密集建筑物下隧道開挖微振控制爆破方法與振動分析*

龔 敏,吳昊駿,孟祥棟,李永強

(1.北京科技大學土木與環境工程學院,北京 100083; 2.重慶城建集團有限責任公司,重慶 400013; 3.重慶巨能建設集團,重慶 404100)

密集建筑物下隧道開挖微振控制爆破方法與振動分析*

龔 敏1,吳昊駿1,孟祥棟2,李永強3

(1.北京科技大學土木與環境工程學院,北京 100083; 2.重慶城建集團有限責任公司,重慶 400013; 3.重慶巨能建設集團,重慶 404100)

為適應城市密集建筑物下隧道爆破對振動的高安全要求,研究用普通爆破器材進行振速精確控制的爆破技術和參數確定方法。以渝中隧道為研究背景,在開發準確延時非電雷管的基礎上,利用傅立葉函數和 MATLAB軟件擬合了不同藥量單孔爆破振動波形,分析了1~50 ms不同間隔下振動疊加的量化數據;討論了各微差間隔時間的降振效果;在指定振速的情況下,確定單孔藥量和微差起爆時間;實測并分析了現場使用雷管各段微差間隔特點,據此進行針對性的爆破設計和采用逐孔掏槽爆破進行振速控制。現場應用表明:隧道爆破振速始終小于1.00 cm/s,在此振速下避免振動疊加 的最優單 孔 藥量為1.2 kg,爆 破振速峰 值 位 于主掏槽的第1段或第2段雷管起爆后,且與理論分析結果吻合較好;逐孔起爆60 ms后振速下降50%以上。研究表明:在高安全指標下,以非電雷管實施精確控制爆破是可以實現的。

爆炸力學;降振;逐孔掏槽;隧道開挖;精確控制;振動疊加;爆破

城市隧道開挖的特點是周圍有密集的建(構)筑物群,隨著安全與環保意識的增強,對爆破振動控制的要求更嚴格,有些要求已遠高于現有安全規程。眾所周知:振速越低,爆破控制越難。在嚴苛條件下,甚至一些隧道只能以非常規進尺(數10 cm)和 多次爆 破開挖[1-3],效 率很低 。 除 電 子 雷 管 一 定 程 度 上 可以滿足要求外[4-5],在 高安全 指標下 如何以 常規器 材精確 控制振 動是城 市隧道 開挖中 普遍存 在并 急 待 解決的課題。

高安全要求下隧道爆破精確控制的難點:首先在于,低振速必定要求分段藥量較小,但普通雷管段數不夠,迫使掏 槽多為 同時起 爆[6-8],逐孔爆 破在振 動 控 制 較 嚴 的 城 市 隧 道 爆 破 中 很 難 實 現;其 次,低 振速與進尺間的矛盾難以調和;另外,低振速下,爆破參數如掏槽孔數、單孔藥量、微差間隔時間等尚無較好的確定方法。

起爆時差與振動的關系是近來研究的熱點:陳士海等[9]分析了子信號在不 同 微 差時間下振動 疊 加和合理降振時差,用一個振動波模擬不同藥量的變化,發現2單段信號的振動特性越接近,降振效果越好;趙明生 等[10-11]探 討了基 于礦山 臺階爆破單段 波形 的 振 動 合 成。但 以 上 文 獻 均 沒 得 到 可 在 現 場 應 用的較系統而明確的隧道爆破參數。還有學者認為按單孔振動半周期或大于半周期[12-13]設 計起爆 時差可有效降振,這些仍有待進一步探討。至于安全振速與相鄰段微差起爆最大、最小間隔的關系,在實際隧道爆破中的量化研究還未見報道。

本文中,在使用常規爆破器材的條件下,試圖為密集建筑群下爆破振動的精確控制探索一些可行的辦法。以重慶渝中隧道為背景,研究其爆破技術和確定關鍵參數,并分析逐孔起爆的振動特點。

1 研究背景

為使研究具有普遍性,選擇地面建筑物密集且振速控制嚴格的重慶渝中連接隧道作為研究背景。目前在建的渝中連接隧道位于重慶最繁華的商業中心渝中區解放碑,地面高樓密集,間隔很小,地下有人防洞室,隧道頂板與正在運營的地鐵1號線底板相切,環境復雜。右洞設計上下臺階開挖,斷面尺寸為11.52 m×9.57 m。隧道爆破時,全程要求地面振速在1.00 cm/s以下(局部0.50 cm/s),采用常規方法爆破,振動控制較困難。

2 根據雷管延時特點的掏槽設計和起爆段位確定

現在工程爆破中,普遍采用非電雷管的名義段別進行設計,而不是根據雷管的實際間隔特點,這往往是爆破精準控制無法實現的重要原因。在不使用電子雷管的條件下,要利用一般爆破器材實現嚴苛振速控制,必須利用現有技術避免雷管串段,解決雷管分段不足及精度問題。為此,與廠家合作開發2.2 s內25段不串段雷管(編號28段),這為根據雷管微差間隔特點分段和掏槽逐孔精確爆破奠定了基礎。

為獲取各段雷管N的實際微差起爆時間,在每段雷管中選10個樣本進行起爆時間實測,圖1是各段雷管最大、最小延時時間曲線。第1~18段雷管起爆時間在500 ms以內,段內最大、最小起爆時間相差較小;第21段雷管后同段起爆時間誤差較大,這是由延期藥的 特 性 決 定 的[14]。 但 所 有 雷 管 均 無 串段,相鄰段雷管最小起爆時間間隔(后一段雷管所有測試樣本的最小值減去前段樣本內的最大值)是第9~10、13~14段雷管的6 ms。

上述雷管段數增加且不串段是實現掏槽逐段爆破的關鍵,這也是過去用非電管較難完成的。由于前10段雷管中最小段差是第9~10段的6 ms,為避開主掏槽起爆在第9段內,初步設計八孔斜眼逐段掏槽。鑒于輔助掏槽時新自由面已形成,采用短間隔逐孔起爆并以第11段作為輔助掏槽的開始段。圖2為實測雷管相鄰各段ΔN最小間隔及根據其特點進行的掏槽孔設計,經計算得知,2次爆破即可完成上臺階掘進。

圖1 雷管各段微差起爆時間Fig.1 Time detonated for every period of the detonators

圖2 雷管相鄰段最小間隔時間與渝中隧道掏槽分段設計Fig.2 Minimum interval time of adjacent periods of detonators and design of detonating time for cut blasting

3 掏槽藥量的確定方法和不同微差間隔降振研究

藥量的確定方法:現場標定不同藥量單孔爆破振動波形,將曲線分不同微差時間逐一疊加,分析振動效果,獲取安全振速下最大單孔藥量和疊加消振時間段,再將爆前實測的雷管各段延時范圍與之關聯,最后確定藥量。

3.1 單孔爆破振動的標定與掏槽藥量范圍

在隧道現場按1.4、1.2、1.0、0.8、0.6 kg等 5 種 藥 量分次單孔單自由面爆破,每一藥量進行5次實驗,典型振動曲線見圖3。測試結果表明:每種藥量振動峰值變化不超過13%,主頻變化不超過20%。圖3取自最接近各組測試數據均值的波形。表1是不同藥量m單孔爆破振動峰值的比較。當藥量 從1.4 kg降 到1.2 kg,爆 破 質 點 振 動 峰 值速度vm下 降 24%;當 藥 量 從1.2 kg降 到1.0 kg,則vm下降59%。少于1.2 kg的單孔藥量下振動衰減較快。

由表1可知:1.0 kg藥量下峰值振速為0.23 cm/s,疊加最大振速不可能超過1.00 cm/s;若定單孔藥量1.0 kg時振速不超標,藥量過于保守。1.2和1.4 kg藥量下單孔振動峰值均超過0.50 cm/s,最大疊加值有可能超過1.00 cm/s;如果分清超標的微差時段且能避開,就可增加單孔藥量。因此,在單孔藥量1.2、1.4 kg的基礎上,進一步研究不同振動疊加過程后,確定藥量。

表1 不同藥量下的單孔起爆峰值Table 1 Maximum vibration superposition velocity by single-hole blasting with different charges

圖3 不同藥量下單孔單自由面爆的破振動波形Fig.3 Vibration waves formed by single-hole,single free-face blasting with different charges

3.2 不同起爆間隔振動疊加分析

3.2.1 實測振動曲線的擬合

為方便各種條件下不同間隔時間振動速度的疊加計算,需對實測曲線進行擬合。爆破振動信號是非周期函數,將實測離散數據采用傅立葉函數形式擬合爆破振動波,特別復雜的波形用多段函數擬合。用 MATLAB軟件擬合的函數形式為:

式 中 :a0、ai和bi隨 藥 量 不 同 而 不 同 ;x為 時 間 。

對1.2、1.4 kg炸藥爆炸下測點振動數據進行擬合,考慮到擬合效果,前者用單段擬合(取前400個離散點,時長100 ms),后者采用分段擬合(取前320個離散點,時長80 ms,第100個離散點處分為2段)。這2種藥量下的爆炸振動擬合結果為:方差在0.061以下,相關度在0.995以上。

3.2.2 不同微差起爆時振動疊加效果影響研究

一般隧道測點到爆源的距離相對于炮孔孔距大得多,如果掏槽孔裝藥量相同,則可認為是同一爆源在不同時間起爆,且振動參數相同。本文中分析影響最大的豎直方向振動,則其矢量和簡化為代數和:

式 中 :f(t)為 質 點 在 振 動 方 向 的 總 振 速 ;fi(t)為 第i列 波 在 該 質 點 處 引 起 的 振 速 ;t為 時 間 。

模 擬 振 動 時 長tm,如 采 用 分 段 擬 合 ,t1為 分 段 時 間 ,由 此 1.2 kg 炸 藥 爆 炸 下 的 振 動 疊 加 公 式 為 :

式 中 :f(t) 為 全 段 曲 線 公 式 ,f( t-Δt) 為 間 隔 時 間 D t后 的 曲 線 公 式 ,tm=100 ms。1.4 kg炸藥爆炸下的振動疊加公式為:

式 中 :f1(t)為 第 1 段 曲 線 公 式 ,f2(t)為 第 2 段 曲 線 公 式 ,f1(t-D t)以 及 f2(t-D t)為 間 隔 時 間 D t后 的曲 線 公 式 ,公 式 形 式 與 1.2 kg 裝 藥 時 類 似 ,tm=80 ms,t1=25 ms。

依據上述2種藥量單孔爆破振動 疊 加 公 式 (3)~(4),利 用MATLAB軟件計算得到2種藥量以每間隔1 ms為增量、不同時間間隔下波疊加形成的正負最大峰值,如圖4所示。由于微差間隔大于40 ms后最大疊加振速均低于1.00 cm/s控制指標,因此只畫出間隔時間為1~40 ms的振動疊加變化,先爆孔不參加疊加的部分圖中未表示。在v軸用水平線表示單孔峰值。圖中以不同標識數據點代表振速增、減(以單孔峰值為增減標準,大于1.00 cm/s為超標)情況,特別標明第1~2段雷管起爆間隔的區間為 29~40 ms(根 據 圖 1 做出),以方便單孔藥量的確定。

根據圖4,全程疊加振速最大處位于雙孔同時起爆及附近小間隔時間內,1.2 kg藥量的 最 小疊加振速是在二分之一周期T/2處(圖4(a)為12.5 ms),1.4 kg藥量 的 最 小 振 速 則 不 在 T/2 (4.5 ms)微 差 時 間;總 體 上,起爆間隔越大,振速越低,大多不超過1.00 cm/s,但有波動,不一定小于單孔峰值振速。

圖4 1.2和1.4 kg藥 量下在 不同 微差時 間起 爆疊加 振動 峰值Fig.4 Variation of maximum superposition vibration velocities with millsecond blasting interval time for the charge of 1.2 and 1.4 kg

2種藥量下,振動疊加也有較大差異:裝藥 1.2 kg 時,起爆 間隔大于 3 ms后,振速 均不超 過1.00 cm/s的安全指標;但裝藥1.4 kg時,有起爆間隔為31 ms時振速超過1.00 cm/s的情況。

針對半周期間隔起爆消振,分析了1.2、1.4 kg等2種藥 量 半 周 期起爆振動 波 形,為節省篇幅 僅 列出1.4 kg藥量下炮孔起爆間隔4.5 ms(第1個半周期)時的振動波形(圖5),其中虛線部分波形為先起爆未參加疊加的部分,實線部分為疊加后的振速,計算得到的疊加峰值見表2。

圖5中A區5~10 ms疊加波形變化較大是由前后半周期、半周期內振速及變化趨勢不同造成的。A區2波疊加過程局部放大圖清楚地表達了2波疊加時各自的變化趨勢。

從圖4 可看出:1.2、1.4 kg等2種單孔裝藥起爆時差大于半周期以上,其疊加振速超過單孔振動峰值均較普遍。

由 表 1~2 可 知:1.2 和1.4 kg裝 藥 以 T/2 微 差 間 隔 時間起爆后,無論正向還是負向的疊加峰值均小于疊加前的單孔振動峰值,1.4 kg藥 量 下 疊 加 后 峰值衰減并不像1.2 kg藥量時明顯。尤其是對于主周期較短、負向振動衰減較慢的情況,降振效果有限,如1.4 kg藥量的情況下較負向單孔振動峰值僅下降5%。需要指出:盡管以半周期間隔起爆可以減振,但從圖4(b)可知,它不是最小值0.33 cm/s(Δt =7 ms),超過半周期起爆仍可能超 過 安 全 振速,如 Δt=7~ 13 ms,而在現場嚴格按半周期起爆是很難做到的。

表2 不同藥量間隔半周期起爆疊加振動峰值對比Table 2 Maximum vibration at different charge detonated delay T/2

圖5 1.4 kg炸藥起爆間隔二分之一周期時的疊加振動波形Fig.5 Vibration superposition curves at 1.2 kg charge detonated delay half period of blasting vibration

3.3 掏槽孔藥量和循環進尺的確定

將圖4的不同微差段疊加振動峰值與圖1實測雷管各段延時間隔范圍關聯,作圖6。圖6中縱坐標為疊加振速值,橫坐標是起爆間隔時差;實線橢圓區是振速超過1.00 cm/s的相鄰段微差間隔時間,虛線橢圓區是振速超過該藥量單孔起爆振速峰值但小于1.00 cm/s的起爆時差。圖6(a)是1.4 kg裝藥不同時差起爆疊加振速與各相鄰段起爆時段的關系圖,圖中振速超過1.00 cm/s的共有3個時段,即當 起爆時 差在0~3、9~13、31 ms時 疊加后 振速一 定超過 控制振 速。第6~7段雷管爆炸引起的振動疊加速度將在起爆間隔9~13 ms時超標;第1~2、2~3、3~5段雷管爆炸引起的振動速度在微差時間為31 ms時可能超標。由于樣本測試數據存在一定誤差,與其他相鄰段也存在振速超標的可能,所以采用1.4 kg單孔藥量無法控制要求的振速指標。

從圖6(b)可知:1.2 kg裝藥下雷管爆炸引起的振動速度只在微差間隔3 ms內超過1.00 cm/s,其余時間段不超標。其中第1~2、2~3、3~5、5~6(因最小時差已超42 ms,圖中未表示)、6~7段起爆時差都有部分超過單孔峰值,也有部分時差低于單孔峰值,但均不超過1.00 cm/s控制標準。

根據圖2可知,用于掏槽爆破的前9段段間最小起爆間隔是11 ms,因此選用1.2 kg單孔藥量可以 保證振速不超標;結合圖6(b)中雷管實際間隔內疊加振速最大 不 超 過 0.64 cm/s,與1.00 cm/s振速相比,有足夠的安全系數。

考慮到單孔單自由面爆破波形有一定離散性,將5次1.2 kg裝藥單孔爆破分別進行上述振動疊加分析,超標最大微差間隔為5 ms,仍在安全范圍內。為節省篇幅,不再列出其振動疊加圖。

綜上分析,掏槽單孔裝藥最終確定為1.2 kg,這樣將確保控制振速低于1.00 cm/s。

當藥量取1.2 kg時,依據掏槽孔(55~60)%的裝藥系數,孔深可取2.0 m;按掏槽水平角65°設計進尺大于1.8 m,這在高安全指標下是一個較理想的進度。

圖6 雷管各段間隔時間與圖4振速超過單孔峰值時間段的比較Fig.6 Interval times of adjacent periods for detonators compared with ones at which the superposition vibration velocity is greater than the maximum vibration velocity by single-hole blasting in Fig.4

4 現場驗證與逐段爆破振動特點分析

4.1 振動控制應用效果

將以上確定的爆破參數嚴格按要求用于渝中連接隧道爆破施工,首次實現非電雷管逐孔逐段掏槽爆破,達到了全程微振控制目標。在4個月爆破施工中,每循環進尺1.8~2.0 m,爆破振速均小于1.00 cm/s控制指標,大多數振動不超過0.80 cm/s。圖7給出了掏槽所在1區典型爆破振動曲線,根據各段延時范圍在圖中標出了主掏槽區、輔助掏槽區、擴槽區和周邊眼區。

4.2 掏槽區振動分析

現場100余次爆破振動測試數據表明:掏槽爆破是爆破全程振動峰值所在區,也是振動分析的重點。逐段爆破由于爆破間隔時間短,其振動波形圖與以往非電雷管有很大不同,與電子雷管爆破振動曲線相比也有自己的特點,因此,同樣有必要探討其小間隔起爆振動規律。

圖7 1區爆破振動波形Fig.7 Vibration wave curve in the first area blasted

圖8是同一區間上臺階爆破時提取的5次掏槽振動曲線,從圖中可以看各次掏槽爆破振動有一些共同特征:爆破振動的主周期在25~ 37 ms之間,振速在0.80~0.50 cm/s波動;起爆60 ms后振速急劇下降。為表達清楚和進一步詳細分析,將3月16日的掏槽爆破振動曲線單獨作圖(圖9)。

圖9中爆破振動主周期為29 ms,C點為主周期結束點。根據圖1得第2段起爆時間為31~41 ms,因此第1段主周期內完全沒有參加疊加,這從圖9也可看出;由圖分析第2段起爆時刻應非常接近起爆33 ms時,此時第1段起爆尾波與第2段起始振動疊加使波形發生了畸變,另外第2段峰值也與圖5中第1~2段起爆間隔21~35 ms疊加振速減弱趨勢一致。

D點是以第2段為主的振動疊加的波峰,由于第3段起爆時間為62~66 ms,又根據圖8可知其他4次振動峰值相應時刻均在55 ms以內,因此可以判定這是第2段的另一個波峰。

一個非常重要的現象是,全部振動數據均表明:60 ms以后振速發生了顯著下降,如圖9中全場振動峰值為0.69 cm/s,60 ms以后最大振動為G點的0.33 cm/s,較最大值下降50%,說明此時第2臨空面一定形成。因為第3段后續各孔爆破時各相鄰段微差間隔范圍、藥量等與前2段并沒有根本變化。

依據以上分析,掏槽爆破第2臨空面形成當在50~60 ms,它對控制振動有主導作用,在其形成后振動疊加對振速的影響已居于次要地位,如第6~7段間最小微差時間為11 ms(144~155 ms),是掏槽各段間微差間隔最小的時段,從圖9對應時段看振速也很低。因此第2段以后微差時間沒有必要大于50 ms,振速即可大幅降低,這對相鄰段間微差時間的選擇是有意義的。

根據國外 學者建 議[15],隧道微 差爆破 在考慮 降振時 時差宜 大于50 ms以 上。而 從 本 文 3.3 節 研 究結果看:在一定安全振速要求下,微差起爆的疊加振速與不同單孔藥量、不同微差間隔時間有關聯關系。如從圖6可知第1~2、2~3段起爆微差間隔范圍都小于 40 ms,在 1.2 kg單孔藥量振速不超標,但在1.4 kg藥量下超標,同樣證明在一定微差間隔時間范圍內,爆破降振并不單純是以微差間隔時間大于50 ms就可決定的,還需要結合微差爆破疊加振速的具體情況進行分析。

圖8 掏槽爆破振動波形Fig.8 Vibration wave curves for serial cut blasting

圖9 典型掏槽爆破振動分析Fig.9 Representative vibration wave curves for cut blasting

5 結 論

(1)以實測雷管各段準確延時范圍為基礎,針對各段不同間隔時差特性進行掏槽設計和分段設計;突破了按雷管名義段別設計的傳統做法;隧道掏槽實現不跳段逐孔起爆。這些對于城市隧道爆破振速精確控制具有重要意義。

(2)提供了一種隧道控制爆破選擇單孔藥量的新方法。即在現場測試不同藥量單孔單自由面爆破振動數據,利用傅立葉函數擬合得到各藥量下不同微差間隔(以1 ms為增量)爆破形成的疊加振速值,并將其與爆前實測的各雷管相鄰段最大、最小延時時間相關聯,以此確定單孔起爆藥量。采用這一方法確定的藥量比根據薩氏公式計算得到的藥量更準確,可為今后進行相關研究提供參考。

(3)掏槽逐孔逐段爆破中,第1段或2段雷管起爆后均有可能是全程爆破振動峰值所在時段。起爆60 ms后必將形成第2臨空面,因此其形成時間為50~60 ms。第2臨空面形成后,所有時間段對應振速較最大振速值下降50%以上,對爆破振動降振起主導作用,此時即使振動疊加對振速的影響也較小。

(4)一般情況下,起爆時差為半周期時疊加振速大多小于單孔振動峰值,但并不是疊加振速最小值,且超過半周期間隔起爆仍有可能出現振速疊加超標,鑒于現場爆破精確按半周期間隔起爆非常困難,其應用意義是有限的。

(5)現場應用及爆破測試表明:在采用普通爆破器材的條件下全線爆 破 振 動 均在1.00 cm/s以 下,實現了與電子雷管類似的高安全性指標,且成本較后者大幅降低,這對今后城市隧道爆破振動的嚴苛控制和低成本施工具有示范意義。

[1]朱 澤 兵,張 永 興,劉 新 榮,等.特 大 斷 面 車 站 隧 道 爆 破 開 挖 對 地 表 建 筑 物 的 影 響[J].重 慶 大 學 學 報,2010,33(2):110-116. Zhu Ze-bing,Zhang Yong-xing,Liu Xin-rong,et al.Influence of blasting vibration on adjacent buildings of station tunnel[J].Journal of Chongqing University,2010,33(2):110-116.

[2]于 春 紅,程 克 森.微 振 控 制 爆 破 技 術 在 淺 埋 暗 挖 地 鐵 隧 道 中 的 應 用[J].石 家 莊 鐵 道 學 院 學 報 ,2004,17(4):93-95. Yu Chun-hong,Cheng Ke-sen.The application of micro-vibration control blasting technology in shallow subway tunnel construction[J].Journal of Shijiazhuang Railway Institute,2004,17(4):93-95.

[3]許 登 根.穿 越 火 車 站 候 車 廳 的 淺 埋 隧 道 控 制 爆 破[J].爆 破 ,2004,21(4):22-24. Xu Deng-gen.Controlled blasting for shallow-buried tunnel under the waiting room in a railway station[J].Blasting,2004,21(4):22-24.

[4]田 振 農,孟 祥 棟,王 國 欣.城 區 隧 道 電 子 雷 管 起 爆 錯 相 減 振 機 理 分 析[J].振 動 與 沖 擊 ,2012,31(21):108-111. Tian Zhen-nong,Meng Xiang-dong,Wang Guo-xin.Mechanism analysis of fault-phase vibration reduction for tunnel blasting initiated by electronic detonators in city area[J].Journal of Vibration and Shock,2012,31(21):108-111.

[5]李 順 波,楊 軍,陳 浦,等.精 確 延 時 控 制 爆 破 振 動 的 實 驗 研 究[J],爆 炸 與 沖 擊,2013,33(5):513-518. Li Shun-bo,Yang Jun,Chen Pu,et al.Experimental study of blasting vibration with precisely-controlled delay time[J].Explosion and Shock Waves,2013,33(5):513-518..

[6]高 文 學,顏 鵬 程,李 志 星,等.淺 埋 隧 道 爆 破 開 挖 及 其 振 動 效 應 研 究[J].巖 石 力 學 與 工 程 學 報,2011,30(增 刊 2): 4153-4157. Gao Wen-xue,Yan Peng-cheng,Li Zhi-xing,et al.Blasting excavation and vibration effects of shallow tunnel excavation[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2011,30(Suppl2):4153-4157.

[7]鄭 大 榕.南 京 地 鐵 隧 道 爆 破 開 挖 與 振 動 控 制[J].鐵 道 工 程 學 報 ,2004,83(3):73-75. Zheng Da-rong.Excavation by blasting and vibration control of tunnel in Nanjing subway[J].Journal of Railway Engineering Society,2004,83(3):73-75.

[8]林 從 謀,陳 禮 彪,蔣 麗 麗 ,等.高 速 公 路 擴 建 大 斷 面 特 小 凈 距 隧 道 爆 破 穩 定 控 制 技 術 研 究 [J].巖 石 力 學 與 工 程 學 報, 2010,29(7):1371-1378. Lin Cong-mou,Chen Li-biao,Jiang Li-li,et al.Research on blasting stability control technology of large-span highway tunnel with super-small clear spacing at highway expansion project[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2010,29(7):1371-1378.

[9]陳 士 海,燕 永 峰,戚 桂 峰,等.微 差 爆 破 降 震 影 響 因 素 分 析[J].巖 土 力 學 ,2011,32(10):3003-3008. Chen Shi-hai,Yan Yong-feng,Qi Gui-feng,et al.Analysis of influence factors of interference vibration reduction of millisecond blasting[J].Rock and Soil Mechanics,2011,32(10):3003-3008.

[10]趙 明 生,張 建 華,易 長 平.基 于 單 段 波 形 疊 加 的 爆 破 振 動 信 號 時 頻 分 析[J].煤 炭 學 報,2010,35(8):1279-1282. Zhao Ming-sheng,Zhang Jian-hua,Yi Chang-ping.Time-frequency analysis based on single-stage addition of waveforms of blasting vibration signals[J].Journal of China Coal Society,2010,35(8):1279-1282.

[11]趙 明生,梁開 水,余 德運,等.段數對爆破 振動信時頻 特性影響分 析[J].煤炭 學報 ,2012,37(1):55-61. Zhao Ming-sheng,Liang Kai-shui,Yu De-yun,et al.Effect of segments on time frequency characteristics of blasting vibration signals[J].Journal of China Coal Society,2012,37(1):55-61.

[12]張 志毅,楊年 華,盧 文波,等.中國爆破振 動控制技術 的新進展[J].爆 破,2013,30(2):25-32. Zhang Zhi-yi,Yang Nian-hua,Lu Wen-bo,et al.Progress of blasting vibration control technology in China[J]. Blasting,2013,30(2):25-32.

[13]魏 曉林,鄭炳 旭.干 擾減振控制 分析與應用 實例[J].工 程爆 破,2009,15(2):1-6. Wei Xiao-lin,Zheng Bing-xu.Analysis of control blast-induced vibration and practice[J].Engineering Blasting, 2009,15(2):1-6.

[14]陳 劍,解 立峰 .影響 導爆管雷管 延時精度的 因素分析[J].火 工品,2012(6):21-24. Chen Jian,Xie Li-feng.Analysis of the factors influencing on the delay precision of nonel detonator[J].Initiators and Pyrotechnics,2012(6):21-24.

[15]Langefors U,Kihlstr?m B.The modern technique of rock blasting[M].New York,London:John Wiley&Sons Inc,1967:192-193.

A precisely-controlled blasting method and vibration analysis for tunnel excavation under dense buildings

Gong Min1,Wu Hao-jun1,Meng Xiang-dong2,Li Yong-qiang3
(1.School of Civil and Environment Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China; 2.Chongqing Urban Construction Holding(Group)Co.,Ltd,Chongqing 400013,China; 3.Chongqing Juneng Construction Group Co.,Ltd,Chongqing 404100,China)

To meet higher security requirements for blasting vibration from urban tunnel excavation under dense buildings,a new blasting technology was proposed and the corresponding method for obtaining parameters was explored.The proposed blasting technology uses non-electric detonators to precisely control blasting vibration.Chongqing Yuzhong connecting tunnel was taken as the research background.By applying Fourier function and MATLAB software,the vibration velocity curves were fitted for single-hole blasting with different charges and the quantification data of vibration superposition at different millisecond intervals from 1 to 50 ms were analyzed.The vibration-reduction effect was discussed for different millisecond intervals.The parameters about blasting charge and detonating time delayed were determined under given vibration velocities.Interval characteristics of each period between detonators in the field were measured and analyzed.Accordingly,the blasting scheme was designed,which using hole-by-hole cut blasting to control vibration.The blasting vibration velocity measured in the field is below 1.00 cm/s,and the corresponding reasonable single-hole charge is 1.2 kg for avoiding vibration superposition.The vibration velocity peak occurs after the detonation of the first or second-period detonator in the main cut area,which is consistent with the theoretical results.And the vibration velocity decreases by more fifty percent after 60 ms of hole-by-hole blasting. So blasting vibration can be precisely controlled by using non-electric detonators under high safety standard.

mechanics of explosion;vibration reduction;hole-by-hole cut;tunnel excavation;precisely-controlled;vibration superposition;blasting

O383國標學科代碼:13035

:A

10.11883/1001-1455(2015)03-0350-09

(責任編輯 張凌云)

2014-04-25;

2014-12-09

重慶市科技開發計劃重點項目(cstc2014yykf B30002)

龔 敏(1963— ),男,博士,教授,博士 生導師,gongmustb@163.com。