爆，达到了严格控制爆破振动的目的。

1 工程概况

青岛地铁13号线嘉陵江路—香江路站区间，左线里程ZSK5+580处设置2号竖井兼做联络通道，全线采用矿山法施工。左线ZSK5+580～ZSK5+800区段，位于井冈山路下，埋深20 m，以中风化花岗岩为主，Ⅳ级围岩，采用台阶法施工，侧穿鑫奥特汽车服务有限公司、井岗新村等，沿线两侧建筑物较复杂。其中鑫奥特汽车服务有限公司为区段的地表振动监测点，距离区间左线开挖掌子面结构外皮约25 m，距隧道拱20.92 m。按照周边业主要求，为了确保地表建筑物的安全，爆破开挖引起的地表质点震动速度应控制在0.5 cm/s以内。

2 原爆破方案

2.1 原爆破设计

在左线ZSK5+580～ZSK5+800区段上台阶爆破装药连线施工时，普通导爆管雷管只配备1，3，5，7，9，11，13七个奇数段别，上台阶原爆破方案的炮眼布置如图1所示，采用斜眼掏槽，孔外采用“大把抓”的簇联法进行起爆，循环进尺0.75 m。

2.2 爆破振速分析

监测采用TC-4850爆破振动智能监测仪，测得左大上台阶连续4个循环进尺的爆破振动速度超过了爆破安全允许振速1.5 cm/s。分析图2可知，出现最大峰值处的时间均为0 s，为1段雷管起爆。4个掏槽孔只有一个雷管段别，单段起爆药量为2.4 kg，起爆爆炸能量大。受雷管段数的限制，若增加掏槽孔的段别数，则会减少辅助孔可用段别数，造成辅助孔单段装药量增加。若只通过减少掏槽孔的单孔装药量来求得降低爆破振速，则可能会造成爆破效果不佳，影响工程工期进度。所以实际施工中，严格控制好炮孔单段装药量是爆破振动控制的关键。

3 孔内孔外组合延期爆破网路设计

3.1 连线及装药

网路连接:在炮孔数量、布置及单孔装药量不变的条件下，对现有的爆破网路进行优化设计，优化后起爆网路见图3。将上台阶起划分成Ⅰ，Ⅱ两个分断面。将断面Ⅱ各段导爆管分成两组用两发1段雷管簇联，其周边孔内采用5段与13段导爆管雷管接力式起爆，进行孔内延期。将断面Ⅰ各炮孔分成两组并用两发13段导爆管簇联起来，进行孔外延期。最后将断面Ⅰ，Ⅱ孔外的两发1段雷管与2发13段并联起来，共同起爆。

装药：掏槽眼、辅助眼、周边眼均采用连续不耦合装药。Ⅱ部周边眼装药结构如图4所示，采用孔底装药，反向起爆，靠近孔口的延期雷管的聚能穴朝向炮孔外，以避免提前殉爆炸药或造成哑炮。具体装药参数见表1。

表1 孔内外延期网路方案爆破参数

从表1可以看出，在单孔装药量不变的情况下，孔内外延期起爆网路相较于原起爆网路，掏槽孔、辅助孔与周边孔的单段最大药量分别下降了50%，33.3%，48.4%，网路起爆效果如图5所示。

3.2 网路起爆顺序分析

优化后网路其相邻段名义延期间隔的最短时间为150 ms。网路起爆后，起爆能通过孔外的13段雷管间隔650 ms传递到Ⅰ部，从雷管延期时间上来看，在Ⅱ部周边孔还未引爆时，Ⅰ部孔外的13段雷管已经引爆。所以距离孔外13段导爆管最近的周边眼炸药起爆不会导致13号导爆管雷管的殉爆。

4 孔内外延期爆破网路的振动分析

采用改进的起爆网路设计后，对掌子面里程DK5+625.1～DK5+631.1连续进行7个循环次数的爆破监测。由图6可知，采用改良后的孔内孔外组合延期起爆网路，已基本将地表质点振动速度控0.5 cm/s以下，平均振速峰值0.43 cm/s。但也存在个别炮次超振的现象，经分析可知，出现个别炮次超振的原因是钻眼质量不佳。由于工人疏忽大意，钻取的个别炮孔超过设计孔0.75 m以上，使得小药量在孔深较大的炮眼中起爆自由面不充分，受岩石夹制作用影响。如图7所示，振动峰值分布较均匀，没有出现明显的振动峰值突变，波形图峰值的时程分布与起爆顺序基本相吻合。

5 结论与建议

1)采用“周边孔5段与13段串联组合延期，组间孔外13段延期的起爆网路”。与原网路相比，在需要的雷管段别数、单孔装药量不变的情况下，掏槽孔、辅助孔与周边孔的单段最大药量分别下降了50%，33.3%，48.4%。且未增加爆破次数，既解决了因导爆管雷管段数不足而造成的单段装药量过大的问题，也保证了施工效率。

2)通过地表振速监测，进一步验证了采用孔内外延期的爆破网路设计方案，能使距爆源45 m处的监测点的地表振动速度控制在0.5 cm/s以内。与原爆破网路方案相比，地表质点振动峰值降低了66%，解决了因雷管段别限制而造成的超振情况，达到了控制爆破振动的目的，且未发现有振动叠加的现象。

3)采用本起爆网路设计方案，嘉香区间隧道顺利地通过了高等减振段。现场实践证明，采用孔内与孔外结合延期网路起爆，爆后岩壁规整，碎块较小，爆堆集中，未出现盲炮、哑炮现象。且网路连线施工较为简易，对于类似城市隧道爆破减振具有一定的参考价值。