周边环境复杂隧洞控制爆破的几种方式刘波

周边环境复杂隧洞控制爆破的几种方式刘波

刘波

中南粤水电建设有限公司四川成都610000

摘要：本文以大水井隧洞爆破施工为例，主要就在实际施工中如何有效的降低爆破震动效应，提出了几种较实用的方法。

关键词：爆破振动速度；控制爆破；减震方法

前言

随着工程建设的推进，在近十年来的工程爆破越来越多需要在建（构）筑物较多、人口稠密的复杂环境中进行。爆破技术的主要任务不仅是完成施工任务，而有时更重要还在于保护周边的建（构）筑物的安全。也就是说，对爆破的破坏范围、振动速度、冲击波、飞石、声响、粉尘及烟气等要视爆破现场的各种具体条件要求分别或综合严格加以控制。能否达到以上要求，控制爆破在装药结构、装药量、爆破方式等的选择上面显特别重要。因此，控制爆破技术的研究具有很高现实和经济意义。

1、工程概况

大水井隧洞位于四川省攀枝花市西区巴关河火车站货运广场东侧、金沙江左岸，穿越攀煤矸石电厂，至河门口水厂，隧洞内部敷设DN1820双线钢管输水，隧洞全长520m。隧洞最大埋深为75m，设计底板高程从下游至上游由1036m升至1038m，纵坡0.385%，隧洞采用城门洞型断面，断面净尺寸6.6×4.6m，爆破等级划分为B级。

隧洞断面结构属中型，洞身围岩以粉砂质泥岩、质粉砂岩为主、少量砂岩等沉积岩类，多属较软岩类。隧洞围岩以Ⅲ～Ⅳ类为主，洞身段围岩总体基本稳定，但粉砂质泥岩的单轴饱和抗压强度7～10MPa，松动圈岩体压力估算约为15.1MPa，存在局部会产生塑性变形或小～中等坍落。岩层走向与洞室走向夹角约15度。

2、爆破周边环境

隧洞工程主体处于山体内，地表及洞口主要爆破保护对象有巴关河火车隧道、攀煤集团矸石电厂冷却塔和攀煤集团矸石电厂中控室。隧洞距巴关河火车隧道水平距离60米，垂直高差28米，则直线距离66.2米；隧洞距攀煤集团矸石电厂冷却塔水平距离62米，垂直高差36米，则直线距离66.1米；隧洞距攀煤集团矸石电厂中控室最近处水平距离25.4米，垂直高差32米，直线距离38.5米；隧洞距离电厂高压线路铁塔46.6米；隧洞距离河门口水厂最近处大约25m。

攀煤矸石电厂南侧危岩体，分布在高程1005～1070m坡段，岩性为泥灰岩，危岩体所处临江岸坡长170m，顺向坡，岩层倾角35°～52°，坡角50°～60°，坡体中、上部已出现裂缝等变形现象。江边堆积较多崩塌块石，危岩体向江边倾倒，破坏模式主要为崩塌。危岩体体积2.7万m³，以崩塌破坏为主。危岩体整体稳定，但局部稳定性较差，易不断产生小规模崩塌。

3、控制爆破要求

根据对该爆破工程周边建（构）筑物的调查，主要涉及的爆破保护对象构建筑物有巴关河火车隧道（属于交通隧道类构建筑物，直线距离66.2米）、攀煤集团矸石电厂冷却塔（属于工业类构建筑物，直线距离66.1米）、攀煤集团矸石电厂中控室及南侧危岩体（属于电厂类构建筑物，直线距离38.5米）和河门口水厂（属于工业类构建筑物，直线距离约25米），上述四项建筑物的爆破安全允许振速V分别取12cm/s、3.5cm/s、0.6cm/s（按电厂中心控制室设备安全要求）和3.5cm/s。

4、控制振动速度的几种方法

根据目前国内通用爆破振动速度公式，萨道夫斯基公式V=K（Q1/3/R）α，可以得出影响振动速度的主要因素为周边环境、炸药、爆破距离，爆破距离和周边环境已定。根据经验公式和相关工程经验，该隧洞爆破施工在装药结构、爆破方式、最大单响药量、减震孔等方面做出了相应的控制措施，使得隧洞爆破施工能够满足周边建（构）筑物的爆破安全允许振速。

4.1、装药结构

在爆破作业中采用不耦合间隔装药比耦合连续装药有明显的降低爆破振动速度的作用。随着不耦合系数的增大，爆破对装药孔周壁上的最大应力急剧下降，作用时间延长，使得爆炸能以应力波形式传播能量的部分减少，从而减小爆破振动速度。

本工程施工中，炮孔直径选用42mm，炸药选用1#岩乳炸药（￠32mm），不耦合系数为1.31。经过爆破试验，在总药量相同的条件下，装药方式选用不耦合间隔装药比耦合连续装药的爆破振动速度可降低40%左右。在工程实践中采用这种减震方法，会导致爆破孔增多、装药量减少，大大增加了工程的成本，因此该装药形式在控制爆破中应用较多，在一般的开挖工程中采用不多。

4.2爆破方式

经过国内外相关人员进行的长期探讨和研究，发现在总药量相同的条件下，恰当地选用微差爆破可比齐发爆破的爆破振动速度降低30%~60%，降低程度视间隔时间、爆破条件、爆破段数等的不同而有差异。由于微差爆破显著的减少了单响的药量，即将原来同时齐爆药量在时间上得以分散，因此，爆破地震能量也在时间上和空间上加以分散，使地震强度大大降低，如果微差时间选择适当，两组地震波还可能产生干扰，也会削弱地震波的强度。

本隧洞工程将爆破孔分为七段进行微差控制爆破，导爆管采用50ms延期雷管，能够有效的降低爆破振动速度。

4.3最大单响药量

依据爆破振动安全允许标准表（《爆破安全规程》（GB6722-2014）），可以得出该隧洞旁的攀煤集团矸石电厂中控室的爆破安全允许振速为0.6cm/s，然后采用国内通用的萨道夫斯基公式V=K（Q1/3/R）α计算出最大单响药量为2.2kg。

由萨道夫斯基公式V=K（Q1/3/R）α可以看出，振动速度与最大药量成正比，因此控制最大药量就可以有效的控制振动强度，通过对爆破最大段药量的控制可以有效的降低爆破振动的质点速度峰值。从能量转化平衡的角度看，在保证爆破效果的前提下，就是通过控制爆破能量源的大小降低爆破振动强度。通过控制最大单响药量来降低爆破振动强度是目前工程实践中普遍采用的方式。

4.4减震孔

在相邻的分段爆破孔之间设置一排或双排不装药的空孔，可以有效地降低爆破地震波的强度。爆破地震波传播过程是爆破地震波与传播介质的相互作用的过程，传播介质的物理力学性质对爆破地震波的传播产生很大的影响。在传播介质中打减震孔就相当于改变传播介质的物理性质，使爆破地震波发生折射、反射，从而削弱继续向前传播爆破地震波能量，降低地震波的强度。

本工程在攀煤集团矸石电厂中控室影响区域内，就采用了在相邻爆破孔之间钻一排不装药的空孔的方式减小爆破振动强度。爆破试验表明，减震孔越多，减震效果越好，减震率约为15%。在工程实践中采用这种减震方法，会导致钻孔增多，大大增加了工程的成本，因此该减震方式一般应用于对控制爆破效果要求较高的区域。

5、爆破施工效果

隧洞施工过程中，在爆破振动速度要求最高的攀煤集团矸石电厂中控室选取一个爆破振动测点，采用TC-4850爆破测振仪进行爆破监测，爆破振动速度均在0.6cm/s以内，满足爆破安全允许振速的要求，达到预期效果。

6、结束语

本文以大水井隧洞爆破为例，对几种减小爆破振动速度的方法进行了分析与讨论，为今后类似工程的爆破设计和施工提供了参考。

爆破振动的研究是一个复杂的问题，对于环境复杂，有重点保护设施的爆破工程，爆破振动的控制研究具有特别重大的现实意义。爆破振动速度是爆破振动安全判断不可缺少的标准，本文主要是以控制爆破振动速度来实现对控制爆破研究的目的。

参考文献：

[1]中国工程爆破协会.工程爆破理论与技术[M].冶金工业出版社，2004.

[2]翁春林，叶加冕.工程爆破-第2版[M].冶金工业出版社，2008.

[3]杨典光；减震孔对爆破地震的隔振效果研究[D]；长沙理工大学；2015年作者简介：刘波，身份证号：511522199207255770