交通运输论文隧道爆破方向论文范文
本文选自国家级期刊《黑龙江交通科技》， 《黑龙江交通科技》主管单位：黑龙江省交通厅主办单位：黑龙江省交通科学研究所;黑龙江省交通科技情报总站;黑龙江省公路学会。国内刊号 为：CN23-1207/U，国际刊号为：ISSN1008-3383。周期：月刊。《黑龙江交通科技》期刊地位，《黑龙江交通科技》自1978年创刊以 来，先进的设计理论和生产施工工艺；技术改造、企业管理的新经验、新技术、新材料、新产品、新设备、技术政策；交通工程论述，国内外交通科技动态论述等。 为我省公路桥梁建设和交通运输生产服务，为加速实现我省交通运输的现代化作出贡献。
摘要：西梁隧道浅埋段采用多级复式楔形掏槽，减小爆破夹 制作用力，显著降低了爆破振动峰值；同时利用高精度孔外毫秒延时雷管实现振动错峰，避免振动峰值叠加。在爆破过程中配合振动监测，不断调整和优化爆破方 案。最终以平均单炮进尺2m、隧道上方地表以较小振动的爆破效果，通过了浅埋处的振动敏感区。
关键词：隧道爆破,振动,掏槽,进尺
1工程概况
新建张家口至唐山铁路西梁隧道地处滦平县境内，起讫里程DK255+360～DK257+715，隧道全长2355m。为双线隧道，线间距为由4.0渐变到5.0m。本隧道最大埋深132m，暗挖法施工。
在铁路施工中常会遇到浅埋隧道的钻爆施工，当浅埋隧道周边围岩情况很差时，爆破振动对围岩的影响特别是拱顶上方的围岩是非常敏感的问题。通常的办法是减 小爆破掘进的进尺，即所谓“放小炮”，以降低爆破振动，缓慢通过振动地质敏感区，即使如此爆破振动对周边围岩的影响依旧是一个很大的隐患。为了寻求在正常 掘进速度下增加安全系数，降低对较差围岩地段隧道上方围岩爆破扰动的工法。在西梁隧道进行的一系列试验，取得了良好的效果。
2试验研究的技术路线
西梁隧道浅埋段开挖的特点，上导坑爆破掘进对拱顶上方围岩振动影响较严重。因此在施工过程中我们进行了以上的试验研究：
1）在正常施工过程中通过对爆破施工现场周边地震波的监测和分析，找出上导坑爆破振动强度的分布特点和衰减规律。
2）根据上导坑爆破振动特点，调整、优化爆破方案，同时进行地表爆破振动监测逐步降低隧道浅埋段的爆破振动效应，并最大限度地改善爆破效果，增加爆破施工后周边围岩的稳定性。
3）通过试验和监测确认获得良好的爆破方案。在西梁隧道进口V级围岩段实施隧道爆破掘进时，对地表爆破振动进行跟踪监测，一旦发现振动偏大需及时调整优化爆破方案，以确保拱顶上方围岩的安全及隧道掘进效果。
3降振试验过程与对策
3.1隧道浅埋段爆破施工常用方案
根据目前国内常规施工机械装备条件。隧道浅埋段爆破施工通常采用手风钻钻眼，掌子面设钻孔装药平台，炮眼直径为42mm，炮眼深度2-2.5m，采用楔形掏槽和周边间隔不耦合装药光面爆破技术，开元寺隧道上导坑在初始浅埋段采用的掏槽爆破方案如图11(a)所示。
(a)掏槽爆破方案
图1初始浅埋段的掏槽爆破方案和爆破振动波
在这一爆破方案中之所以将楔形掏槽区设置在上导坑的下部，主要原因是考虑尽量减小掏槽爆破对上部地面振动的影响。另外，因“V”形掏槽爆破技术较为成 熟，对钻孔定向精度要求不如直眼掏槽的精度高，岩渣抛掷较远，在施工单位得到普遍应用，但楔形掏槽应尽量使成对的斜眼同时起爆才能达到较好的掏槽效果，而 且楔形掏槽爆破夹制作用大，所以引起的爆破振动较空孔直眼掏槽更强烈。
上导坑初始浅埋段爆破掘进测得的地表振动波如图1。从图1分析， 初始浅埋段爆破方案地表爆破振动强度的分布特点是：掏槽爆破引起的爆破振动最强，其峰值大大超过了《爆破安全规程》规定的允许范围，其它部位的爆破（扩 槽、周边、底板等）都没超过安全允许范围。由此看来这种大楔形掏槽虽然爆破效果和技术经济指标都较好，但因爆破夹制作用太大，在浅埋段引起强烈的地表振 动，必须调整优化楔形掏槽方案才能保证浅埋敏感区段的振动安全。
3.2掏槽方案的调整对爆破振动的影响
要想解决掏槽 爆破引起的振动过强问题，首先是减小掏槽爆破单段爆**量。最基本的方法有两种：一是减小爆破进尺，彻底减降掏槽眼的装药量；二是采用空孔直眼掏槽，通过 增加空孔体积量和逐孔起爆原理，降低掏槽破的单段爆破药量。第一种方法在本工程中应用将使工期进度爱到严重影响，除非万不得已，不能轻易采用。第二种方法 受钻眼设备条件和钻工技术水平限制，达不到设计要求的钻孔精度，不能实现设计意图，无法在本工程中应用。
根据振动监测结果分析，实际上 掏槽爆破的单响药量与扩槽爆破或周边眼爆破的单响药量相差不多，但掏槽爆破引起的地表振动相对较强，主要原因是掏槽爆破临空面条件差，爆破夹制作用大 [1]。为此我们提出了多级复式楔形掏槽的爆破方案，使大楔形掏槽改为多级小楔形掏槽，一方面使各级楔形掏槽为后一级掏槽创造了更好的临空面，爆破夹制作 用减弱，爆破振动效应得到有效控制和减轻，同时因掏槽爆破效果改善，爆破进尺率还有所提高。调整爆破方案测得的地表振动波形见图2，从图2可见，掏槽爆破 时段的振动强度比以前有显著降低，但掏槽爆破引起的振动仍然偏大，掏槽方案需要进一步优化。
(a)调整后掏槽爆爆破方案
(b)爆破振动波
图2调整后的掏槽爆破方案和爆破振动波
3.3掏槽方案的优化及振动效应
为了将浅埋隧道敏感区段的爆破振动安全控制在非敏感范围，对调整后的掏槽方案进行了两步优化。第一步：在多级楔形掏槽中心增加两个浅直眼炮孔，作为第一 段爆破掏槽（见图3）。这两个炮孔的爆破由于药量小，不会引起较大振动，尽管其掏槽体积不大，但它使下一级斜眼掏槽爆破的临空面条件改善，爆破夹制作用 小，爆破产生的振动也随之降低。第二步：利用高精度孔外延时雷管使同排掏槽斜眼实现毫秒延时错峰，又能保证成对斜眼同时起爆，确保错峰减振和高效掏槽双效 益。根据以往研究资料[2]，为了获得更好的楔形掏槽效果，应使成排对称的斜炮孔同时起爆，实际上炮孔爆破后大约需要20ms左右的时间才会破裂运动，若 能保证成为对“V”形斜眼同时起爆，又将同排的斜眼延时起爆时间控制在10ms左右（见图3），其结果是掏槽效果没有受损，而同时爆破的炮孔仅是成对的两 个斜眼，虽然10ms的延时时间不能使两段爆破振动波安全分离，但爆破振动峰值已明显错开，使得振动波峰值不突出，振动波峰值得到显著抑制。最终测得的爆 破振动波如图4。从图4可知，掏槽爆破时段的振动强度不再是最强烈的，说明掏槽爆破振动已显著减小，爆破振动强度已控制在安全允许范围内。至此终于找到了 在相同进尺情况下有效减弱爆破振动的良好爆破方案。在上导坑爆破掘进中，我们进行了跟踪监测与统计，其结果列于表1。表1统计数据表明，浅埋隧道段弱振动 爆破掘进试验研究取得了令人满意的效果，爆破振动控制在安全允许范围内，平均爆破进尺在1.5m。
注：2段~10段雷管逐段延时100ms；11段~19段雷管逐段延时200ms的高精度雷管；
“□”孔外接力+9ms延时雷管；“△”孔外接力+17ms延时雷管；“◇”孔外接力+25ms延时雷管。
图3优化后的炮孔盎图及雷管延时排列图（单位：cm）
4减弱爆破振动技术要点
以往对弱振动爆破多数人首先想到减少装药量，减少单段爆**量。通过这次试验研究，我们认为降低爆破振动应该从多方面考虑，采取综合措施才能奏效。主要的技术措施如下述。
1）爆破振动跟踪监测
在爆破振动敏感区进行爆破作业，若没有必要的振动监测手段则很难保证振动安全。通过振动监测，找出爆破振动的规律特点，然后观测一定的调试方案对振动效果的改善情况，根据监测结果才能最终确定综合改进的技术措施。
2）减小爆破夹制作用
本工程的试验研究中突出了掏槽爆破的振动效应，最后通过改进掏槽方案，减少爆破夹制作用，实现了弱振动爆破。说明在某些情况下通过改善临空面条件、减轻爆破夹制作用，可以大幅度降低爆破振动。
3）充分利用高段位雷管点火延时分散性
普通毫秒雷管都是通过内置延期药来实现分段延期的，雷管段位越高，延期药柱越长，延期反应时间误差越大，如8段以上段位的雷管同段位延时误差大字 25ms以上，从扩槽眼和周边光爆眼的爆破振动波形和峰值特点分析，8段位以上段位的雷管多孔同段爆破时振动波分散明显。段位越高、炮孔越多，其振动波分 散越明显，按爆破振动衰减理论，此时爆破振动峰值所对应的单响药量越小。所以安排高段位雷管多孔同段爆破，可适当减小爆破振动峰值的预测值。
4）减小爆破单响药量
理论和实践证明，减小爆破单响药量与降低爆破振动是成比例的，任何敏感地段的爆破都要控制爆破单响药量。但是若设计的爆破单响药量过小，将会影响一次爆破规模，延长工期或加大控制爆破的成本。
5）其它减振技术措施
其它减振技术措施主要指辅助隔振措施，如周边开槽、预裂隔振法、孔底空气间隔装药的缓冲爆破法，保护物附近开挖减振沟等不同的隔振措施。
(a)优化后的掏槽方案
(a)爆破振动波
图4优化后的掏槽爆破方案及爆破振动波
5结语
本工程中遇到了浅埋隧道穿越振动敏感区段的爆破掘进，在工期压力紧张的条件下，若不采取一系列综合措施，只是简单地减小爆破规模，将使工程成本大增。本 论文在项目部白土山隧道出口作试验段，在西梁隧道进口进行了实际应用，经实践表明跟踪监测和综合调试的研究方法是有效的，采以减小掏槽爆破的夹制作用，合 理的毫秒延时起爆和控制爆破单响药量等综合减振措施是成功的，满足了掘进速度和振动安全两方面的要求。
参考文献：
[1]邓飞.矿山工程爆破[M].北京:化学工业出版社,2009.
[2]林德余.矿山爆破工程[M].河北:冶金工业出版社,1993.
[3]顾毅成,史雅语,金骥良.工程爆破安全[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2009.
[4]田中彪.矿山爆破技术安全措施的预防[J].中小企业管理与科技.2009,5.
[5]郭兴明.爆破安全技术[M].北京 :化学工业出版社 ,2009.
[6]白土山隧道施工组织设计，西梁隧道施工组织设计，铁道部第三勘查设计院施工图纸。
