隧道控制爆破技術(shù)

PAGE26二、隧道微振動(dòng)爆破技術(shù)近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種工程建設(shè)的規(guī)模也日益擴(kuò)大。在全國(guó)各地，蓬勃突起的鐵路，公路，水工建設(shè)，特別是高速公路和許多城市地鐵及輕軌的建設(shè)，都有不少隧道和地下工程。在這數(shù)量眾多的，有著多種不同用途的隧道工程的建設(shè)過(guò)程中，有些隧道會(huì)遇到在開挖時(shí)，必須采用減輕爆破振動(dòng)強(qiáng)度的爆破技術(shù)，方能按期安全完成施工任務(wù)。這時(shí)，通常有以下三種情況：軟弱圍巖隧道為避免塌方和能安全地進(jìn)行大斷面開挖，并使用大型施工機(jī)械；城市隧道地面及地下環(huán)境復(fù)雜，人口密集，房屋建筑林立，地下建筑管線密布等引發(fā)的與山嶺隧道完全不同的一些新的問(wèn)題；兩相鄰的隧道線間距偏小，同時(shí)施工，或新建隧道緊鄰已有隧道開挖爆破的問(wèn)題。在完成隧道工程施工的同時(shí)，不對(duì)隧道圍巖，以及隧道周圍環(huán)境，特別是地表建筑造成破壞，或是過(guò)大的擾動(dòng)，已經(jīng)是當(dāng)前我們?cè)谠S多工程實(shí)踐中正在努力追求的一個(gè)目標(biāo)。為此，城市隧道，山嶺隧道等工程控制爆破技術(shù)也越來(lái)越受到廣大工程技術(shù)人員的關(guān)注。而隧道爆破技術(shù)，雖然經(jīng)過(guò)了數(shù)十年的發(fā)展和大量的工程實(shí)踐，有些如隧道光面爆破，預(yù)裂爆破技術(shù)已趨于成熟；但是，由于爆破器材發(fā)展的滯后，以及許多工程爆破現(xiàn)象缺乏深入的理性的認(rèn)識(shí)和解析，隧道控制爆破技術(shù)目前仍然是一門主要依靠經(jīng)驗(yàn)，也就是說(shuō)主要仍然用工程類比法完成施工。因此，隧道控制爆破技術(shù)，例如微振動(dòng)爆破技術(shù)等，不僅還有不少需要探索認(rèn)識(shí)的技術(shù)內(nèi)容；同時(shí)，也有不少需在更多的工程實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)資料，使之不斷得到改善和提高。1.隧道爆破產(chǎn)生的破壞和擾動(dòng)施工爆破對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性的影響是顯而易見的；當(dāng)隧道的埋深不夠大時(shí)，常常還會(huì)對(duì)地面環(huán)境及建筑物造成擾動(dòng)和破壞。開挖爆破對(duì)隧道圍巖的破壞和擾動(dòng)大致有以下幾方面內(nèi)容：接近爆破一定距離內(nèi)，爆破能量對(duì)介質(zhì)的作用為非彈性作用，圍巖在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，在沖擊波和爆炸氣體生成物高溫高壓直接作用下，出現(xiàn)破碎圈；稍遠(yuǎn)處伴隨著沖擊波而在介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力波和地震波，對(duì)隧道圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)破壞。但是，目前對(duì)于巖石爆破機(jī)理，特別是隧道爆破過(guò)程本身對(duì)圍巖的作用機(jī)理的研究還很不充分，隧道工程爆破的設(shè)計(jì)和實(shí)踐目前仍以工程類比，或是經(jīng)驗(yàn)的方法為主完成。但是，在一些隧道工地進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料充分表明，施工爆破對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定的擾動(dòng)破壞是十分明顯的。在一座穿過(guò)砂巖泥巖地層的單線鐵路隧道，在隧道上面自地表向下打的觀測(cè)孔中，埋設(shè)了波紋管式應(yīng)變?cè)?。在隧道掘進(jìn)接近觀測(cè)孔時(shí)，觀測(cè)了爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)情況。觀測(cè)結(jié)果表明，在隧道開挖過(guò)程中，施工爆破是使圍巖產(chǎn)生急劇變形的主要原因。一次裝藥為160公斤的爆破，可以使距離隧道拱頂2米高處產(chǎn)生+924微應(yīng)變。下坑隧道穿過(guò)嚴(yán)重風(fēng)化的千枚巖。施工中曾用收斂位移計(jì)和鋼絲形鉆孔變位樁，分別就爆破開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)進(jìn)行了觀測(cè)。結(jié)果表明，一次總藥量為20公斤左右的爆破，沿著隧道拱腳至邊墻腳以上1米高處范圍內(nèi)產(chǎn)生8.2—9.9毫米的收斂變形。而地表鉆孔鋼絲形鉆孔變形樁的觀測(cè)表明，處于測(cè)點(diǎn)下方的隧道施工爆破引起的距洞頂上面5米處的巖體瞬間位移量，約等于整個(gè)隧道掘進(jìn)循環(huán)的全部位移量的70%—100%。如前所述，爆破對(duì)隧道圍巖的擾動(dòng)破壞一般可以分為兩部分：爆破的直接破壞區(qū)和擾動(dòng)區(qū)。直接破壞區(qū)通常包括剝落區(qū)（及周邊炮眼以外圍巖的超挖部分）和破壞區(qū)（松動(dòng)圈，即裂隙生成及擴(kuò)展區(qū)）。擾動(dòng)區(qū)則主要指存在爆破地震動(dòng)效應(yīng)的范圍。所謂松動(dòng)圈是指，地下隧道開挖后，因移去巖石形成空洞而破壞了圍巖原有應(yīng)力平衡狀態(tài)，以及由于爆破作用導(dǎo)致圍巖中的應(yīng)力重分布，并使圍巖表層破碎，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生徑向和環(huán)向裂隙。這樣圍巖中便產(chǎn)生“減壓”和“卸載”現(xiàn)象。接著，隨著隧道周邊原來(lái)因應(yīng)力集中而產(chǎn)生的較高的切向（環(huán)向）應(yīng)力移向圍巖內(nèi)部一定深度，對(duì)圓形洞室則常?？梢允嵌词抑睆降?.5—1.0倍那么深，并且在隧道圍巖內(nèi)部一定深度出現(xiàn)一個(gè)呈橢圓形的“高應(yīng)力環(huán)”。在隧道周邊和這個(gè)“高應(yīng)力環(huán)”之間的巖體處于破碎和開裂狀態(tài)，但尚不致塌落。通常把這個(gè)區(qū)域稱為圍巖的卸載區(qū)或松動(dòng)區(qū)，或松動(dòng)圈。這里我們通常把爆破對(duì)圍巖的影響總厚度分成兩個(gè)部分：（1），由于爆破作用，在周邊炮眼以外超挖掉的巖石，稱為圍巖的塌落厚度；（2），由于爆破造成的圍巖破碎厚度。塌落厚度是設(shè)計(jì)輪廓線與實(shí)際開挖的隧道輪廓線之間的距離。破碎厚度可以用彈性波量測(cè)等物探方法進(jìn)行測(cè)定。為了從圍巖松動(dòng)區(qū)中劃分處爆破影響深度，顯然洞室一經(jīng)爆破開挖后，應(yīng)盡快地進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于大多數(shù)隧道工程來(lái)說(shuō)，實(shí)際上爆破影響帶與圍巖松弛帶通常都是不大一致的。松弛帶范圍應(yīng)大于爆破影響帶。但在特殊情況下也有一致的時(shí)候。這里說(shuō)的特殊情況，往往指那些地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖層平緩，巖體堅(jiān)硬完整，近似于彈性體時(shí)；同時(shí)隧道埋深較淺，地表多被溝壑切割的情況下。這時(shí)隧道開挖后，?？烧J(rèn)為并不出現(xiàn)圍巖應(yīng)力松弛帶，所產(chǎn)生的圍巖表層破碎厚度，乃是爆破所致。這時(shí)，爆破影響帶也就是圍巖松弛帶。工程爆破的地震效應(yīng)到目前為止，人們對(duì)爆破地震效應(yīng)及爆破振動(dòng)的破壞機(jī)理還遠(yuǎn)沒(méi)有研究得清楚。大量的工程技術(shù)及安全方面的問(wèn)題還主要依靠經(jīng)驗(yàn)的方法來(lái)解決。在巖土中爆炸時(shí)，炸藥爆破能量的2%到6%將轉(zhuǎn)變?yōu)榈卣鸩?。隧道工程的爆源，同時(shí)也是地震源。它會(huì)產(chǎn)生在圍巖一定范圍內(nèi)傳播的，由隨時(shí)間而變化的應(yīng)力構(gòu)成的力系引起的爆破地震動(dòng)效應(yīng)。其主要研究?jī)?nèi)容是爆破地震波的傳播規(guī)律及其對(duì)傳播介質(zhì)和圍巖，以及建筑結(jié)構(gòu)的影響。如前所述，在距爆源一定距離內(nèi)，爆炸能量對(duì)介質(zhì)的作用為非彈性作用，該范圍內(nèi)出現(xiàn)巖體因爆破作用形成的破碎帶，在某一定距離以遠(yuǎn)，這種非彈性作用終止，而開始出現(xiàn)彈性效應(yīng)。這種彈性擾動(dòng)在巖體介質(zhì)中以地震波的形式由爆炸區(qū)向外傳播。這種爆破地震動(dòng)實(shí)際上是震源發(fā)出的行進(jìn)的波動(dòng)擾動(dòng)，這種行進(jìn)的波動(dòng)擾動(dòng)會(huì)引起圍巖介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。而且隨著傳播距離的增大，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)強(qiáng)度將逐漸衰減。質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)強(qiáng)度超過(guò)某一限度時(shí)，就會(huì)造成隧道圍巖，襯砌，及某些情況下地表建筑物的開裂，破壞，甚至坍塌。觀測(cè)資料表明，二次爆破造成的擾動(dòng)破壞更大。重復(fù)爆破作用的擾動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致巖石或結(jié)構(gòu)物中已有的裂隙累積性擴(kuò)展。隧道圍巖，襯砌或其他建筑物在爆炸地震波的作用下，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用位移，速度和加速度來(lái)表示。到目前為止，一般仍認(rèn)為以質(zhì)點(diǎn)速度作為破壞控制標(biāo)準(zhǔn)是可行的。這一標(biāo)準(zhǔn)之所以合理，不僅是因?yàn)樽畲筚|(zhì)點(diǎn)加速度與質(zhì)點(diǎn)速度的平方成正比；而且質(zhì)點(diǎn)最大速度與最大質(zhì)點(diǎn)位移與頻率的乘積成正比。同時(shí)，最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度還與最大徑向應(yīng)變成正比，如下公式：（6）式中：——徑向應(yīng)變——質(zhì)點(diǎn)徑向振動(dòng)速度C——縱波的傳播速度所以，質(zhì)點(diǎn)的速度是巖體變形或應(yīng)變的尺度，因而是與結(jié)構(gòu)物損害聯(lián)系最密切的動(dòng)力擾動(dòng)。因此，通常通過(guò)控制隧道圍巖或結(jié)構(gòu)物的峰值振動(dòng)速度，可以實(shí)現(xiàn)控制爆破破壞的目的。雖然，目前大多數(shù)研究者已趨于一致的認(rèn)為一般均可以振動(dòng)速度來(lái)作為衡量爆破震動(dòng)強(qiáng)度的參量。但是，質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)參數(shù)是由三個(gè)互相垂直的分向量的矢量和（即對(duì)爆源而言垂直向，徑向，切向）求得。實(shí)際應(yīng)用中是采用三個(gè)分量之一，還是采用三個(gè)分量的矢量和，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)定論。而我國(guó)現(xiàn)行的《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）中，對(duì)此未明確規(guī)定，人們可視工程情況自己決定。但實(shí)際上，大多仍采用垂直向振動(dòng)速度作為控制標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)，隨著研究的深入，工程實(shí)踐的增多，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，選用單一的震動(dòng)參數(shù)（如質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度）來(lái)反映爆破地震動(dòng)的特征是很不全面的。一方面，爆破地震波在巖體中的傳播是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程。炸藥的種類，性能，藥量，裝藥結(jié)構(gòu)，起爆方式，堵塞狀況；以及爆破的地形地質(zhì)條件都會(huì)對(duì)此產(chǎn)生影響。同時(shí)，圍巖的種種特性及建筑物的不同結(jié)構(gòu)，性質(zhì)，地基基礎(chǔ)狀態(tài)等等都會(huì)對(duì)爆破地震效應(yīng)產(chǎn)生影響。由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)可知，爆破地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)與爆破地震動(dòng)強(qiáng)度，頻率特性及結(jié)構(gòu)本身的固有頻率，阻尼比等因素有關(guān)。而不同的振動(dòng)頻率和振動(dòng)持續(xù)時(shí)間，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的動(dòng)力影響也是不一樣的。而工程爆破地震動(dòng)和天然地震動(dòng)的區(qū)別也在這三個(gè)基本地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)上表現(xiàn)得非常明顯：天然地震動(dòng)大多頻率低（2—5Hz）,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(可達(dá)數(shù)秒鐘以上)；而爆破地震動(dòng)則雖在距爆源一定范圍內(nèi)峰值相當(dāng)高，但是主振向頻率可高達(dá)幾十甚至上百赫茲，持續(xù)時(shí)間一般也在幾到幾十毫秒，傳播的距離也遠(yuǎn)比天然地震動(dòng)小。近年來(lái)，從考慮到爆破振動(dòng)頻率如接近建筑物固有頻率時(shí)，由于共振作用，會(huì)造成建筑物更容易破壞，因此建議應(yīng)同時(shí)用質(zhì)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度，峰值振動(dòng)速度頻率及持續(xù)時(shí)間三個(gè)參數(shù)來(lái)控制爆破地震動(dòng)效應(yīng)。雖然有人認(rèn)為目前我國(guó)具備了采用速度—頻率作為表征振動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的基本條件，并將其納入爆破振動(dòng)安全判據(jù)中。但是由于研究數(shù)據(jù)尚不充分，我國(guó)目前僅對(duì)地面建筑爆破振動(dòng)判據(jù)給出了質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率兩個(gè)指標(biāo)。其他各種工程對(duì)象則仍采用峰值振動(dòng)速度單一指標(biāo)。3.爆破振動(dòng)的安全判據(jù)對(duì)于爆破振動(dòng)強(qiáng)度的估算，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)得到的如下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算：V=k厘米/秒（７）式中，V—質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度；K—與地質(zhì)地形有關(guān)的參數(shù)，對(duì)一般巖石常為40—650；α—衰減指數(shù)，對(duì)一般巖石為1—1.75；ρ—等效藥量，或稱等效距離，比例距離。這里，；Q—炸藥用量，公斤；R—測(cè)點(diǎn)至爆破中心的距離，米；由上式可知，質(zhì)點(diǎn)的爆破振動(dòng)強(qiáng)度，與一次爆破的炸藥用量和至爆源的距離有關(guān)。由于爆炸地震動(dòng)效應(yīng)只存在于介質(zhì)的彈性傳播區(qū)范圍內(nèi)，所以通常該公式只適用于距爆源5—3000米的范圍內(nèi)。不可以向兩端無(wú)限延伸外推。已有的觀測(cè)資料表明，在堅(jiān)硬巖層中爆破振動(dòng)頻率較高，軟弱圍巖中振動(dòng)頻率較低。而且地下建筑，隧道圍巖的爆破振動(dòng)頻率通常要比露天爆破情況要高。如在一座泥巖，砂巖的隧道中，全斷面開挖爆破時(shí)實(shí)測(cè)的距開挖面48米到62米時(shí)圍巖的爆破振動(dòng)頻率均在100到200Hz之間。同時(shí)，隨著隧道至爆源距離的增加，周期較短的高頻振動(dòng)迅速衰減，而周期較長(zhǎng)的低頻振動(dòng)則可以傳播得比較遠(yuǎn)。由于低頻振動(dòng)作用持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，振動(dòng)幅度大，因而會(huì)對(duì)圍巖或建筑物造成較大的傷害。所以爆破對(duì)軟弱圍巖的危害較大；對(duì)地面建筑物的損害比隧道等地下結(jié)構(gòu)要大。這里還應(yīng)指出，上述公式中炸藥量Q值的選取仍是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題。對(duì)一般隧道工程的爆破，通常使用毫秒雷管。因而爆破振動(dòng)的主振相是對(duì)應(yīng)于各段爆破多次出現(xiàn)。有人認(rèn)為應(yīng)用各段藥量的平方值和再開方；也有人認(rèn)為應(yīng)用總藥量，還有人主張可用最大一段的藥量來(lái)計(jì)算。我們對(duì)試驗(yàn)所得到的振動(dòng)速度數(shù)據(jù)，代入若干條件相似工程所得到的經(jīng)驗(yàn)公式中反算出相應(yīng)的藥量值后認(rèn)為：應(yīng)以出現(xiàn)最大振動(dòng)速度時(shí)相對(duì)應(yīng)的那段藥量進(jìn)行計(jì)算是合理的。此外，還補(bǔ)充說(shuō)明的一個(gè)問(wèn)題是，至今國(guó)內(nèi)外主要仍以爆破振動(dòng)速度值作為安全判據(jù)，而且?guī)缀醵颊J(rèn)為垂直向分量最大。因此一般只計(jì)算或觀測(cè)垂直向振動(dòng)速度。這一認(rèn)識(shí)或許對(duì)露天工程爆破完全正確，而我們?cè)谕蛔萌珨嗝娣ū崎_挖的，穿過(guò)泥巖，砂巖地層的隧道中進(jìn)行的觀測(cè)表明：對(duì)于同一測(cè)點(diǎn)，同一次爆破產(chǎn)生的三個(gè)方向的振動(dòng)速度分量中，垂直向的最小，縱向（平行于隧道縱軸方向）最大，環(huán)向次之。數(shù)據(jù)表明，縱向振動(dòng)速度?？蔀榇怪毕蛘駝?dòng)速度的三倍以上。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因還有待深入地進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)研究。初步分析認(rèn)為體積較大的CD—1型拾振器有可能受到沿隧道縱軸傳播的空氣沖擊波的影響。4.控制爆破振動(dòng)的隧道爆破技術(shù)控制爆破振動(dòng)的隧道爆破通常也稱為微振動(dòng)爆破技術(shù)。而城市隧道開挖時(shí)，為保證安全，除了控制地表沉降，圍巖變形穩(wěn)定外；另外一個(gè)主要問(wèn)題就是控制由于爆破地震動(dòng)效應(yīng)所產(chǎn)生的對(duì)地表建筑物的影響。有時(shí)則主要是為了控制施工爆破不破壞各種地下建筑物，或建筑物的基礎(chǔ)，地下管線，以及近旁的已有隧道或同時(shí)施工的二線隧道。減輕，控制爆破振動(dòng)的爆破技術(shù)，常常也稱為微振動(dòng)爆破技術(shù)。如前所述，在控制爆破振動(dòng)的爆破技術(shù)中，人們經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐，已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到必須采用綜合技術(shù)措施，才能得到較理想的效果。其中大多數(shù)工程都會(huì)首先考慮的，如：合理的開挖分部，掏槽技術(shù)，使用低爆速炸藥，毫秒雷管微差爆破，改善裝藥結(jié)構(gòu)，及最重要的一點(diǎn)控制爆破規(guī)模，每循環(huán)的進(jìn)尺等。這里，仍需強(qiáng)調(diào)說(shuō)明的是，隧道微振動(dòng)爆破時(shí)通常不對(duì)一次爆破的總藥量進(jìn)行控制，而是對(duì)同時(shí)起爆的同段藥量加以控制。這一點(diǎn)對(duì)于軟弱圍巖毫無(wú)疑問(wèn)是正確的。但對(duì)堅(jiān)硬完整的巖層，則常是掏槽炮眼的爆破產(chǎn)生一次爆破中強(qiáng)度最大的振動(dòng)。盡管它不是同時(shí)起爆最大一段藥量。這時(shí)經(jīng)常是周邊眼為最大一響藥量。振動(dòng)速度的全程監(jiān)測(cè)是進(jìn)行微振動(dòng)爆破的重要的必不可少環(huán)節(jié)。而依據(jù)工程對(duì)象的爆破振動(dòng)速度安全指標(biāo)，計(jì)算和設(shè)計(jì)最大共同作用裝藥量則是隧道微振動(dòng)爆破技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。4.1.計(jì)算允許的單段最大共同作用裝藥量我國(guó)《爆破安全規(guī)程》中，對(duì)各類建筑物所允許的安全振動(dòng)速度有如下規(guī)定；（1）土窖洞，土胚房，毛石房屋1.0—1.5cm/s（2）一般磚房，非抗震的大型砌塊建筑物2.0—3.0cm/s（3）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋3.0—5.0cm/s（4）水工隧道7—15cm/s（5）交通隧道10—20cm/s實(shí)際應(yīng)用時(shí)，每個(gè)工程都要結(jié)合工程的具體情況，作出相應(yīng)的安全規(guī)定。如建筑物的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)：（1）較堅(jiān)固的建筑（如磚混）＜2.5cm/s（2）一般建筑物＜1.5cm/s（3）陳舊房屋＜0.8cm/s（4）隧道Ⅲ類圍巖＜3cm/sⅣ類圍巖＜5—6cm/s對(duì)于居民稠密的淺埋隧道，為避免爆破振動(dòng)及噪音對(duì)居民產(chǎn)生不安和恐懼，一般振動(dòng)速度應(yīng)控制在1.5cm/s以下。而且應(yīng)盡量在白天進(jìn)行爆破。由以上允許安全振動(dòng)速度通過(guò)以下公式計(jì)算最大一段允許炸藥用量：（８）式中：—最大一段允許用藥量；kg—振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)；cm/sR—爆源中心至振速控制點(diǎn)距離；mK—與爆破技術(shù)，地質(zhì)地形有關(guān)的系數(shù)；α—爆破振動(dòng)衰減指數(shù)。K，α值，有條件的工點(diǎn)可以通過(guò)試驗(yàn)爆破及振動(dòng)觀測(cè)直接得出?；蛲ㄟ^(guò)手冊(cè)資料工程類比確定。4.2.開挖方案確定軟弱圍巖隧道可以采用全斷面或半斷面微臺(tái)階法開挖，每循環(huán)進(jìn)度一般以1.0米為宜。硬巖隧道則應(yīng)依斷面大小形狀，埋深及環(huán)境情況等采用分部分臺(tái)階法開挖，盡可能使主體爆破有較多的臨空面。必要時(shí)每部分又分為多次爆破。循環(huán)進(jìn)尺一般也控制在1—2米。最大也不會(huì)超過(guò)3米。分次爆破應(yīng)仔細(xì)計(jì)算每次爆破的允許一段最大藥量。4.3.爆破器材的選擇無(wú)水的隧道可以選用二號(hào)巖石硝銨炸藥或乳化炸藥。有水隧道則應(yīng)選用乳化炸藥，水膠炸藥或其他防水炸藥。此外，采用低爆速炸藥，如爆速2000m/s的品種，或小直徑藥卷，如直徑20mm或25mm的光面爆破專用炸藥。則肯定對(duì)減輕爆炸振動(dòng)是有益的。4.4.選擇合理的起爆段間時(shí)差為滿足大斷面開挖及減輕爆破振動(dòng)的要求，應(yīng)選用有足夠段數(shù)的非電毫秒雷管。有條件及要求較高的工地應(yīng)加選100毫秒或200毫秒或半秒級(jí)的等差雷管，以進(jìn)一步改善爆破效果，降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度。軟弱圍巖和堅(jiān)硬巖石中雷管的合理時(shí)差應(yīng)有所區(qū)別。根據(jù)工地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料，軟弱圍巖中爆破振動(dòng)頻率比較低，一般多在100Hz以下；振動(dòng)持續(xù)時(shí)間大多為100—200ms。為避免段間振動(dòng)疊加，段間隔時(shí)間一般應(yīng)大于100ms。而不少在硬巖隧道工地的觀測(cè)資料表明，這時(shí)爆破振動(dòng)頻率較高，通常僅幾十赫茲。振動(dòng)持續(xù)時(shí)間也較短，因而有些技術(shù)人員認(rèn)為堅(jiān)硬完整巖層中隧道爆破可以選用段間隔時(shí)間不小于50ms，甚至不小于25ms即可。對(duì)于常用的25ms遞增間隔的Ⅲ系列非電毫秒雷管，由于其前5段間時(shí)差過(guò)小，一般應(yīng)跳段使用。4.5.掏槽形式的選定從已有的隧道開挖爆破振動(dòng)速度觀測(cè)資料可以看出，一般情況下，掏槽爆破的地震動(dòng)強(qiáng)度比其他部位炮眼爆破時(shí)的都要大。因此，從減小掏槽爆破的地震動(dòng)強(qiáng)度出發(fā)，一般應(yīng)選用楔形掏槽。眼深大于2米時(shí)，可以考慮采用多重復(fù)式楔形掏槽。有條件可增打中空眼。有足夠多段數(shù)雷管時(shí)，掏槽可分層分次起爆，以最大限度使掏槽區(qū)炮眼最大共同用裝藥量減少，降低振動(dòng)強(qiáng)度，而且也有利于取得最佳的掏槽效果。淺埋隧道的掏槽眼應(yīng)盡量布置在隧道底部。以盡可能增大震源至地面的距離。確定整個(gè)爆破設(shè)計(jì)隧道其他部位的炮眼均應(yīng)盡量按照淺密原則布置。即一次爆破深度（規(guī)模）不宜太大。炸藥盡可能均勻地分布在布置較密的炮眼中，這樣可避免裝藥過(guò)于集中。周邊炮眼應(yīng)按光面爆破設(shè)計(jì)。必要時(shí)應(yīng)在兩裝藥孔間加打空眼以減振。周邊眼還應(yīng)采用小直徑藥卷不耦合裝藥或串狀間隔裝藥結(jié)構(gòu)。有時(shí)在條件允許時(shí)，也采用預(yù)留光面層光面爆破技術(shù)。但是，如果周邊眼進(jìn)行預(yù)裂爆破，則進(jìn)行預(yù)裂的周邊眼將成為產(chǎn)生最大振動(dòng)速度的，同段起爆藥量最大的炮眼。這時(shí)，應(yīng)用前述方法計(jì)算出允許最大段藥量，必要時(shí)預(yù)裂的周邊炮眼分幾次起爆。預(yù)裂有利于主體爆破減震。所有的炮眼均應(yīng)在炮眼口堵塞至少不少于20cm長(zhǎng)的炮泥。4.7.全程振動(dòng)監(jiān)測(cè)進(jìn)行隧道微振動(dòng)爆破時(shí)，應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工全過(guò)程的爆破振動(dòng)觀測(cè)。測(cè)定應(yīng)在施工隧道后方幾十米范圍內(nèi)選擇幾個(gè)觀測(cè)斷面，并在拱頂，拱腰或拱腳，邊墻中部及隧底設(shè)置測(cè)點(diǎn)。同時(shí)，應(yīng)在地表沿隧道開挖方向一定范圍內(nèi)的地面，或是各種房屋建筑物的梁，柱及不同樓層地面上設(shè)置測(cè)點(diǎn)。如近鄰有已建成隧道或其他地下建筑，或是緊鄰施工的Ⅱ線隧道等，則應(yīng)在其內(nèi)選定若干觀測(cè)斷面布置測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)一般可只觀測(cè)垂直向振動(dòng)速度。如有可能應(yīng)爭(zhēng)取布置一定數(shù)量三向振動(dòng)速度測(cè)點(diǎn)。對(duì)于已有地面及地下建筑物，應(yīng)在開工前即會(huì)同有關(guān)單位及業(yè)主對(duì)其原有狀況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并形成共同簽認(rèn)的文字記錄。5隧道控制爆破工程實(shí)例5.1.宜昌云集隧道宜昌云集隧道一條穿越東山，連接老城區(qū)與開發(fā)區(qū)的城市隧道。穿過(guò)砂巖加泥巖地層，屬Ⅲ類圍巖。隧道寬12.16米，高8.36米。穿越宜昌火車站段埋深僅15.8米。地表有候車大廳，旅館，站臺(tái)等建筑，多為磚混建筑。由于宜昌火車站候車大廳跨度大（40米×50米），砌石基礎(chǔ)僅78cm且無(wú)圈梁。磚柱承重等致使其抗震性較差。經(jīng)研究其安全振動(dòng)速度定為不大于0.8cm采取的減震措施有：減震掏槽：掏槽角為60°的楔形掏槽，并布置在斷面中間偏下部。短進(jìn)尺：穿過(guò)火車站地段每循環(huán)堅(jiān)持進(jìn)尺為0.5米。允許最大段裝藥量計(jì)算：由公式，工地實(shí)地觀測(cè)得出本工程，代入上式得：公斤。計(jì)算出的允許最大段裝藥量（不同R時(shí)）表22：表22允許的最大段裝藥量微差爆破：同一開挖分區(qū)內(nèi)用非電毫秒雷管分段爆破；不同分區(qū)間限于器材條件，用不同長(zhǎng)度導(dǎo)火索延時(shí)起爆。而且本工程進(jìn)行的36次振動(dòng)監(jiān)測(cè)中，所使用的相鄰段間25ms的小間隔微差，未發(fā)現(xiàn)疊加現(xiàn)象。認(rèn)為是由于藥量很小，主振頻率較高的緣故。圖9宜昌云集隧道炮眼布置圖云集隧道施工中，對(duì)采用微振動(dòng)控制爆破開挖和使用靜態(tài)破碎劑施工進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)：爆破開挖月進(jìn)度提高4~9倍，成本降低了70%。5.2.重慶市石黃隧道重慶市石黃隧道位于重慶市渝中區(qū)，是連接長(zhǎng)江大橋與黃花園大橋的通道。隧道為雙洞四車道，左線長(zhǎng)1034米，右線長(zhǎng)1006米。曲墻半圓拱，凈跨10.96米，凈高7.434米。隧道穿過(guò)Ⅲ類圍巖。巖性為砂質(zhì)泥巖，石英砂巖，地下水集中，圍巖強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差。隧道上方洞室多。對(duì)新建隧道安全構(gòu)成威脅的有兩處，一是輕軌地下隧道，其底板距新建隧道拱頂4.8米。二是兩處人防洞室，其底板分別距拱頂6.5米和5米，且一處洞內(nèi)積水。隧道共有兩段，計(jì)約110余米長(zhǎng)基巖厚度僅有5~15米。其最淺處基巖厚度僅3.7米。而且隧道軸線寬60米范圍內(nèi)民居密集。多為2~7層的磚混結(jié)構(gòu)及7~14層新建高樓。其中部分舊樓年久失修，抗震性差。重慶市公安局規(guī)定的爆破作業(yè)振動(dòng)速度安全指標(biāo)為：一般建筑；危舊房屋。據(jù)此，本隧道規(guī)定：建筑物及房屋，隧道洞內(nèi)。采用雙重復(fù)式楔形掏槽，周邊眼光面爆破。全斷面分成７部分開挖（圖10）。按下列公式計(jì)算最大一段裝藥量。炮眼深為1.5m~2.0m。kg,測(cè)試得到：。圖10重慶石黃隧道開挖方案在隧道頂部地表及高樓危房共布置了13個(gè)觀測(cè)斷面。監(jiān)測(cè)104次。其中95.7%（89次）的數(shù)據(jù)顯示均小于2cm/s。石黃隧道兩條隧道線間距31m，凈間距18m。施工時(shí)左線先進(jìn)，右線滯后。為了確定兩洞開挖面爆破時(shí)合埋的安全距離，進(jìn)行了兩洞開挖面不同距離時(shí)，左線爆破右線洞內(nèi)的振動(dòng)測(cè)量，結(jié)果如下：表23兩洞工作面距離（m）121518222630爆破振動(dòng)速度（cm/s）3.653.613.583.262.652.46由此可知，采用微振動(dòng)爆破方法施工的左線隧道，兩洞開挖面間距在10m以上，即可保證兩個(gè)隧道同時(shí)安全掘進(jìn)施工。同時(shí)，施工中地面房屋也未造成損害。5.3.青島市地鐵青紡醫(yī)院車站青島地鐵Ⅰ期工程的青紡車站和該站至水清溝車站長(zhǎng)1240m的區(qū)間隧道共同作為地鐵試驗(yàn)段工程。區(qū)間為雙洞單線。青紡醫(yī)院車站長(zhǎng)218m,為單拱大跨結(jié)構(gòu)，寬18.5m，高14m，矢跨比為1：3。車站及通道均建于堅(jiān)硬完整的花崗巖內(nèi)。車站埋深10米，地面有街道及陳舊樓房，地下管線縱橫，距最近自來(lái)水管僅1.5m。圖11青紡車站開挖部分圖12車站導(dǎo)洞爆破方案為了更好的控制爆破振動(dòng)強(qiáng)度，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整爆破方案。主要成果如下：埋深（R）超過(guò)8m時(shí)，。車站主振頻率為20~80Hz，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)1秒。通過(guò)街道及危樓時(shí)，全斷面分7次起爆，每次又分15段。在采取其它措施很難滿足振動(dòng)速度控制要求時(shí)，唯一可行的辦法就是設(shè)法進(jìn)一步減少最大同段裝藥量。上半斷面導(dǎo)洞最大振速由掏槽產(chǎn)生。后采用雙楔形掏槽，并在中線上加打2~3個(gè)“預(yù)裂孔”，深度為掏槽孔的2/3左右，裝藥量為1/3~1/2。最先起爆試驗(yàn)表明，振動(dòng)可降低20~30%。掏槽位置在隧道底部。5.4.濟(jì)南市開元寺隧道開元寺隧道位于濟(jì)南市南郊，雙洞單向雙車道，左線長(zhǎng)1453m,右線長(zhǎng)1501m。左右線間距40m，進(jìn)口700米淺埋，埋深不足30m，左線有200m穿過(guò)住宅區(qū)，樓房基礎(chǔ)距隧頂僅20m。隧道高10m，寬16m，斷面積為140。分上下半斷面施工，上半斷面高6m。隧道穿過(guò)底層為厚層石灰?guī)r，工期緊迫，要求每晝夜進(jìn)度不小于3m。在通過(guò)淺埋并通過(guò)地表民居段時(shí)，按弱振動(dòng)爆破方法施工。并先期在安全區(qū)段內(nèi)進(jìn)行了爆破振動(dòng)測(cè)試。不僅得到了本工程的值，而且對(duì)產(chǎn)生最大振動(dòng)速度的掏槽方案進(jìn)行了多次優(yōu)化，主要成果有：優(yōu)化后的掏槽方式