隧道爆破参数优化及振动效应研究

张剑兴，李继业，蒲朝钦，余红兵

(1.中交一公局第四工程有限公司，广西 南宁 530000；2.贵州新联爆破工程集团有限公司，贵州 贵阳 550002)

0 引 言

隧道爆破开挖施工产生的爆破冲击波对爆破作业区域周围的建(构)筑物和围岩产生冲击荷载，有可能造成隧道塌方、保护物损坏等爆破次生灾害。王双龙等[1-3]提出了“短进尺、多循环、若爆破、强支护、勤监测”的施工方案和遵循“多打孔、少装药”的控制爆破原则，成功实施了下穿隧道的爆破次生灾害控制；张倚逾、郑卓渊等[4-6]通过选择合理的爆破施工方案和爆破安全措施取得了良好了爆破效果，降低了爆破振动危害。目前对于隧道爆破参数的研究主要依靠现场试验，开展爆破振动效应研究，进而提出合理的隧道爆破参数和振动控制技术措施。

1 工程概况

龙那1#隧道进口位于广西天等县福新乡隆昌屯北西侧约1250 m处，出口位于广西天等县福新乡龙郡屯东南侧约950 m处，隧道设计分为左线和右线，分离式越岭隧道，隧道岩层以石灰岩为主，围岩级别有Ⅲ、Ⅳ级，Ⅲ级围岩2640 m，Ⅳ级围岩385 m。隧道区岩溶发育一般，属岩溶弱发育区，部分地段存在岩溶问题。喀斯特地貌发育，水系发育，采用爆破掘进施工。施工现场周围有民房、高压电线等需要保护的建构筑物，施工条件复杂，属于施工中高度风险等级隧道，因此对爆破作业有较高的要求。在施工中，施工方采用台阶法施工，并严格执行“先探测、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测“的原则。

2 隧道爆破方案

(1) 爆破台阶的选择。选择上下台阶爆破开挖方案，按顺序先完成上台阶爆破后再实施下台阶的爆破作业。炮孔直径42 mm，掘进深度1.5 m，炮孔最大药量4.8 kg，爆破参数如表1所示。

表1 斜井隧道台阶爆破参数

(2) 装药结构。上下台阶的掏槽孔及辅助孔采用连续装药，周边孔、底板孔采用不耦合装药。不耦合装药时，以10 cm间隔长度将炸药卷绑扎在竹片上送入炮孔底部。下台阶底板孔通常采用加大药量的形式最后起爆，以达到减少根底和翻渣破碎的目的。

(3) 起爆网路。采用毫秒延期导爆管雷管进行爆破网路的连接，用激发针起爆。起爆顺序为掏槽孔、辅助孔、周边孔、底板孔。隧道断面炮孔布置如图1所示。

3 爆破振动监测

3.1 爆破振动测试仪器及其布置方法

根据爆破周围环境，共布置3个测点：爆破隧道后方现有隧道内50 m处、爆破位置正上方、爆破爆破位置前上方。采用成都中科测控TC-4850爆破振动测试仪进行现场爆破振动监测。现场仪器的布置如图2所示。现场振动监测点的布置如图3所示。

图1隧道爆破炮孔布置

图2 爆破振动检测仪器布置

图3 隧道周边民房振速测点布置

3 振动测试结果与分析

为研究隧道爆破的振动效应，在爆破现场进行了多次爆破振动监测，获得了大量的爆破振动监测数据。其中部分隧道爆破振动数据见表2。

表2 部分隧道爆破振动实测数据

经过现场爆破振动监测，根据所得的爆破振动数据，发现规律如下：

(1) 下台阶开挖时的爆破振动速度峰值小于上台阶爆破的振动峰速，上台阶爆破的振动峰值主要出现在25 ms左右，即掏槽孔爆破时产生的爆破振动最大，主要原因是掏槽孔起爆时最大单响药量最大，且围岩未受到爆破振动损伤，夹制作用较大，爆破地震波传播过程中能量损失较小；

(2) 爆破振动在一定范围内存在高程放大作用，但放大比例较低，没有达到保护建构筑物的安全允许振动阈值，不会对隧道上方的民房造成振动破坏。

4 隧道爆破振动控制技术

基于现场爆破振动监测以及相关隧道爆破的工程经验[7-8]，提出以下减振控制技术措施。

(1) 选择合理的掏槽结构形式。斜井隧道爆破振动监测结果表明，掏槽孔爆破时产生的爆破振动最大。增加掏槽孔的起爆网路间隔时间，降低最大单响药量，同时前一级掏槽爆破为后一级掏槽爆破提供自由面，能够有效降低爆破振动强度，改善隧道的爆破效果。

(2) 选择合理的微差爆破间隔时间。对于隧道爆破工程，在允许最大单响药量范围内，适当增加辅助孔同时起爆炮孔数目，减少毫秒延期雷管段别的使用，根据现有研究成果选择合理的延期时间，避免爆破地震波叠加效应。

(3) 隧道爆破振动实时监测与爆破参数优化。全面监控爆破开挖过程中的隧道围岩的位移和隧道周围建构筑物的爆破振动峰值，及时修复加固支护结构，加强爆破控制防护措施，及时调整爆破参数，保证隧道施工过程中的安全作业。

5 结 论

采用上下台阶分段爆破的隧道爆破掘进方法，可有效控制爆破次生灾害。通过爆破振动监测，确保了爆破施工安全和可靠性。隧道爆破开挖过程中，应实时进行隧道爆破振动监测，全面监控隧道爆破开挖及其振动效应，不断优化和调整隧道爆破参数。