地應(yīng)力水平對深埋隧洞爆破振動頻譜結(jié)構(gòu)的影響*

楊潤強，嚴(yán) 鵬，王高輝，盧文波，陳 明

（1.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2.武漢大學(xué)水工巖石力學(xué)教育部重點實驗室，湖北 武漢 430072）

隨著越來越多的地下巖體工程向深部發(fā)展，如高山峽谷地區(qū)的水電工程建設(shè)、深部礦藏資源開采和深部基礎(chǔ)物理實驗室等工程均涉及深部巖體的爆破開挖。深部巖體爆破開挖誘發(fā)的地震波對設(shè)備、支護(hù)結(jié)構(gòu)和地面建筑等的影響與振動強度、振動頻率和振動持續(xù)時間等參量密切相關(guān)[1-2]。爆破振動的控制往往成為爆破設(shè)計和施工進(jìn)度的決定因素。目前，大多數(shù)國家已制定了基于頻率-振速雙因素的爆破振動安全判據(jù)，頻率是爆破振動危害評價的關(guān)鍵。因此，研究爆破方式、巖體性質(zhì)、單響藥量、爆心距和地應(yīng)力水平等因素對爆破振動頻譜的影響對爆破振動控制具有重要意義。張奇等[3]通過現(xiàn)場實驗研究了裝藥條件、單響藥量、地形對爆破振動頻譜特性的影響。Trivino 等[4]研究了不同起爆條件下的爆破振動頻譜特性。周俊汝等[5]研究了不同裝藥條件下爆破振動頻率隨爆心距的衰減規(guī)律及空間分布特征。凌同華等[6]采用小波包理論研究了不同爆破參數(shù)下爆破振動主頻及其能量分布特征。上述研究主要是針對露天爆破或地應(yīng)力水平很低的地下洞室爆破的頻譜特性。

然而，深部巖體中初始地應(yīng)力場的存在會對爆破振動產(chǎn)生顯著影響[7-8]。張志呈等[9]研究了主地應(yīng)力方向上爆破振動實測值遠(yuǎn)大于預(yù)測值的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)初始地應(yīng)力場對爆破振動的波導(dǎo)效應(yīng)可以增強其振動能量。深埋隧洞爆破開挖時，伴隨爆破破巖過程的開挖輪廓面上的法向應(yīng)力卸載是一個高速動態(tài)卸載過程，使得圍巖發(fā)生強烈的應(yīng)力調(diào)整，產(chǎn)生與爆破振動類似的瞬態(tài)卸載振動[10]。Carter 等[11]通過理論分析發(fā)現(xiàn)，隧洞的瞬間開挖誘發(fā)圍巖振動的幅值會隨著卸荷速率的提高而增大。盧文波等[12]、Lu 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，隧洞巖體在較低的初始地應(yīng)力水平條件下，鉆爆開挖過程誘發(fā)的圍巖振動主要由爆炸荷載引起；而在較高的初始地應(yīng)力水平條件下，地應(yīng)力的動態(tài)卸載會激起掌子面附近的巖體產(chǎn)生動態(tài)卸載振動，深埋隧洞鉆爆開挖引起的圍巖振動是爆破荷載誘發(fā)振動和巖體初始地應(yīng)力動態(tài)卸載誘發(fā)振動的疊加。張正宇等[14]也研究發(fā)現(xiàn)，爆破開挖過程實測的圍巖振動是爆炸荷載誘發(fā)的振動和開挖輪廓面上初始地應(yīng)力動態(tài)卸載誘發(fā)的振動兩者的疊加。嚴(yán)鵬等[15]研究發(fā)現(xiàn)，初始地應(yīng)力場對爆源中遠(yuǎn)區(qū)圍巖振動的影響較大，在30～50 MPa 地應(yīng)力水平下，初始地應(yīng)力動態(tài)卸載誘發(fā)振動幅值有可能超過爆炸荷載所誘發(fā)的振動幅值成為圍巖振動的主要成分。楊潤強等[16]研究發(fā)現(xiàn)，深部地層地應(yīng)力水平與爆破振動的頻率特征存在相關(guān)性。上述研究主要是針對地應(yīng)力水平對爆破振動幅值的影響，而有關(guān)地應(yīng)力水平對深埋隧洞爆破振動頻率影響的研究較少。

本文中，通過數(shù)值模擬研究了地應(yīng)力水平、地應(yīng)力卸載速率和巖性對掏槽段爆破振動頻率的影響，并結(jié)合深埋隧洞爆破開挖實測振動數(shù)據(jù)的頻譜分析和時能密度特性分析，研究了地應(yīng)力對深埋隧洞爆破振動頻譜組成和能量分布特征的影響。研究結(jié)果對深部巖體爆破安全開挖振動控制和優(yōu)化爆破參數(shù)設(shè)計具有重要意義，同時，可為進(jìn)一步實現(xiàn)2 種荷載誘發(fā)振動的分離奠定基礎(chǔ)。

1 深埋隧洞爆破開挖振動的力學(xué)模型

深埋隧洞爆破開挖過程中，裂紋優(yōu)先在炮孔連線方向上進(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)相鄰炮孔間的裂縫在極短時間內(nèi)完全貫通，巖體碎塊拋離形成新的開挖面后，被爆破區(qū)域巖體才完成地應(yīng)力卸載[17]。結(jié)合開挖邊界上的應(yīng)力連續(xù)條件，只有在裂紋完全貫穿、炮孔壓力pb衰減至低于初始地應(yīng)力時，宏觀上的地應(yīng)力瞬態(tài)卸載才在開挖輪廓面上開始發(fā)生，當(dāng)炮孔壓力降至大氣壓時，地應(yīng)力瞬態(tài)卸載結(jié)束[18]。在高地應(yīng)力條件下進(jìn)行爆破施工時，實測爆破振動信號包含了爆炸荷載所誘發(fā)圍巖振動和初始地應(yīng)力瞬態(tài)卸載所誘發(fā)圍巖振動，其機(jī)理如圖1 所示。

圖 1 深埋隧洞爆破開挖誘發(fā)振動的力學(xué)模型Fig.1 A mechanical model of blasting-excavation-induced vibration in a deep-buried tunnel

圖1 中，pb0為爆炸荷載峰值，tr為爆炸荷載上升時間，td為爆炸荷載持續(xù)時間，ti為地應(yīng)力卸載開始時刻，L1為裝藥長度，D 為爆轟波傳播速度，Ls為炮孔間距，L2為堵塞長度；cf為爆生氣體驅(qū)動裂紋擴(kuò)展速度，cf=0.25cp，cp為巖體縱波速度；σi為初始地應(yīng)力，σ（t）為地應(yīng)力卸載過程，p（t）為爆炸荷載隨時間變化過程。

隨著爆轟波傳播，炮孔內(nèi)爆炸荷載上升，在爆轟波傳播完成后，炮孔內(nèi)的平均爆炸荷載達(dá)到最大值，爆炸荷載上升時間：

爆炸荷載持續(xù)時間[19]：

式中：cu1、cu2分別為稀疏波向孔底傳播的速度和稀疏波傳播至孔底固端時反射波速度。

假定相鄰的炮孔同時起爆，且爆生裂紋以穩(wěn)定的速度在炮孔間傳播，則開挖面上地應(yīng)力瞬態(tài)卸載持續(xù)時間可以采用下式進(jìn)行估算[20]：

對于深埋隧洞全斷面開挖，考慮鉆孔直徑d=42 mm，孔深L=3.5～5.0 m，孔間距Ls=0.8～1.5 m，裝藥長度L1=3.0～4.0 m 的淺孔爆破；采用密度ρ0=950～1 300 kg/m3，爆轟波速D=3 500～4 500 m/s 的2#巖石乳化炸藥，稀疏波傳播速度cu1=1 200～1 600 m/s，cu2=500～750 m/s，巖體縱波速度cp=3 000～6 000 m/s，巖體初始地應(yīng)力20～50 MPa，根據(jù)式（1）～（3）計算得到爆炸荷載上升時間tr=0.1～1.1 ms，爆炸荷載持續(xù)時間td=8～16 ms，地應(yīng)力瞬態(tài)卸載持續(xù)時間tdu=2～8 ms。可見，爆炸荷載上升時間極短，荷載變化梯度大，爆炸荷載誘發(fā)圍巖振動主要對應(yīng)爆破振動的高頻振動成分，而地應(yīng)力瞬態(tài)卸載時間稍長，地應(yīng)力瞬態(tài)釋放誘發(fā)的圍巖振動主要對應(yīng)爆破振動的低頻振動成分。在高地應(yīng)力條件下，地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)產(chǎn)生的低頻振動會滯后于爆炸荷載誘發(fā)產(chǎn)生高頻的振動，滯后時間主要取決于爆破設(shè)計和單次爆破開挖進(jìn)尺。

2 深部巖體爆破開挖荷載

深埋隧洞爆破開挖過程中，由于圍巖的夾制作用，實測爆破振動信號中最大振動幅值一般出現(xiàn)在第一微差段（MS1），即掏槽爆破，該段振動包含了與巖體初始地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)振動相關(guān)的豐富信息，并且掏槽段爆破振動不受雷管延時誤差的影響。因此，本文中主要對掏槽段爆破的圍巖振動響應(yīng)進(jìn)行研究。

2.1 數(shù)值模型

圖 2 有限元計算模型Fig.2 The finite element model used in calculation

采用動力有限元軟件LS-DYNA 進(jìn)行爆炸荷載和地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)圍巖振動響應(yīng)計算，簡化的二維平面有限元計算模型如圖2 所示。有限元模型尺寸為100 m×100 m，四周設(shè)置無反射邊界來模擬無限巖體。掏槽段群孔起爆時的等效彈性邊界為各孔所形成的破碎區(qū)的包絡(luò)線，對于楔形掏槽，掏槽段炮孔橫截面呈矩形布置[21]，將等效彈性邊界簡化為模型中央的矩形4 m×3 m（寬×高）。為簡化分析，將爆炸荷載和初始地應(yīng)力動態(tài)卸載所引起的開挖荷載都施加到等效彈性邊界上[22]。

2.2 爆炸荷載

根據(jù)凝聚炸藥爆轟波的Chapman-Jouguet 理論[23]，炮孔采用耦合裝藥和不耦合裝藥條件下的爆炸荷載峰值p60分別為：

式中：γ 為等熵指數(shù)，a 為裝藥直徑，b 為炮孔直徑。

若炮孔壁上爆炸荷載為 pb(t)，掏槽孔采用群孔起爆時，施加到等效彈性邊界的爆炸荷載：

式中：k 為群孔起爆時的荷載影響因數(shù)，和炮孔的數(shù)量和布置有關(guān)；r0為炮孔半徑，r1為粉碎區(qū)的半徑，r2為破碎區(qū)的半徑，μ 為巖石的泊松比。

柱狀裝藥條件下粉碎區(qū)半徑一般是裝藥半徑的3～5 倍，破碎區(qū)半徑一般是裝藥半徑的10～15 倍[24]。

計算中取掏槽孔藥卷直徑a=35 mm，炮孔直徑b=42 mm，炮孔深度L=3.0 m，柱狀裝藥長度L1=2.5 m。花崗巖彈性模量Egranite=47.2 GPa，泊松比μgranite=0.23，密度ρgranite=2 700 kg/m3。大理巖彈性模量Emarble=40 GPa，密度ρmarble=2 630 kg/m3，泊松比μmarble=0.23。炸藥密度ρ0=1 000 kg/m3，爆轟波速D=3 600 m/s。根據(jù)式（5）計算炮孔壁上爆炸荷載峰值pb0=540 MPa，爆炸荷載上升時間tr=0.7 ms，爆炸荷載持續(xù)時間td=0.8 ms。群孔起爆時取荷載影響系數(shù)k=10。施加到等效彈性邊界的爆炸荷載為56 MPa。計算過程采用三角形荷載，爆炸荷載曲線如圖3 所示。

2.3 開挖荷載

圖 3 爆炸荷載曲線Fig.3 Blasting load curve

開挖荷載在起爆瞬間等于開挖邊界上的初始地應(yīng)力。假設(shè)開挖過程中開挖輪廓面上的地應(yīng)力以直線方式卸載，分別計算不同地應(yīng)力水平（見圖4）和不同卸載速率（見圖5）條件下地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)的圍巖振動響應(yīng)。

圖 4 不同地應(yīng)力水平卸載曲線Fig.4 Unloading curves under different stress levels

圖 5 不同地應(yīng)力卸載速率卸載曲線Fig.5 Unloading curves at different unloading rates

3 計算結(jié)果分析

圖6 給出了不同地應(yīng)力水平條件下10 m 爆心距處圍巖振動波形以及主頻隨爆心距變化規(guī)律；圖7給出了地應(yīng)力為30 MPa 時不同地應(yīng)力卸載速率條件下10 m 爆心距處圍巖振動波形以及主頻隨爆心距變化規(guī)律；圖8 給出了地應(yīng)力為30 MPa，卸荷時間為1 ms，不同彈性模量條件下10 m 爆心距處圍巖振動波形以及主頻隨爆心距變化規(guī)律。

從圖6 可以看出，在地應(yīng)力卸載速率和爆心距相同的情況下，地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)圍巖振動的主頻比爆炸荷載誘發(fā)圍巖振動的主頻低，并且隨著地應(yīng)力水平的提高，地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)圍巖振動的主頻會降低。

圖 6 不同地應(yīng)力水平下圍巖的振動響應(yīng)Fig.6 Vibration responses of surrounding rocks under different in-situ stress levels

圖 7 不同卸載速率下圍巖的振動響應(yīng)Fig.7 Vibration responses of surrounding rocks at different unloading rates

圖 8 不同巖性圍巖的振動響應(yīng)Fig.8 Vibration response of surrounding rocks with different lithologies

從圖7 可以看出，在高地應(yīng)力條件下，爆炸荷載上升時間通常小于1 ms，荷載變化梯度最大，爆炸荷載誘發(fā)振動的主頻最高，并且伴隨著地應(yīng)力卸載速率的提高，地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)圍巖振動的主頻和峰值會提高，表明地應(yīng)力卸載速率的提高會使低頻振動能量比重提高。而卸載速率主要取決于掏槽爆破方式。直孔掏槽由垂直于開挖面的炮孔所組成，掏槽孔數(shù)目和單位用藥量較多；斜孔掏槽的掏槽眼與開挖斷面斜交，掏槽孔數(shù)量少且炸藥耗量低，相同開挖斷面和進(jìn)尺情況下，直孔掏槽導(dǎo)致巖體應(yīng)變能釋放速率最高，斜孔掏槽致巖體應(yīng)變能釋放速率最低，混合掏槽則介于兩者之間。

結(jié)合圖6 和圖7，在相同爆破設(shè)計情況下，地應(yīng)力卸載持續(xù)時間保持不變，地應(yīng)力水平越高，則地應(yīng)力卸載速率也越高，地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)圍巖振動的峰值會增大，能量也會增加。可見，地應(yīng)力水平越高，由地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)的低頻振動能量也越高，但由爆炸荷載沖擊作用誘發(fā)的高頻振動則基本不受地應(yīng)力水平的影響。因此，在深埋隧洞爆破開挖過程中，通過計算實測爆破振動信號中高頻振動能量和低頻振動能量的比例來估算開挖區(qū)地應(yīng)力水平。

從圖8 可以看出，隨著巖體彈性模量的提高，爆炸荷載誘發(fā)圍巖振動和地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)圍巖振動的峰值均會降低，主頻均會升高，并且不同爆心距處，爆炸荷載誘發(fā)圍巖振動的主頻均高于地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)圍巖振動的主頻。這表明巖體的力學(xué)特性也會對爆破振動的主頻產(chǎn)生影響。上述結(jié)果表明，在掏槽爆破方式、巖體性質(zhì)、單段爆破炸藥量和爆心距相同的情況下，爆破振動的主頻及各個振動能量優(yōu)勢頻帶均有隨應(yīng)力水平升高而降低的趨勢，伴隨爆破破巖過程而發(fā)生的地應(yīng)力瞬態(tài)卸載動力效應(yīng)是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因。此外，應(yīng)力卸載速率和巖體力學(xué)特性對爆破振動的主頻具有顯著影響。卸載速率越高，爆破振動的主頻越高，低頻振動能量比重越大。卸載速率取決于掏槽爆破方式，直孔掏槽導(dǎo)致的巖體應(yīng)變能釋放速率最高。巖體彈性模量越大，爆破振動的主頻越高。

4 實測爆破振動

以瀑布溝尾水洞爆破開挖和錦屏地下實驗室中導(dǎo)洞爆破開挖2 個地應(yīng)力水平相差較大的實測爆破振動信號作為研究對象，隧洞斷面均為城門洞型，爆破開挖均采用2#巖石乳化炸藥，鉆爆設(shè)計分別如圖9(a)和圖10(a)所示。采用相同的監(jiān)測系統(tǒng)獲取爆破振動信號，每個監(jiān)測點均監(jiān)測水平徑向、切向和豎直向3 個正交方向的爆破振動，監(jiān)測點布置分別如圖9(b)和圖10(b)所示。選擇爆心距相近（瀑布溝4#和錦屏地下實驗室2#）的2 個測點進(jìn)行研究，限于篇幅，僅給出每個測點水平徑向的實測振動波形，分別如圖9(c)和圖10(c)所示。工程基本資料見表1。

圖 9 瀑布溝尾水洞Fig.9 Pu-Bu-Gou tailrace tunnel

圖 10 錦屏地下實驗室Fig.10 The underground laboratory in Jin-Ping

表 1 工程基本資料Table 1 Engineering basic information

5 實測爆破振動頻譜特性及能量分布

5.1 功率譜分析

在Matlab 中進(jìn)行編程，采用快速傅里葉變換對實測爆破振動信號進(jìn)行功率譜分析，利用該方法可以實現(xiàn)爆破振動頻率構(gòu)成的定量分析[25]，功率譜密度曲線如圖11～12 所示。

從圖11～12 可以看出：在20 MPa 的中等應(yīng)力水平下，隧洞爆破開挖誘發(fā)振動存在2 個優(yōu)勢頻帶，主頻帶為100～200 Hz，表明在地應(yīng)力水平較低的情況下，爆破振動以高頻振動為主；在50 MPa 的極高應(yīng)力水平下，隧洞爆破開挖誘發(fā)振動也存在2 個優(yōu)勢頻帶，且主頻帶為20～100 Hz，表明在地應(yīng)力水平較高的情況下，爆破振動以低頻振動為主。

上述結(jié)果表明，在高地應(yīng)力水平條件下，隧洞爆破開挖誘發(fā)振動存在2 個優(yōu)勢頻帶。在相近斷面面積的隧洞爆破開挖條件下，實測爆破振動信號的主頻及各優(yōu)勢頻帶均有隨地應(yīng)力水平提高而減小的趨勢。

5.2 各頻帶能量分布

不同地應(yīng)力水平下實測爆破振動能量在不同頻帶上的百分比及分布見表2。

圖 11 瀑布溝尾水洞實測爆破振動功率譜Fig.11 Measured blasting vibration power spectrums of Pu-Bu-Gou tailrace tunnel

圖 12 錦屏地下實驗室實測爆破振動功率譜Fig.12 Measured blasting vibration power spectrums of the underground laboratory in Jin-Ping

表 2 實測爆破振動能量在各頻帶的分布比例Table 2 The measured blasting vibration energy distribution ratio in each frequency band

從表2 可以看出：當(dāng)?shù)貞?yīng)力為20 MPa 時，實測爆破振動的能量以高頻振動能量為主，主要集中在100～300 Hz，約占總振動能量的65%，其中MS1 段高頻振動能量主要集中在100～160 Hz，約占該段總能量的48%；當(dāng)?shù)貞?yīng)力為50 MPa 時，實測爆破振動的能量以低頻振動能量為主，主要集中在＞20～100 Hz，約占總振動能量的45%，其中MS1 段低頻振動能量約占該段總能量的52%。可見，地應(yīng)力水平的越高，實測爆破振動信號中低頻振動成分（＞20～100 Hz）能量占總能量的比例也越高，并且在達(dá)到一定地應(yīng)力水平條件下，低頻振動能量所占比例可能超過高頻振動能量所占比例，成為圍巖振動的主要成分。這與2.4 節(jié)數(shù)值分析結(jié)果是一致的。表明在開挖斷面面積相近、開挖進(jìn)尺相同的隧洞爆破條件下，地應(yīng)力的存在對深埋隧洞爆破振動的頻譜結(jié)構(gòu)有影響，并且地應(yīng)力水平越高，實測爆破振動信號的主頻越低，由地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)的低頻振動成分能量占總能量的比例也會增加。

6 實測爆破振動時-能密度特性

深埋隧洞開挖過程中，爆炸荷載對圍巖的沖擊作用和地應(yīng)力瞬態(tài)卸載效應(yīng)作為能量源，都能使系統(tǒng)能量發(fā)生突變。本文在Matlab 中編制相應(yīng)的信號處理和分析程序，利用小波變換將掏槽段（MS1）振動信號分解在不同頻帶范圍（0～62.5 Hz、＞62.5～125 Hz、＞125～250 Hz）內(nèi)并計算能量密度，研究不同頻帶內(nèi)信號的能量密度隨時間的分布特征[26-27]。根據(jù)圖中出現(xiàn)突峰的位置對不同信號激勵源加以區(qū)分，不同地應(yīng)力水平條件下，實測爆破振動（MS1）在不同頻帶上的時-能密度曲線如圖13 所示。

圖 13 不同地應(yīng)力水平下實測爆破振動時-能密度曲線（MS1）Fig.13 Measured blasting time energy-density curve under different stress levels (MS1)

從圖13 可以看出，當(dāng)?shù)貞?yīng)力水平為20 MPa 時，原始信號MS1 段時-能密度曲線只有一個突峰群，實測爆破振動以高頻振動（＞62.5～250 Hz）為主，低頻0～62.5 Hz 振動能量占總振動能量百分比很低，表明在地應(yīng)力相對較低時，實測爆破振動由單一激勵源誘發(fā)產(chǎn)生，并且爆破振動主要是高頻振動成分；而爆炸荷載誘發(fā)高頻振動，因此，在地應(yīng)力水平相對較低時，實測爆破振動主要以爆破荷載為激勵源誘發(fā)的高頻振動為主。由當(dāng)?shù)貞?yīng)力水平為50 MPa 時，原始信號MS1 段時-能密度曲線有2 個突峰群，實測爆破振動低頻振動（0～62.5 Hz）時-能密度曲線突峰明顯滯后于高頻振動（＞125～250 Hz）時-能密度曲線突峰，表明在地應(yīng)力相對較高時，實測爆破振動由2 個激勵源誘發(fā)產(chǎn)生，2 個激勵源分別誘發(fā)高頻振動和低頻振動，且低頻振動明顯滯后于高頻振動誘發(fā)。結(jié)合1 節(jié)爆破振動構(gòu)成分析可知這2 個激勵源為爆炸荷載和地應(yīng)力瞬態(tài)卸載，其中爆炸荷載由于荷載變化梯度大主要誘發(fā)圍巖高頻振動，而地應(yīng)力瞬態(tài)卸載的荷載變化梯度相對較小主要誘發(fā)圍巖低頻振動。地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)低頻振動往往會滯后于爆炸荷載對圍巖的沖擊作用誘發(fā)高頻振動，滯后時間主要取決于爆破設(shè)計和單次爆破開挖進(jìn)尺。

7 結(jié) 論

（1）深埋隧洞爆破開挖過程中，爆破振動的主頻及各個振動能量優(yōu)勢頻帶均有隨應(yīng)力水平升高而降低的趨勢，而伴隨爆破破巖過程而發(fā)生的地應(yīng)力瞬態(tài)卸載動力效應(yīng)是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因。

（2）深埋隧洞爆破開挖過程中，地應(yīng)力水平越高，爆破振動信號中20～100 Hz 的低頻振動能量比重越大。當(dāng)爆區(qū)的地應(yīng)力為20 MPa 時，20～100 Hz 頻帶內(nèi)的低頻振動能量可達(dá)到總振動能量的35%左右，當(dāng)爆區(qū)的地應(yīng)力為30～50 MPa 時，20～100 Hz 頻帶內(nèi)的低頻振動能量可達(dá)到總振動能量的50%以上。因此，高地應(yīng)力條件下進(jìn)行爆破開挖時，應(yīng)分別針對爆炸荷載誘發(fā)振動和地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)振動提出不同振動安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

（3）深埋隧洞爆破開挖過程中，應(yīng)力卸載速率和巖體的力學(xué)特性對爆破振動主頻也具有顯著影響，卸載速率越快，爆破振動主頻越高，卸載速率取決于掏槽爆破方式，直孔掏槽導(dǎo)致巖體應(yīng)變能釋放速率最高；巖體彈性模量越大，爆破振動的主頻越高。因此，可以通過選擇合適的掏槽爆破方式對爆破振動進(jìn)行合理控制。

（4）深埋隧洞爆破開挖過程中，地應(yīng)力瞬態(tài)卸載誘發(fā)的低頻振動能量會隨地應(yīng)力水平的提高而增加，而由爆炸荷載沖擊作用誘發(fā)的高頻振動則基本不受地應(yīng)力水平的影響。因此，通過計算實測爆破振動信號中高頻振動能量和低頻振動能量的比例來估算開挖區(qū)地應(yīng)力水平。

本文得到的結(jié)論只是對不同地應(yīng)力水平下相近斷面面積隧洞爆破開挖時，爆破振動的頻譜特性和能量分布的初步結(jié)果。由于深埋隧洞爆破開挖時的監(jiān)測數(shù)據(jù)有限，本文主要研究了地應(yīng)力水平對爆破振動頻率特征的影響，而爆破方式、巖體性質(zhì)、單響藥量和爆心距等因素對深埋隧洞爆破振動頻率的影響還需采集更多的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。深埋隧洞爆破開挖過程中爆炸荷載誘發(fā)振動和地應(yīng)力瞬態(tài)釋放誘發(fā)振動的分離和識別等重要問題還需進(jìn)一步開展研究。