預裂爆破技術在爆破震動效應控制中的應用研究

摘 要：本文在比較光面爆破和預裂爆破震動質點速度監測數據的基礎上，詳細分析了預裂爆破減震的機理。

關鍵詞：預裂爆破；爆破震動效應；控制；

0 引言

爆破震動作為爆破有害效應之一，一直受到很多學者關注。特別是近年來城市地鐵大規模修建，其在施工中對地標建（構）筑物的影響甚至成為影響施工進度的一大障礙，這就必然要求對爆破振動的危害加以控制。雖然研究者認識到爆破震動的影響因素有爆源因素和傳播途徑因素，但目前各國學者對爆破減震控制的研究主重點都放在爆源因素上，主要的成果有干擾降震法、控制最大段藥量、改變爆破參數等方法。預裂爆破技術自出現以來，雖然在露天采礦中得到廣泛應用，且在保護爆后形成的邊坡具有很好的效果，但在地下工程中的應用相對較少，本文擬就預裂爆破技術在地下工程開挖過程中如何用來控制爆破振動這一問題進行研究，以期能為地下工程施工中控制爆破震動危害的研究有所幫助。

1 工程概況

重慶地鐵1號線石橋鋪車站至高廟村車站區間隧道K11+397.065～K11+600段為單洞單線隧道，采用暗挖法施工，隧道頂板埋深9～14m，頂板巖層厚度4.5～13m，隧道圍巖巖體完整，構造影響輕微，節理裂隙不發育，表層土體中有少量上層滯水，場地內未發現不良地質現象，場地穩定。K11+397.065～K11+561段為Ⅲ級圍巖，長163.935m；K11+561～K11+600段為Ⅳ級圍巖， 長39m。隧道線間距為15～13.5m，開挖跨度為5.78～6.0m，開挖斷面面積30.194～32.411m2。隧道地表的石（橋鋪）小（龍坎）路為重慶市區連接九龍坡和沙坪壩的主干線，交通繁忙，石小路兩側高樓林立，以多層建筑物為主，間夾高層建筑，地表管網眾多復雜，施工過程中對地表沉降和爆破振動的控制要求十分嚴格（爆破時要求樓房地面質點的振動速度不超過2.0cm/s）。

2 爆破震動監測

為保證監測數據的可靠性，測點布置遵循如下原則：第一，測點布置在爆破震動幅度最大位置和方向上；第二，測點要跟蹤監測爆破震動效應和衰減趨勢。依據上述原則并在方便操作的基礎上，監測傳感器分別布置在隧道頂部（1處）和腰線（左右各1處）及墻與反拱相交處（左右各1處）等位置。布置示意圖如圖1所示。每個測點分別在徑向、切向和垂直方向上各布置一個1只傳感器，監測位置距起爆位置距離10m。

圖1 隧道斷面測點布置示意圖

隧道在施工過程中得到的監測數據一共有100組，主要是監測爆破作業時質點震動速度。隧道在Ⅳ級及以上圍巖中采用全斷面一次成型方案，由于最初設計采用的光面爆破開挖，在反復修改光爆參數的情況下，監測數據多數超過了規定要求，且經常遭到市民投訴而多次被要求整改，后在相關專家組的指導下修改預裂爆破方案，為保證預裂效果，在周邊預裂孔中間隔留空孔（周邊眼中的底部孔不留空眼，且安排在掌子面上所有炮孔起爆后再起爆，亦即此部分炮孔最后起爆）。修改新的爆破作業方案后，監測得到的數據表明分次起爆作業方案是十分有效的，針對性很好，采用了新的爆破技術方案后，施工單位被投訴的次數明顯降低，施工的連續性得到了保證，為項目的按期完工提供了可靠的技術保障。不同爆破方案監測得到的質點震動速度見表1所示。

表1 不同爆破方案下質點的震動速度

[爆破

方案＼質點震動速度峰值（cm.s-1）＼徑向＼切向＼質點速度＼≥2cm.s-1

比例（%）＼質點速度＼≥2cm.s-1

比例（%）＼光面

爆破＼0.62～7.68＼21.3＼0.48～6.74＼17.8＼預裂

爆破＼0.56～4.98＼8.5＼0.42～3.32＼7.2＼]

監測數據表現出如下特點：第一，質點的震動速度的最大值都出現在徑向方向上，切線方向上的數值有一定程度上的減弱；第二，質點震速較大的點一般出現在隧道頂部、腰部位置的測點上；第三，預裂爆破方案對應的質點最大震速較光面爆破技術方案有了顯著的降低。

3 監測數據分析

監測數據顯示出，在控制爆破震動效應上，預裂爆破技術方案較光面爆破技術方案具有明顯的改善，且在預裂爆破分次起爆作業中體現得尤為突出，出現這種現象的原因如下。

光面爆破作業時，前面炮孔中炸藥爆炸后產生的爆破地震波在向外擴散的過程中，后續炮孔陸續起爆，且一次據周邊孔的距離越來越近，爆破地震波在此過程會得到一定比例的補充，使其衰減的速度變緩，最終傳遞到圍巖中的能量相對較多，從而測得的質點震動速度較高，震動效應較強。預裂爆破則相反，其最先起爆的是最外圈的周邊孔，周邊孔起爆后，則形成了一個具有一定寬度的裂隙圈，這個圈層（主要是空氣）能夠有效地阻止其后爆炮孔中炸藥爆炸產生的地震波向圍巖中傳播，而且其后續起爆炮孔起爆后這個圈層的厚度越來越大，其阻礙作用也就越來越強。這就使得圍巖中監測點獲得的能量明顯減少，震速降低。

由于預裂爆破中周邊孔最先起爆，其爆破受到周圍巖體的夾制作用較大，為改善其爆破效果，在其中預留的一定數量的空孔，這就使的周邊眼的裝藥量較不留空眼的光面爆破技術方案出現了減少，爆炸藥量的減少也必然帶來爆破震動效應減小、質點震速降低的結果。

為改善預裂爆破效果所留的空眼，周邊眼的最小抵抗線降低，這既起到了較好的控制了巖體破裂方向作用，又使炸藥爆炸后的能量有了快速泄出的通道，炸藥爆后能量首先破壞裝藥孔和空眼徑向連線方向上的巖體，剩余的能量大部分從這個裂隙圈層中耗散到空氣中了，這也必然使得傳入圍巖中的能量減少，爆破震動效應減弱、質點速度降低。

鑒于以上分析的原因，預裂爆破能夠在控制爆破震動方面比光面爆破產生更好的效果也就不足為奇了，施工監測數據也恰好印證了這一結果。

4 結語

綜合上述，可有如下結論：預裂爆破是一種非常有效的降低爆破地震的措施，在地下工程施工時可推廣使用。 [今]

參考文獻：

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作者單位：林發榮，重慶工程職業技術學院；張玉偉，重慶川九建設工程有限公司。

（編輯：寧偉碩）