隧道爆破震動控制綜述

【摘要】隧道在交通行業有著舉足輕重的地位，隧道在爆破開挖過程中會產生振動，由于振動而產生地表建筑物和隧道自身圍巖的失穩，會造成很大的損失。本文通過對隧道爆破的歷史到現在的發展進行了描述，介紹了影響隧道影響爆破振動的原因和國內外建筑物爆破振動的標準，提出了控制爆破振動的兩個方法：控制單段用藥量、光面爆破。分析了目前形式，提出了今后的研究方向，可為相關研究人員提供參考。

【關鍵詞】隧道爆破；爆破振動

1、引言

在一千多年中國就發明了黑火藥，爆破工程最早起源于此。在800多年前黑火藥被引入到歐洲，在500多年前黑火藥被用來進行礦山的開采。隨著兩百多年的發展， 爆破工程爆破行業中取得了巨大的發展。隨著隧道爆破大量地進入人口密度集中的城市地區，隧道掘進爆破引起的震動危害問題越來越受到人們的重視。由于考慮到成本的問題，爆破開挖是當前最為經濟合理的施工方法。由于目前地下作業的工程離地面越來越近，這樣使得爆破作業影響到地面建筑物的穩定性和安全性。從而帶來各種民事糾紛，對施工有著很大的影響 [1]。

2、隧道爆破振動的幾大因素

2.1 爆源和傳播路徑兩大關系

2.1.1 爆源

人們常采用建筑物的地基的質地振動速度來判斷地震波對建筑物的影響。表示爆破振動的參數有質點振動速度、加速度、位移。振動的頻率和持續的時間。但是在工程施工控制過程中，只是用質點的振動速度、加速度和位移來確定爆破振動的強度。通過大量實測結果表明：爆破振動的強度與質點離爆破源的距離、一次性起爆量、爆破的巖土性質有著密切的關系。雖然實驗條件不同，但是大致符合以下形式的經驗公式：

A--反應爆破質點強度的物理量：

Q--炸藥量

R--測點至爆源中心的距離

K、M、N--反應不同爆破方式、地質、場地條件等因素系數

公式認為爆破震動速度隨距離變大而減小，隨著炸藥量的增加而變大，柱狀裝藥產生的地震波為柱狀地震波，集中裝藥而產生的底子薄為球面波。人們假設在評價爆破振動對建筑物的危害時，要考慮速度和加速度作為破壞的依據，還要考慮爆破振動持續的時間對建筑物的累計破壞作用、振動的頻率和建筑物自身所的頻率的關系。從而可以提出可以采用兩個參數作為爆破振動的安全依據，那就是質點峰值振動速度和振動頻率。

2.1.2傳播路徑

根據《爆破安全規程》規定中的描述，控制爆破的裝藥量可以體現為控制質點的最大速度來表現。但是由于當前對爆破的主要研究還是采用經驗法和現場實驗法，這樣不能非常精確的控制復雜地質條件下爆破對建筑物的影響。因為規范中的爆破安全數值是采用露天地表爆破，地震波的傳播方向是沿著地面縱向和橫向。由于爆破源處于比較深的巖層中，爆破所產生的地震波會產生應力波，這種波傳遞到地表的時候會產生反射現象，并且形成壓縮和拉伸的波。

3、國內和國際上建筑物爆破振動標準

3.1國內的振動爆破標準

由于《爆破安全規范》中考慮因為振動頻率的影響因素，中國工程爆破協會召開“爆破振動安全距離合理判據”專題研究探討會，總結下面幾個論點：

1）爆破所產生的安全問題總結為內因和外因，外因是地震波產生的震動和地震荷載的形態，內因是建筑物自身結構的抗震能力 [4]。

2）表達爆破振動的參數比較多，過去人們都把振動速度作為判斷比較可靠、穩定性的根據，現在大部分觀點為質點振動和頻率是爆破振動大小判斷的標準，物體振動基本的物理量為頻率和振速，頻率是被震動物體對震動的反應，振速表示質點的震動幅度。所以，可以判斷爆破振動的大小采用振速和頻率兩個綜合參數，其中，振速為主要判斷標準，頻率則為修正參數的依據 [2]。

3.2國外的振動爆破標準

國外關于爆破振動安全判斷，目前仍然采用地表振動速度作為衡量振動強度的唯一指標，今年來一些實驗和數據表明，在相同的震動條件下，震動所持續的時間和不同頻率對建筑物的影響是不同的，這表明爆破震動的頻率對建筑物的穩定性是重要的。所以，人們提出要用速度和加速度作為破壞判斷的依據，還應該考慮爆破振動持續的時間對建筑物的累計破壞作用、振動頻率與建筑物固有頻率之間的關系。因此目前提出質點峰值振動速度和振動頻率兩個基本參數作為爆破振動安全標準。西方一些國家在編制爆破標準會考慮爆破振動的頻率和振速的共同作用。

4、減少爆破振動的影響

4.1控制單段起爆的藥量

從大量的實際工程和理論實驗證明，爆破時使用的炸藥量、爆破距離和圍巖地質情況是影響爆破振動的主要因素。我們可以分析薩道夫斯基經驗公式來分析影響爆破振動的因素：

式中，v為爆破震動的速度；Q 為爆炸藥量；R為爆源與監測點之間的距離；K、α 分別表示為與地質條件有關的系數和衰減指數。

從上面的公式可以得出，振速與距離成反比，與藥量多少成正比。而由于爆破的距離是無法人為改變的，地質條件也是無法更改[3]，可以控制的是爆破時裝炸藥的量。所以現在工程中最實用的是采用延期爆破，這樣就可以把藥量爆破所產生的能量分段數釋放出去，而不至于一次性釋放產生較大的振動，所以爆破振動就由單段起爆藥量控制了。

4.2預裂爆破

預裂爆破在控制爆破工程中運用比較多，首先在要爆破的圍巖輪廓上打炮眼，裝上適量的炸藥，在爆破過程中，率先起爆輪廓線炮孔的炸藥，這樣輪廓面上會形成一條貫通的裂縫，這條裂縫可以起到阻止地震波直接作用到周邊圍巖上，這條裂縫就是預裂縫。預裂縫可以阻斷和反射振動波，使減少爆破對圍巖的穩定性，從而降低爆破所產生的影響。工程中的預裂爆破過程中要考慮的因素有很多，比如地質條件、預裂縫中炮孔的間距、爆破裝藥量等 [5]。當前在爆破工程中控制爆破的參數有理論法、經驗公式和經驗對比法。其中經驗對比法使用的比較多。

結語：

隨著地下工程越來越多的被修建，爆破所產生的影響也越來越被人們重視，爆破震動的控制也日益是研究的重點。本文從爆破的起源討論了現今爆破的使用范圍，討論了爆破震源和傳播的，總結了國內外的爆破振動的標準，總結了可以控制單段起爆藥量和預裂爆破來最大限度的減小爆破震動對周邊圍巖的影響，為類似的工程有著借鑒的作用。

參考文獻：

[1]汪旭光，于亞倫.關于爆破震動安全判據的幾個問題[J].工程爆破，2001，7（2）：88-91.

[2]盧文波，賴世驤，朱傳云，等.三峽工程巖石基礎開挖爆破震動控制安全標準[J].爆炸與沖擊，2001，21（1）：67-71.

[3]婁建武，龍源，方向，等.基于反應譜值分析的爆破震動破壞評估研究[J].爆炸與沖擊，2003，23（1）：41-46.

[4]許紅濤，盧文波.幾種爆破震動安全判據[J].爆破，2002，19（1）：8-10.

[5]畢衛國，石崇.爆破振動速度衰減公式的優化選擇[J].巖土力學，2004，25（s1）：99-102.