大斷面隧道鉆爆沖擊波的衰減規(guī)律*

張學(xué)民，周賢舜，王立川，楊國富，馮 涵，高 祥，馬明正

（1. 中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075；2. 重載鐵路工程結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中南大學(xué))，湖南 長沙 410075；3. 中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610082；4. 深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518029；5. 川藏鐵路四川有限公司，四川 成都 610043）

隧道鉆孔爆破（以下簡稱鉆爆）法是當(dāng)今隧道建設(shè)中不可或缺的挖掘方式之一，在較長時間內(nèi)仍會發(fā)揮至關(guān)重要的作用。鉆爆中炸藥爆炸反應(yīng)釋放的能量并非完全用于破巖，部分能量分別轉(zhuǎn)化為圍巖中的振動波和空氣中的沖擊波，少部分被爆破飛石消耗。若對隧道鉆爆沖擊波控制不當(dāng)，則其會對施工人員、機(jī)具設(shè)備和周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

區(qū)別于地面自由場，空氣沖擊波在隧道等受限空間中受壁面約束使其衰減更慢，影響距離更遠(yuǎn)。長期以來，許多學(xué)者對獨(dú)頭或雙向開口巷道內(nèi)裸露藥包爆炸引起的沖擊波傳播規(guī)律進(jìn)行了大量研究。Benselama 等[1]發(fā)現(xiàn)，沖擊波在隧道內(nèi)傳播的縱向空間分布可劃分為兩個區(qū)域：在靠近爆源的近爆區(qū)呈現(xiàn)空氣自由場超壓衰減模式，而在遠(yuǎn)離爆源的遠(yuǎn)場可視為一維超壓衰減模式。楊科之等[2]通過數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)，得到了雙向開口長坑道中心離地1.5 m 的炸藥爆炸沖擊波傳播規(guī)律，并通過量綱分析擬合了沖擊波超壓計(jì)算公式。李秀地等[3]通過9 次模型試驗(yàn)，分析了藥包堵口爆炸情況下等截面直坑道內(nèi)沖擊波的傳播規(guī)律。劉晶波等[4]通過數(shù)值模擬，分析了雙向開口等截面直坑道內(nèi)藥包爆炸沖擊波的傳播規(guī)律，并擬合了沖擊波超壓峰值計(jì)算公式。田志敏等[5]通過數(shù)值模擬，獲得了直徑為3.5 m 的帶封閉端墻的獨(dú)頭和雙向開口隧道爆炸沖擊波流場及作用于隧道襯砌表面沖擊波荷載峰值分布規(guī)律。Yan 等[6]數(shù)值模擬了雙向開口地鐵隧道中心藥包爆炸沖擊波的傳播，通過量綱分析擬合了沖擊波超壓計(jì)算公式。李玉民等[7]通過量綱分析導(dǎo)出了井巷內(nèi)沖擊波傳播規(guī)律的基本關(guān)系式，基于實(shí)測數(shù)據(jù)擬合了巷道中心爆炸沖擊波超壓經(jīng)驗(yàn)式。龐偉賓等[8-9]進(jìn)行了直坑道和T 型坑道坑口內(nèi)、外爆炸模型試驗(yàn)，分別建立了預(yù)測高能炸藥爆炸沖擊波到達(dá)時間公式。以上文獻(xiàn)引用的現(xiàn)場數(shù)據(jù)均源自于小斷面巷道中裸露藥包離地爆炸。在隧道獨(dú)頭掘進(jìn)鉆爆沖擊波傳播規(guī)律方面，趙曉磊[10]現(xiàn)場測試并探討了小斷面淺埋地鐵隧道鉆爆沖擊波的衰減規(guī)律及不同段藥量的影響，得到了不同掏槽形式和孔深條件下沖擊波能量轉(zhuǎn)化因數(shù)。陳明等[11]基于現(xiàn)場爆破試驗(yàn)理論分析和數(shù)值模擬，研究了隧洞開挖爆破空氣沖擊波超壓誘發(fā)圍巖振動的機(jī)理及特性。

綜上所述，已有研究重點(diǎn)在獨(dú)頭或雙向開口巷道內(nèi)裸露藥包離地爆炸沖擊波的衰減規(guī)律，對大斷面交通隧道施工鉆爆沖擊波傳播規(guī)律研究甚少，且以往針對沖擊波超壓的計(jì)算參數(shù)研究多局限于礦井巷道等小斷面隧道。高速鐵路隧道因斷面面積大、炸藥用藥總量大、獨(dú)頭開挖距離長、洞內(nèi)大型機(jī)械設(shè)備多等特點(diǎn)，使沖擊波傳播規(guī)律更復(fù)雜。本文中，依托設(shè)計(jì)時速350 km 的鄭萬鐵路雙線大斷面隧道工程，采用現(xiàn)場實(shí)測和理論分析的方法，探討大斷面隧道鉆爆沖擊波的傳播和衰減規(guī)律，以期研究結(jié)果可為鉆爆沖擊波的安全評價(jià)和防護(hù)提供參考。

1 現(xiàn)場試驗(yàn)

1.1 工程概況

鉆爆沖擊波試驗(yàn)工點(diǎn)為設(shè)計(jì)時速350 km 的鄭萬鐵路七峰山隧道：全長5 152 m；斷面高約12.5 m，寬約14.8 m，面積約110 m2；系大斷面隧道。試驗(yàn)段為較完整的弱風(fēng)化花崗巖，Ⅲ級圍巖，臺階法施工，上臺階開挖高度為8.0m，接近全斷面開挖。爆破采用淺孔分段毫秒延期爆破，選用2 號巖石乳化炸藥，炮孔直徑為42 mm，楔形掏槽，內(nèi)掏槽孔深度為3.0 m，外掏槽孔深度為5.5 m，周邊光面爆破，孔深為4.2 m，導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)格，隧道炮孔布置及段別布置見圖1。典型的上臺階鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

圖1 隧道鉆爆炮孔及段別布置Fig. 1 Layout of tunnel blasting holes and detonator segments

表1 上臺階鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of borehole blasting for the upper bench

1.2 測試方案

用TC-4850 爆破測試儀和CYG1401 型沖擊波壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，其量程為0～250 kPa，靈敏度為20 V/MPa，測試觸發(fā)壓力為0.5 kPa，預(yù)保留觸發(fā)前0.1 s 數(shù)據(jù)，記錄總時長2.0 s。測試時每臺儀器接入2 路沖擊波測試通道，當(dāng)位于前方的通道(測點(diǎn)1)觸發(fā)時，儀器同時記錄2 通道數(shù)據(jù)。測試儀器和現(xiàn)場儀器布置分別如圖2、3 所示。

圖2 測試儀器Fig. 2 Test instruments

圖3 隧道現(xiàn)場儀器布置Fig. 3 Instrument arrangement in the tunnel

按圖4 所示方案，沿隧道軸線方向距掌子面不同距離布置沖擊波超壓測點(diǎn)，距底板高度為1.2 m。據(jù)田志敏等[5]的研究成果，在爆心距R 大于5 倍洞徑D 的爆源遠(yuǎn)場，沖擊波在隧道內(nèi)將以平面波的形式傳播，同一橫截面上的超壓峰值基本相同。本試驗(yàn)的測點(diǎn)爆心距R 均大于5 倍洞徑59.15 m，因此測試中忽略測點(diǎn)與爆源高差和夾角的影響。

圖4 隧道洞內(nèi)沖擊波超壓測點(diǎn)布置Fig. 4 Measuring points of blasting shock wave overpressure in the tunnel

1.3 測試結(jié)果

現(xiàn)場記錄了6 組共20 個測點(diǎn)的有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)，測試結(jié)果見表2。需說明的是，隧道中襯砌臺車和砼罐車等障礙物會對沖擊波流場傳播規(guī)律造成影響，表中帶“*”超壓峰值為襯砌臺車或砼罐車后方隧道中線處實(shí)測數(shù)據(jù)。

表2 隧道上臺階鉆爆沖擊波測試結(jié)果Table 2 Records of shock wave test in upper bench cutting

續(xù)表2

2 實(shí)測數(shù)據(jù)分析

2.1 沖擊波超壓時程曲線衰減特征

《爆破安全規(guī)程實(shí)施手冊》[12]規(guī)定，在平坦地形條件下計(jì)算爆破沖擊波超壓，秒延期爆破選取最大一段藥量計(jì)算，毫秒延期爆破按總藥量計(jì)算。對于巷道爆破的超壓計(jì)算未見明確的藥量規(guī)定，如何合理選取鉆爆沖擊波超壓的計(jì)算藥量有待于進(jìn)一步探討。為此，首先選取圖5(a)所示的測點(diǎn)A1-1 處的鉆爆沖擊波超壓時程曲線，提取時程曲線起波階段波形，如圖5(b)所示，與坑道內(nèi)裸露藥包離地爆炸試驗(yàn)[4]得到的空氣沖擊波超壓時程曲線(見圖6)進(jìn)行對比分析。

圖5 隧道鉆爆沖擊波超壓時程曲線Fig. 5 Shock wave overpressure-time curves in railway tunnel borehole blasting

圖6 坑道裸露藥包爆炸沖擊波超壓時程曲線[4]Fig. 6 Shock wave overpressure-time curve of exposed charge in the mine tunnel[4]

觀察圖5(b)和圖6 可以發(fā)現(xiàn)，隧道鉆爆沖擊波起波階段波形與裸露藥包爆炸沖擊波波形具有以下相同點(diǎn)：起波初期，沖擊波波陣面到達(dá)測點(diǎn)，沖擊波超壓急劇上升，形成超壓峰值。在超壓達(dá)到最大峰值后，受隧道壁面多次反射作用及疊加影響，波形呈明顯的鋸齒狀衰減[3]。比較圖5(a)和圖6 可知，兩者的差異在于裸露藥包爆炸沖擊波為單次超壓峰值，而獨(dú)頭隧道鉆爆沖擊波波形曲線毛刺多，呈多次超壓峰值。初步分析認(rèn)為，隧道鉆爆沖擊波波形多次超壓峰值的出現(xiàn)由分段毫秒微差爆破引起。

為進(jìn)一步探討隧道微差爆破對沖擊波超壓波形及衰減特征的影響機(jī)制，在測點(diǎn)A1-3 處同時測試了沖擊波超壓和隧道邊墻處(距拱腳高度1.2 m)爆破振速，如圖7 所示。

圖7 隧道鉆爆振速和沖擊波超壓時程曲線Fig. 7 Vibration velocity-time curve and shock wave overpressure-time curve in tunnel borehole blasting

由圖7 可知，相同爆心距下，經(jīng)圍巖傳播的振動衰減很快，總歷時約1.0 s，而鉆爆沖擊波具有持續(xù)時間長、衰減較慢的特點(diǎn)。爆破振速和沖擊波超壓的最大峰值均出現(xiàn)在起波階段，對應(yīng)的雷管段別為掏槽段(MS1)，而非最大藥量段(MS15)。同時可見，在測點(diǎn)A1-3 處0.86 s 時刻沖擊波出現(xiàn)了明顯的超壓波峰。分析微差延期時序發(fā)現(xiàn)，該時刻超壓峰值由周邊孔最大藥量段(MS15)爆破引起的。此外，結(jié)合表1中各段別藥量統(tǒng)計(jì)，因MS3、MS5、MS7、MS9、MS11、MS13 段的裝藥量相對較小，加之波形的部分疊加，圖7(b)中不同段別雷管延期爆破作用下的沖擊波信號無法直接區(qū)分，時域局部化特性并不顯著。但可以說明，鉆爆沖擊波在隧道內(nèi)傳播至遠(yuǎn)場處并未形成穩(wěn)定的單一平面波，受多段微差爆破作用而出現(xiàn)了多個不同幅值的超壓波峰。

為精確識別微差爆破引起的振動和沖擊波信號的時域特征，采用模式自適應(yīng)小波時能密度法[13]分別對測點(diǎn)A1-3 處的振動和沖擊波信號進(jìn)行時能密度分析，以確定實(shí)測微差爆破振動和沖擊波信號的實(shí)際延期時間。圖8 為采用模式自適應(yīng)小波作為基函數(shù)，尺度下限為0.1、上限為10 和間隔為0.1 的時能密度曲線，圖中縱坐標(biāo)|Wf(a,b)|2表示小波系數(shù)的模的平方。圖8 中爆破振動和沖擊波信號的時能密度曲線中均出現(xiàn)了8 個奇異點(diǎn)，表明實(shí)測的微差爆破振動和沖擊波信號是由8 段爆破子信號疊加而成，分別出現(xiàn)于段間微差延期時間相對應(yīng)的8 次峰值。

根據(jù)隧道掘進(jìn)微差爆破理論，因隧道掌子面僅有一個臨空面，四周巖石夾制力大，掏槽爆破成為隧道掘進(jìn)爆破技術(shù)的關(guān)鍵，且通常情況下最大振速也由掏槽段藥量決定。為降低隧道爆破振動，每段之間延期時差應(yīng)避免爆破地震波主振相的相互疊加，讓炸藥能量在臨空面方向快速釋放，更多的能量用于巖體破碎和拋擲。工程中一般按跳段使用毫秒延期雷管，各段雷管起爆時間間隔50～200 ms，從而使得爆破振動信號具有顯著的時域特征。據(jù)圖7(b)和圖8(b)可知，分段微差爆破沖擊波超壓信號也具有明顯的時域特征，超壓峰值的出現(xiàn)具有短間隔性，與微差延期時間間隔存在較好的對應(yīng)關(guān)系。

由上述分析可知，隧道鉆爆沖擊波超壓最大峰值主要取決于掏槽藥量的大小，估算鉆爆沖擊波超壓峰值時，計(jì)算藥量宜按掏槽藥量取值，以體現(xiàn)微差爆破沖擊波信號的時域特性。這與現(xiàn)行《爆破安全規(guī)程》[14]中，計(jì)算分段微差爆破振動安全允許距離時炸藥量應(yīng)取最大單段藥量的原理相同。

圖8 微差爆破振動與沖擊波信號的模式自適應(yīng)小波時能密度曲線Fig. 8 Pattern adapted wavelet time-energy density curves of millisecond blast vibration and shock wave signal

2.2 沖擊波超壓峰值計(jì)算參數(shù)

隧道掘進(jìn)爆破中炸藥能量轉(zhuǎn)化為沖擊波初始能量的影響因素多，《爆破安全規(guī)程實(shí)施手冊》[12]列出了炮孔爆破中影響炸藥能量轉(zhuǎn)化為沖擊波初始能量的因素包括炸藥類型、巖石物理力學(xué)性質(zhì)、裝藥密度、起爆藥包位置和起爆方式等。手冊[12]中同時給出了巷道爆破空氣沖擊波超壓計(jì)算公式：

式中：Δp 為沖擊波超壓值，kPa；R 為爆心距，m；q 為炸藥質(zhì)量，kg；my為炸藥轉(zhuǎn)化為沖擊波的轉(zhuǎn)化因數(shù)(以下簡稱炸藥沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù))；ΣS 為與藥包毗鄰的巷道總面積，m2；β 為巷道壁面粗糙性因數(shù)；dn為巷道等效水力學(xué)直徑，m。

按式(1)估算鉆爆沖擊波超壓，需要重點(diǎn)確定影響沖擊波傳播衰減規(guī)律的巷道壁面粗糙性因數(shù)β 和炸藥沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù)my。同時，應(yīng)注意式(1)是針對爆熱為4 200 kJ/kg 的炸藥推導(dǎo)出來的[15]，對于其他類型炸藥，炸藥質(zhì)量應(yīng)乘以當(dāng)量因數(shù)，轉(zhuǎn)化為爆熱為4 200 kJ/kg 的TNT 炸藥質(zhì)量。

沖擊波波陣面上的壓力衰減強(qiáng)度取決于巷道斷面大小和其壁面粗糙性，當(dāng)沖擊波沿著一定斷面的巷道傳播時，可按式(2)計(jì)算沖擊波的衰減[15]。已知測點(diǎn)爆心距R 和超壓峰值Δp，即可反算砼壁面粗糙性因數(shù)β。

式中：Δp+為與選定點(diǎn)距離為ΔR 處的沖擊波超壓，kPa；Δp0為某選定點(diǎn)處的沖擊波超壓，kPa；R0為某選定點(diǎn)的爆心距，m；ΔR 為兩個選定點(diǎn)爆心距之間的距離，m。

根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，選擇表2 測試工況A3(無障礙物)中測點(diǎn)1 和測點(diǎn)4 的爆心距R 和超壓峰值Δp，代入式(2)可得隧道支護(hù)砼壁面粗糙性因數(shù)β=0.014。

另，式(1)中隧道鉆爆炸藥沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù)my，可通過下式計(jì)算確定[15]：

式中：Ep為鉆爆沖擊波的初始能量，kJ；Eq為炸藥爆炸能量，kJ；qcut為微差爆破掏槽段TNT 炸藥當(dāng)量，kg；Qv為TNT 炸藥爆熱，4 200 kJ/kg；

將式(3)代入式(1)，整理并簡化后可得關(guān)于鉆爆沖擊波初始能量Ep的一元二次方程：

求解式(4)可得：

根據(jù)隧道內(nèi)無障礙物工況下的現(xiàn)場測試結(jié)果，由式(5)、式(3)可確定炸藥沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù)my，其中試驗(yàn)用2 號巖石乳化炸藥的爆熱為3 200 kJ/kg。計(jì)算結(jié)果表明，反向起爆炸藥沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù)my在0.004～0.012 之間，平均值為0.007。計(jì)算值明顯小于文獻(xiàn)[15]中推薦的淺孔反向不堵塞炮孔爆破條件下的轉(zhuǎn)化因數(shù)0.07～0.10。分析認(rèn)為，在隧道圍巖條件、炸藥類型、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方法等爆破條件基本相同的情況下，一方面是2 號巖石乳化炸藥與Ⅲ級硬質(zhì)圍巖的匹配性較好，炸藥能量利用率高，另一方面主要是因交通隧道斷面大，相對小斷面巷道而言沖擊波初始能量降低。

2.3 沖擊波超壓峰值與段別藥量對應(yīng)關(guān)系

為進(jìn)一步分析鉆爆沖擊波超壓峰值與裝藥量之間的對應(yīng)關(guān)系，選擇試驗(yàn)工況A1 中3 個實(shí)測超壓數(shù)據(jù)，提取MS1～MS15 對應(yīng)的超壓峰值，結(jié)果如圖9 所示。由圖9 可知，各段別時刻內(nèi)的超壓峰值與各段別藥量之間無直接的相關(guān)性，盡管最大藥量段為周邊孔MS15 段，且MS9、MS11 段藥量也明顯大于掏槽段，但超壓峰值依然出現(xiàn)在掏槽MS1 段起爆時刻。這進(jìn)一步說明，隧道掘進(jìn)掏槽孔、崩落孔及周邊孔在臨空面條件和破巖作用等方面的差異，導(dǎo)致掏槽孔MS1 段起爆誘發(fā)的沖擊波超壓值最大。

將2.2 節(jié)壁面粗糙性因數(shù)β 和炸藥沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù)my代入式(1)，分別獲得掏槽藥量qcut、總藥量及分段最大藥量情況下的計(jì)算超壓峰值，與實(shí)測最大超壓峰值同時繪制在圖10 中。由圖10 可知，按掏槽藥量qcut計(jì)算的超壓峰值與實(shí)測超壓峰值均勻分散在45°線兩側(cè)，兩者之間具有相對較好的線性相關(guān)性(r2=0.61)。因此，對于隧道分段毫秒延期爆破(微差延期間隔大于50 ms)，采用掏槽藥量qcut計(jì)算超壓峰值，可更好地表征超壓峰值與分段微差延期爆破時刻的對應(yīng)關(guān)系。

圖9 各段別時刻對應(yīng)的超壓峰值與藥量關(guān)系Fig. 9 Relations between peak overpressure and explosive quantity at different segments

圖10 計(jì)算超壓和實(shí)測超壓之間的相關(guān)性Fig. 10 Correlations between calculated and measured overpressures

2.4 遇障礙物沖擊波超壓放大效應(yīng)

前文據(jù)沖擊波遇障礙物之前的超壓數(shù)據(jù)確定了沖擊波的計(jì)算參數(shù)。事實(shí)上，隧道內(nèi)沖擊波的傳播過程十分復(fù)雜。隧道施工期內(nèi)襯砌臺車、砼罐車等障礙物(見圖11)也會對沖擊波傳播流場產(chǎn)生干擾。

測試工況A2、A4 和A5 記錄了沖擊波穿越障礙物前后的沖擊波超壓變化過程，各測點(diǎn)超壓峰值隨爆心距變化如圖12 所示。其中測試A4 和A5 為連續(xù)測試，整理在同一圖中。由圖12 可知，沖擊波在障礙物前方持續(xù)衰減，在遇障礙物前30 m 范圍內(nèi)，工況A2 中沖擊波超壓由3.549 kPa 衰減為2.408 kPa，而工況A5 中沖擊波超壓由3.38 kPa 衰減到2.959 kPa，衰減率分別為32%和12%。當(dāng)沖擊波穿越障礙物后一定范圍內(nèi)沖擊波超壓出現(xiàn)增大，爾后又再度減小，其中工況A2 中超壓值由2.408 kPa 增大至2.802 kPa，而工況A4、A5 中超壓值由2.292 kPa 增大至3.089 kPa，放大因數(shù)分別為1.163 和1.348。由上述分析可知，隧道內(nèi)襯砌臺車與砼罐車等障礙物的存在相當(dāng)于隧道斷面由大變小，沖擊波發(fā)生新的壓縮、反射和繞流，改變了沖擊波流場的傳播特征，從而使得沖擊波超壓呈現(xiàn)增大趨勢。

由上述分析可知，隧道內(nèi)大型障礙物(如襯砌臺車)對沖擊波的影響是顯著的。在無障礙物試驗(yàn)工況A1、A3 和A6 中，隧道內(nèi)遠(yuǎn)場沖擊波較好地符合非線性衰減規(guī)律，而對于工況A2、A4 和A5，沖擊波在穿越障礙物前后，沖擊波出現(xiàn)增強(qiáng)，流場傳播規(guī)律變得比較復(fù)雜，是一個值得繼續(xù)探討的現(xiàn)象。

圖11 隧道內(nèi)障礙物現(xiàn)場Fig. 11 Obstacles in the tunnel

圖12 鉆爆沖擊波遇障礙物前后超壓峰值變化曲線Fig. 12 Overpressure peak changes of shock waves induced by drilling and blasting operation in the explosive fields with obstacles

3 鉆爆沖擊波超壓峰值探討

當(dāng)今業(yè)界多以爆破振速單一指標(biāo)評價(jià)隧道爆破的破壞效應(yīng)，忽視了沖擊波的毀傷效應(yīng)?！侗瓢踩?guī)程》[14]在考慮爆破沖擊波安全允許距離時，僅給出了平坦地形條件下爆破時空氣沖擊波超壓計(jì)算公式，缺少隧道鉆爆沖擊波超壓估算公式。本文中，通過現(xiàn)場實(shí)測，分析了超壓峰值與計(jì)算藥量的關(guān)系，初步確定了大斷面隧道鉆爆沖擊波計(jì)算參數(shù)，即隧道支護(hù)砼壁面粗糙性因數(shù)β 和不堵炮泥淺孔分段延期反向起爆時2 號巖石乳化炸藥的沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù)my，相應(yīng)的鉆爆沖擊波超壓峰值可按下式估算：

圖13 鉆爆沖擊波超壓峰值與比例距離的關(guān)系Fig. 13 Relation of blasting air shock wave overpressure peak values versus scaled distance

式中：qcut為分段毫秒延期爆破掏槽段藥的TNT 當(dāng)量，kg；my為炸藥沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù)，my=0.007；β 為隧道壁面粗糙性因數(shù)，β=0.014；其他參數(shù)同式(1)。

圖13 是按式(1)計(jì)算的超壓峰值和實(shí)測數(shù)據(jù)分別與比例距離的關(guān)系曲線。由圖13 可知，對于試驗(yàn)工況A2、A4、A5，受障礙物的影響使得計(jì)算超壓值與實(shí)測值存在較大偏離，而未受障礙物影響的超壓數(shù)據(jù)(工況A1、A3、A6)與理論預(yù)測值吻合度較好(相關(guān)系數(shù)r 為0.74)，可為大斷面隧道鉆爆沖擊波安全評價(jià)和防護(hù)提供參考。

4 結(jié) 論

在高速鐵路雙線大斷面隧道鉆爆沖擊波現(xiàn)場測試的基礎(chǔ)上，分析了鉆爆沖擊波的傳播規(guī)律。研究結(jié)果表明：

（1）隧道鉆爆沖擊波時程曲線毛刺多，波形呈鋸齒狀，出現(xiàn)多個不同幅值的超壓波峰，遠(yuǎn)場處未形成穩(wěn)定的單一平面波，明顯區(qū)別于隧道內(nèi)裸露藥包爆炸沖擊波的衰減特征。鉆爆沖擊波信號的模式自適應(yīng)小波時能密度分析結(jié)果表明，沖擊波超壓信號由多段與微差延期時間相對應(yīng)的子信號疊加而成，具有顯著的微差延期時域特征。

（2）隧道分段毫秒延期鉆爆沖擊波超壓峰值與段別藥量有著緊密聯(lián)系，超壓峰值按掏槽藥量計(jì)算時與實(shí)測超壓值的相關(guān)性最強(qiáng)。估算沖擊波超壓峰值時，宜按掏槽段炸藥的TNT 當(dāng)量確定計(jì)算藥量。

（3）基于現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步獲得了適用于估算大斷面隧道鉆爆沖擊波超壓的計(jì)算參數(shù)：高速鐵路大斷面隧道支護(hù)砼壁面粗糙性因數(shù)β=0.014；不堵炮泥淺孔微差延期反向起爆時2 號巖石乳化炸藥的沖擊波轉(zhuǎn)化因數(shù)my=0.007。

（4）隧道內(nèi)障礙物對沖擊波傳播規(guī)律具有顯著影響，穿越障礙物過程中沖擊波發(fā)生新的壓縮、反射、繞流和疊加，沖擊波呈現(xiàn)衰減-增強(qiáng)-再衰減的傳播特性。

（5）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對比分析了隧道鉆爆沖擊波的計(jì)算超壓值與實(shí)測超壓值，驗(yàn)證了沖擊波超壓預(yù)測公式的可行性，為大斷面隧道鉆爆沖擊波安全評價(jià)和防護(hù)提供參考。

需要說明的是，大(特大)斷面隧道鉆爆施工條件復(fù)雜，鉆爆沖擊波衰減規(guī)律受多種因素的影響，有關(guān)鉆爆沖擊波信號的時頻特性、合理的超壓估算公式及計(jì)算參數(shù)取值問題，尚有待進(jìn)一步研究。