一种针对水利工程的隧道爆破减震方法

2017-01-28杨俊重庆市长寿区水务投资建设管理服务中心

科学中国人 2017年17期

杨俊重庆市长寿区水务投资建设管理服务中心

一种针对水利工程的隧道爆破减震方法

杨俊
重庆市长寿区水务投资建设管理服务中心

爆破是工程建设中的常规技术手段，在拆除旧建筑物、开挖地洞、开挖高边坡和坝基等方面有着广泛的应用。在水利工程中，爆破具有使用简单、效率高超及成本低廉等优势，但同时水利爆破对与爆破中产生的震动有着特殊要求。本文通过分析研究，针对水利工程的特点提出一种逐孔延迟爆破方法，该方法既能保证爆破强度和效果，又要降低爆破震动，可以取得较好的爆破效果。

水利工程；逐孔爆破；减震

一、背景

在水利工程中，爆破技术是一种非常有效的施工手段。通过爆破的方法可以快速达到工程方所需目的，同时具有成本低廉、使用简单、效率高超等优点。但同时，爆破中炸药所产生的能量为短时间内大量释放，导致部分能量转化为震动能量，通过周围的土壤岩石等介质不断传播形成了爆破中的地震效应。爆破地震效应会降低爆破的有效性，同时在水利工程中也会造成意外的破坏，导致工程进度事倍功半。

针对有效控制爆破震动这一问题，国内外进行了长期大量的研究，但是到目前为止，在保持爆破高能效和降低爆破地震效应之间，依然没有优秀的工程方法。针对这个问题，国内王干[1]等人从能量源、能量传播和传播介质三个方面进行分析，并提出了控制爆破震动的解决思路；刘文胜等人[2]针对露天采场深部开采的问题，提出一种逐孔爆破技术，降低爆破震动，同时提高爆破效益，而且具有良好的经济效益；罗开军等人[3]针对兰尖铁矿的特点，出于保护平硐溜井的目的，采用孔间延时爆破、孔间分层延时爆破和孔内孔间延时爆破的三种减震爆破方法，有效的降低了爆破震动，能够保护平硐溜井的安全稳定产出。黎志键针对水下钻孔爆破减震，采用微差爆破技术，有效降低爆破震动的破坏力，同时保障取水泵房的安全。

本文通过分析现有的减震爆破技术，针对水利工程的特点，提出了一种逐孔延迟爆破方法，该方法结合现有的逐孔爆破技术和延迟爆破技术，通过技术结合的手段降低爆破震动，同时在理论上可以保证爆破强度可以达到工程预期。

二、水利爆破减震方法

本文从爆破震动产生的原理出发，针对水利工程的特点，提出如下减震技术措施。

2.1 采用定向逐孔爆破技术

逐孔爆破的方法可以有效提升爆炸破碎效果。后起爆的炸药会比先起爆的炸药晚10毫秒左右。这样针对爆破对象，具有较强的应力波叠加效应，增加爆炸破碎。这是爆破的初衷，也是水利爆破最主要的目的。同时，由于逐孔爆破可以有效降低同一个时间段起爆炸药的当量，爆炸时间和爆炸空间分散，因此震动强度大大降低。

2.2 采用分段延时爆破技术

在水利工程的隧道爆破中，震动波在传播时期具有固定的相位，两个或多个相位在同一个方向的相位形成逆向叠加时，会大大降低震动波的震动幅度。基于这个原理，分段延时爆破可以有效降低震动幅度，相同的条件下，采用延时起爆方法比同时起爆的震动幅度降低30%左右。

2.3 采用具有较低爆炸速度的炸药

根据钟运秋等人的实验结果，采用具有低爆炸速度的炸药可以有效降低爆炸产生的震速，相同的背景条件下，采用此类炸药可以降低爆炸震动70%左右。而且低爆炸速度的炸药起爆后，不仅爆炸震动效应小，而且经济上节约成本，安全性更高。同时可以有效保护水利工程中的重要目标，同时可以最大限度的降低对工程其他因素的影响。

2.4 控制爆破最大单响药量

根据撒道夫斯基经验公式，单药量的多少对爆炸的震动速度有绝对的影响力。在水利工程隧道爆破前，需要采用该经验公式和地质报告，计算一个保守的单响药量，然后进行爆破测试对爆破的单药使用量进行回归分析，并修正，达到最小化爆炸震动的目的。

2.5 采取手段降低爆破震动叠加效应

采用分段爆破时，不同时段的爆破产生的震动波由于介质的物理传播原理，可以相互叠加，如果两个震动波叠加效果太大，那么震动强度大，也有可能对工程造成不可挽回的损失。因此，需要通过合理的设置分段爆炸的时间差，是每段的爆炸相对独立，降低爆炸震动波的叠加效应。

2.6 采取手段增大临空面

临空面是指介质滑动时自由空间的边界面，在水利工程上主要指坝基下游河床面。为了增加爆破的效果，一般需要人为的增加临空面，提升爆破效率。根据能量守恒定律，当爆破效率提高时，爆破震动能量就会相对降低。

增加临空面的主要方法有，采用多边形的掏槽、螺旋形掏槽，或者采用分层掏槽。当槽腔达到一定程度后，尽最大可能使用较宽的孔距和较小的抵抗线方式，用以增大临空面，提升爆破效率，降低爆破震动。

2.7 采用预裂降低震动效应

有实践结果证明[4]，在工程中，理想的预裂缝可以有效降低爆炸震动效果，通常可以减少50%以上。预裂爆破就是在炸药和被保护目标之间打孔，在主要爆破对象爆破之前，先对该孔洞进行先爆,形成一个垂直于地面的裂隙面，起到反射震动波的作用，从而有效降低震动破的破坏力。即可以通过打一圈减震孔洞的方法减少爆炸震动，同时需要根据水利工程隧道的实际情况，调整爆破的具体方法，通过使用预裂技术降低爆炸震动。先对预裂孔洞（炮眼）进行预裂，然后掏出更大槽眼来增大临空面，辅助降低震动效应。采用毫秒雷管和秒雷管结合的方式两次起爆，降低震动波的叠加效应。

2.8 共振的破坏因素

水利工程隧道根据其动力性质不同，具有不同的场地卓越周期或卓越频率。卓越频率和硬夹层、软夹层分别有对应关系。如果水利工程隧道中的重要保护目标的自振周期和场地的卓越周期相同或相近，那么重要保护目标在爆炸中会非常容易被破坏会摧毁，这是由于共振原因导致。因此需要适时调整爆破参数，防止因为共振导致重要保护目标被破坏。