郭 堯

(海南省跨海工程籌建辦公室)

隧道掘進爆破的振動規(guī)律研究

郭 堯

(海南省跨海工程籌建辦公室)

為減少隧道掘進爆破所引起的振動對圍巖的損傷，結(jié)合武廣客運專線上天鵝嶺隧道的大量爆破振動實測資料，運用薩道夫斯基公式，研究了不同作用炮孔爆破時，爆破振動在隧道內(nèi)的傳播衰減規(guī)律，為獲得最佳爆破控制方法，確保隧道爆破開挖安全、快速施工奠定基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明：爆破所處的地質(zhì)條件基本相同時，α值變化不大，隨著爆破炮孔夾制作用的逐漸減小，隧道圍巖產(chǎn)生的爆破振動越小，具體表現(xiàn)在振動速度衰減公式中K值較小；夾制作用越大，K值越大；掏槽爆破振動最強，因此，降低掏槽爆破的振動是降振的技術(shù)重點。研究結(jié)論可為類似條件下隧道的爆破振動控制和現(xiàn)場監(jiān)測提供借鑒。

隧道開挖 爆破振動 衰減規(guī)律

天鵝嶺隧道是武廣客運專線的控制性工程，位于湖南省郴州市境內(nèi)，穿越剝蝕-溶蝕低山丘陵區(qū)，隧道起止里程為DK1848+095～DK1850+460，全長為2 365 m，埋深為50～145 m。全隧道平面均位于直線上，隧道縱坡為人字坡，坡度分別為-15‰、-4‰，變坡點里程為DK1850+300，其中DK1850+135～DK1850+460段設(shè)置半徑為30 000 m的豎曲線。隧道進口段穿過巖溶、斷裂破碎帶等，區(qū)域內(nèi)主要有3條斷層與隧道相交，地下水較大。

1 試驗方案

隧道掘進爆破時,拱頂、拱腰、拱墻都有最大振動速度的文獻記錄[1]。為了準(zhǔn)確把握隧道爆破引起的振動效應(yīng)，現(xiàn)場試驗布置振動測點，同時在隧道拱頂軸線上和一個斷面上[2]。在測量振動速度時，通常認(rèn)為測點垂直法向速度較水平徑向、切向速度更有意義。因此，在拱頂布置的法向傳感器測量質(zhì)點垂直向振動速度，拱墻布置的水平向傳感器亦測量質(zhì)點垂直向振動速度，而在拱腰位置測量法向振動速度需布置垂直向和水平向2個傳感器。利用膨脹螺絲將傳感器嵌固在隧道圍巖上，并設(shè)置鐵皮屏障加以保護，離爆破掌子面11 m開始設(shè)置第一個測點，以后每隔5 m設(shè)置一個測點，具體見圖1～圖3。用塑料軟管包裹傳感器的信號線，并對其進行濕噴，確保信號線無損暢通。爆破振動記錄儀放置在距掌子面60m以外的拱腳處，同時罩上自設(shè)的鐵盒子，見圖4～圖5。

圖1 隧道測點布置

圖2 隧道斷面測點布置

圖3 傳感器保護罩示意

圖4 振動測試儀器保護盒示意

圖5 試驗現(xiàn)場測試儀器和保護盒

2 爆破參數(shù)

采用YT-29風(fēng)鉆，鉆頭直徑為42 mm；因防地下水的影響，采用2#巖石乳化炸藥，爆速為4 500 m/s，殉爆距離為6 cm，猛度為14 mm，炸藥密度為1～1.3 g/cm3，藥卷直徑為32 mm，長18 cm，每卷裝藥0.15 kg；引爆雷管選用1～15段塑料導(dǎo)爆管非電毫秒雷管。

2.1 掏槽眼

采用V型掏槽，對稱布置1段掏槽眼12個，鉆眼角度與隧道縱軸線成60°，孔深4 m，每孔裝藥14支左右，即2.1 kg/孔；3段掏槽眼6個，孔深4 m，每孔裝藥12支左右，即1.8 kg/孔，炮孔間距為40 cm。

2.2 輔助眼

根據(jù)本隧道機械設(shè)備能力和工人熟練程度，輔助眼均勻布置即可,其炮孔間距為50～80 cm，排間距為90～100 cm，孔深3.9 m；第5段起爆炮眼每孔裝藥10支，即1.5 kg/孔；第7段起爆眼裝藥8支左右,即1.2 kg/孔。

2.3 周邊眼

為嚴(yán)格控制隧道超挖量在10 cm以內(nèi)，周邊眼采用光面爆破，由經(jīng)驗確定周邊眼間距E為50 cm，最小抵抗線W=1.2E，60 cm，孔深3.7 m，孔外插角控制在3°以內(nèi)。具體周邊眼爆破參數(shù)見表1。

表1 天鵝嶺隧道周邊眼光面爆破參數(shù)

2.4 二圈眼和底板眼

二圈眼間距為60 cm，每孔裝藥8支左右，即1.2 kg/孔，孔深4 m；底板眼嚴(yán)格按開挖輪廓布孔，垂直掌子面鉆孔，孔深4 m，每孔裝藥12支左右，即1.8 kg/孔，孔間距為70 cm。爆破振動試驗的參數(shù)見表2，炮眼布置見圖6。

3 爆破振動速度衰減規(guī)律分析

爆破振動速度影響因素較多，不能嚴(yán)格從理論上推導(dǎo)得出，預(yù)測方法多種多樣?，F(xiàn)階段，我國多采用薩道夫斯基計算公式進行振動速度預(yù)測[3-4]，具體形式為

表2 天鵝嶺隧道爆破參數(shù)

圖6 天鵝嶺隧道炮眼布置(單位：cm)

(1)

式中,V為質(zhì)點振動峰值速度，cm/s；Q為炸藥單段最大用量，kg；R為爆心距，即測點到爆心的直線距離，m；K、α為與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的參數(shù)。

對式(1)兩邊取自然對數(shù)，得到

(2)

Y=a+bX.

(3)

采用最小二乘法求得式(3)中的a和b值，進而得出K=187.55，170.99，144.61，58.872，α=-2.093，-1.981 2，-1.957 2, -1.945 7。天鵝嶺隧道的掏槽眼、擴槽眼、底板眼和周邊眼爆破的振動衰減規(guī)律見圖7。

4 結(jié) 論

(1)不同圍巖類別的振動速度衰減規(guī)律有明顯的差異，但均可以用薩道夫斯基經(jīng)驗公式較好地模擬。通過對爆破振動速度測試值的回歸分析，得出了爆破時各不同作用炮孔的振動衰減規(guī)律，從而對優(yōu)化爆破方案有較好地指導(dǎo)意義。

圖7 天鵝嶺隧道爆破振速衰減規(guī)律

(2)通過分析不同作用炮孔的振動衰減規(guī)律證明：爆破所處的地質(zhì)條件基本相同時，α值變化不大，隨著爆破炮孔夾制作用的逐漸減小，隧道圍巖產(chǎn)生的爆破振動越小，具體表現(xiàn)在振動速度衰減公式中K值較小；夾制作用越大，K值越大。

(3)掏槽爆破振動最強，因此降低掏槽爆破振動對控制爆破最有意義，也是降振的技術(shù)重點。為此爆破設(shè)計時，首先可以減少掏槽爆破單響藥量，或分段錯開掏槽爆破振動峰值。

(4)實際工程中的K、α值應(yīng)通過試驗性爆破振動數(shù)據(jù)加以確定和驗證，在有條件的工點，還應(yīng)伴隨施工進程，不斷對K、α值進行修正。

[1] 陽生權(quán)，周 健，劉寶琛.爆破震動作用下公路隧道動力特性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(2)：5803-5807.

[2] 張敏江，郭 堯.直剪試驗中對土抗剪強度的一種修正方法[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報，2005，21(2)：96-98.

[3] 李夕兵，凌同華，張義平.爆破震動信號分析理論與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[4] 卓效明.廈門仙岳山公路隧道爆破振動測試報告[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002，39(2)：59-64.

2015年鐵礦石價格跌勢將放緩

鐵礦石價格以近50%的跌幅為2014年畫上一個句號，并超越原油成為2014年表現(xiàn)最差的主要大宗商品。摩根士丹利稱，鐵礦石最糟糕時期可能已經(jīng)過去，2015年的跌勢將放緩。

摩根士丹利分析師表示，從鐵礦石價格的下跌趨勢來看，最糟糕的時期可能已經(jīng)過去。而導(dǎo)致2014年鐵礦石價格下跌的主要因素，是以澳大利亞為首的國家大舉增加供應(yīng)。據(jù)估計，鐵礦石價格明年或?qū)⒌?0美元。

本周鐵礦石價格小幅上漲，不過這對于年初以來持續(xù)的跌勢而言幾乎可以忽略不計。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)提供商的數(shù)據(jù)，鐵礦石價格已小幅反彈至67.90美元。鐵礦石價格2014年年初在每噸134美元以上。

2015年鐵礦石供應(yīng)過剩局面仍然嚴(yán)峻，中國經(jīng)濟增速也存在放緩的風(fēng)險，這將削弱其對大宗商品的消化能力。盡管鐵礦石價格仍然承壓，但持續(xù)暴跌的現(xiàn)象或難以再現(xiàn)。

2014-08-26)

郭 堯(1983—)，男，助理研究員，碩士，570204 海南省?？谑忻捞m區(qū)海府路51號。