隧道掘進(jìn)爆破的振動(dòng)規(guī)律研究

郭 堯

(海南省跨海工程籌建辦公室)

隧道掘進(jìn)爆破的振動(dòng)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(jìn)爆破所引起的振動(dòng)對(duì)圍巖的損傷，結(jié)合武廣客運(yùn)專線上天鵝嶺隧道的大量爆破振動(dòng)實(shí)測(cè)資料，運(yùn)用薩道夫斯基公式，研究了不同作用炮孔爆破時(shí)，爆破振動(dòng)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(shí)，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(dòng)越小，具體表現(xiàn)在振動(dòng)速度衰減公式中K值較??；夾制作用越大，K值越大；掏槽爆破振動(dòng)最強(qiáng)，因此，降低掏槽爆破的振動(dòng)是降振的技術(shù)重點(diǎn)。研究結(jié)論可為類似條件下隧道的爆破振動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供借鑒。

隧道開挖 爆破振動(dòng) 衰減規(guī)律

天鵝嶺隧道是武廣客運(yùn)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(zhǎng)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(diǎn)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(jìn)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(yàn)方案

隧道掘進(jìn)爆破時(shí),拱頂、拱腰、拱墻都有最大振動(dòng)速度的文獻(xiàn)記錄[1]。為了準(zhǔn)確把握隧道爆破引起的振動(dòng)效應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)布置振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在隧道拱頂軸線上和一個(gè)斷面上[2]。在測(cè)量振動(dòng)速度時(shí)，通常認(rèn)為測(cè)點(diǎn)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(cè)量質(zhì)點(diǎn)垂直向振動(dòng)速度，拱墻布置的水平向傳感器亦測(cè)量質(zhì)點(diǎn)垂直向振動(dòng)速度，而在拱腰位置測(cè)量法向振動(dòng)速度需布置垂直向和水平向2個(gè)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(hù)，離爆破掌子面11 m開始設(shè)置第一個(gè)測(cè)點(diǎn)，以后每隔5 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體見圖1～圖3。用塑料軟管包裹傳感器的信號(hào)線，并對(duì)其進(jìn)行濕噴，確保信號(hào)線無損暢通。爆破振動(dòng)記錄儀放置在距掌子面60m以外的拱腳處，同時(shí)罩上自設(shè)的鐵盒子，見圖4～圖5。

圖1 隧道測(cè)點(diǎn)布置

圖2 隧道斷面測(cè)點(diǎn)布置

圖3 傳感器保護(hù)罩示意

圖4 振動(dòng)測(cè)試儀器保護(hù)盒示意

圖5 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器和保護(hù)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(zhǎng)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(duì)稱布置1段掏槽眼12個(gè)，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(gè)，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(jī)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(yàn)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(dòng)試驗(yàn)的參數(shù)見表2，炮眼布置見圖6。

3 爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律分析

爆破振動(dòng)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(cè)方法多種多樣?，F(xiàn)階段，我國(guó)多采用薩道夫斯基計(jì)算公式進(jìn)行振動(dòng)速度預(yù)測(cè)[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(diǎn)振動(dòng)峰值速度，cm/s；Q為炸藥單段最大用量，kg；R為爆心距，即測(cè)點(diǎn)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(duì)式(1)兩邊取自然對(duì)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(jìn)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(kuò)槽眼、底板眼和周邊眼爆破的振動(dòng)衰減規(guī)律見圖7。

4 結(jié) 論

(1)不同圍巖類別的振動(dòng)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(yàn)公式較好地模擬。通過對(duì)爆破振動(dòng)速度測(cè)試值的回歸分析，得出了爆破時(shí)各不同作用炮孔的振動(dòng)衰減規(guī)律，從而對(duì)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(dòng)衰減規(guī)律證明：爆破所處的地質(zhì)條件基本相同時(shí)，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(dòng)越小，具體表現(xiàn)在振動(dòng)速度衰減公式中K值較?。粖A制作用越大，K值越大。

(3)掏槽爆破振動(dòng)最強(qiáng)，因此降低掏槽爆破振動(dòng)對(duì)控制爆破最有意義，也是降振的技術(shù)重點(diǎn)。為此爆破設(shè)計(jì)時(shí)，首先可以減少掏槽爆破單響藥量，或分段錯(cuò)開掏槽爆破振動(dòng)峰值。

(4)實(shí)際工程中的K、α值應(yīng)通過試驗(yàn)性爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)加以確定和驗(yàn)證，在有條件的工點(diǎn)，還應(yīng)伴隨施工進(jìn)程，不斷對(duì)K、α值進(jìn)行修正。

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

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

[3] 李夕兵，凌同華，張義平.爆破震動(dòng)信號(hào)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(dòng)測(cè)試報(bào)告[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002，39(2)：59-64.

2015年鐵礦石價(jià)格跌勢(shì)將放緩

鐵礦石價(jià)格以近50%的跌幅為2014年畫上一個(gè)句號(hào)，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(shí)期可能已經(jīng)過去，2015年的跌勢(shì)將放緩。

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

本周鐵礦石價(jià)格小幅上漲，不過這對(duì)于年初以來持續(xù)的跌勢(shì)而言幾乎可以忽略不計(jì)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)提供商的數(shù)據(jù)，鐵礦石價(jià)格已小幅反彈至67.90美元。鐵礦石價(jià)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(guó)經(jīng)濟(jì)增速也存在放緩的風(fēng)險(xiǎn)，這將削弱其對(duì)大宗商品的消化能力。盡管鐵礦石價(jià)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(hào)。