开挖爆破对邻近隧洞的震动影响研究

【摘要】在工程建设的过程中，开挖爆破是隧洞建设的常见步骤，然而开挖爆破常常会导致邻近的隧洞产生震动的影响，基于如此，本文重点对开挖爆破对邻近隧洞震动的影响进行了深入的分析，目的是减少开挖爆破对周边环境的影响。

【关键词】开挖爆破；邻近隧洞；震动；影响

中图分类号： P633 文献标识码： A

一、前言

在工程建设的过程中，一方面我们希望工程能够顺利的进行，另外一方面，我们也希望对周边的环境最小程度的影响，而在开挖隧洞爆破的过程中，会对周边的隧洞产生一定的影响，因此需要采取一定有效的措施。

二、开挖爆破对邻近隧洞的震动影响概述

在工程建设过程中，经常会出现两条平行隧洞并行开挖或者在既有隧洞附近新建一条隧洞的情况，施工隧洞的爆破开挖可能会引起邻近隧洞产生震感，并且对邻近隧洞产生一定的负面影响。

国内外学者对邻洞爆破震动影响问题已做了许多研究。Datta等人用渐近匹配展开法研究了柱形空腔的SH波、P波和SV波的散射，得到了远场渐进表达式及数值结果并对任意柱形空腔的动应力集中和位移场进行了研究；刘慧用DYNA2D软件和动光弹试验模拟了近距侧爆情况下马蹄形隧洞动态响应特点；阳生权用ADINA软件模拟了小线间距施工隧洞爆破地震影响下既有隧洞围岩的动态响应问题。

三、隧洞施工现场爆破震动测试

1、对邻近隧洞震动测试

本文以浅埋大跨隧洞施工为例，探索了在隧洞爆破的过程中对邻近隧洞震动的影响。浅埋大跨隧洞工程施工企业的施工技术人员在进行现场施工爆破震动测试应该认真的采集掘进施工爆破过程中的地表振速，并且施工技术人员还应该对隧洞洞内的衬砌的振速进行认真的监测，从而能够准确的分析出地震波的衰减规律。各种介质中的爆破地震波中的能量在爆炸释放的能量所占的比例不尽相同，分别为4%～21%，再者，靠近爆破区域的地方，其破坏效应远远要比距爆破区域较远的地方的破坏效应大得多，故而，人们经常对爆破地震波能量特征视而不见。爆破地震波和地壳运动引起的地震波不同，爆破地震波显示出许多特点，主要有：第一，其内频率的丰富性；第二，威胁频率或频率段的集中性；第三，低频爆破地震波的传播范围广。

施工企业开挖中导坑虽然能够有效的避免大断面受到施工爆破的危害，但是，其他部分的在进行开挖施工爆破过程中地表受到的震动危害较为严重，地表的震动效应还是超过了下断面水平孔拉槽爆破产生的震动效应[1]。

由于下断面的施工爆破产生的震动效应大多集中到混凝土的衬砌上，因此施工技术人员可以通过分析混凝土衬砌上的振速情况合理的调控下断面拉槽施工爆破的参数。由于浅埋大跨隧洞成形后，岩体的整体结构会发生较大变化，成洞区域的地表振速会增加。由此可见，施工技术人员通过对浅埋大跨隧洞施工现场爆破进行震动测试，集中采集振速情况，从而可以充分了解施工人员在进行隧洞爆破过程中各个断面和地表产生地震效应的强弱情况，对于保证施工爆破过程中地表和隧洞洞身的安全具有重要作用。

2、对邻近隧洞爆破测试的理论基础

爆破地震动传播机理研究主要包括地震动的波谱特性、能量衰变特性及地震动模拟方法等相关理论与试验研究，由于地质条件的差异性，这方面的研究又划分为不同的具体研究方向[2]。林大超等引入了将爆炸地震的地面运动速度分解为一个确定性的幅值衰减函数和一个随机振动响应函数的乘积进行描述的基本方法，对近地表爆炸地震引起的地面竖向振动速度的实验测试结果进行了简要的分析。结果表明：近地表爆炸地震的地面竖向振动速度随机波动分量的双对数功率谱在10～700Hz的频率范围内满足近似的线性关系，功率谱指数介于2.51～2.85之间，由此得到非平稳地震地面振动速度的演变谱密度方程。张奇等从爆破工程安全设计和地震波毁伤目标分析出发，采用测量爆炸地震波，并进行FFT变换和频谱分析的方法，对爆炸地震波频谱特性进行了分析。结果表明：爆炸地震波频谱特性受距离的变化规律以及传播路径、炸药量、装药位置等因素影响；地下埋置药包的爆炸地震波低频域优势明显，地震波从低处向高处传播时，频域中的高频部分有所扩大。李洪涛等基于地震学相关理论，研究了爆破地震波的能量衰减规律，表明峰值能量随距离的衰减系数同振速衰减系数呈2倍关系，对于同一场次的爆破而言，爆破地震的总能量同峰值振速的平方近似成正比例。国胜兵等[基于非平稳随机过程模型和爆炸地震能量守恒与经验关系，提出了能够考虑装药量和爆破距离的爆炸地震波功率谱密度和幅值包络线模型，并利用实测的爆炸试验数据，对模型参数进行标定，给出单点、两点（微差）和多点（微差）爆炸地震波实用模拟方法。上述研究不仅表明进行浅埋隧洞围岩掘进爆破地震动传播机理的研究具有理论可行性，也为开展这项研究提供了研究方法和技术路线方面的引导。[3]

四、降低爆破振动技术措施分析

在进行隧洞工程中，据笔者多年的施工经验，在隧洞出口处一般而言岩石都风化破碎的厉害，在这种情况下进行对隧洞的爆破，将会面临着比较复杂的力学特征，由于这些岩石的稳定性相对而言比较差，在进行爆破施工过程中，很可能会由于岩石的周围的应力方向发生的偏转或者是偏移，在这种情况下，很容易让爆破不够准确，难以满足隧洞施工的要求，为了保证工程质量不得不进行重新爆破，这种情形下，很容易造成误工或者是出现一些安全隐患。所以，为了消除这些隐患和降低爆破振动带来的破坏和伤害，我们必须采取一定措施，预备和设计出最好的爆破方案。

虽然爆破施工是整个隧洞工程的重要环节，但是其伴随着的振动也会造成很多的损害，比如造成很多潜在的安全隐患，威胁着整个隧洞工程的安全施工。笔者将将结合多年的施工经验，从以下几个方面分析降低爆破振动的技术措施。

1、爆破振动跟踪监测

在加强对降低爆破振动的技术措施中，首先要做到的便是对振动实施科学严格的振动监测，要通过严密的振动监测寻找出爆破振动所带来的规律，在此基础上，结合工程的具体实际情况，合理的调整隧洞的爆破方案，并做好数据的记录，并和原有的爆破方案作出对比，结合监测结果采用有效的爆破振动控制措施。

2、减小爆破夹制作用

在进行爆破振动降低过程中，要能根据不同时段的隧洞地质地貌情况，对掏槽的方案进行及时，科学，合理的调整，同时，要优化爆破过程中引爆的顺序，最大程度的减少爆破的夹制作用，如此，可以最大程度的降低整个爆破的振动作用。将一次爆破的所有炮孔分成多段起爆，选择合理的分段方式和起爆顺序，可减弱爆破作用对邻洞的影响；为避免微差爆破延时时间不够或延时误差造成应力波叠加，从而使震动加强，在选择雷管段数时，应加大相邻段别的段位差。

3、充分利用雷管引爆延时分散性

在进行隧洞爆破时候，在遇到隧洞断面实施扩展，且已经扩展到扩槽或者是周边的眼爆破的情形下，就需要结合工程的实际情况和爆破的目标，安排高段位的雷管并安全引爆，在这种情况下，具有很好的爆破临空面积，雷管的点火延时分散性很好，在进行爆破设计过程中，可以结合工程情况适当的增加一些爆破炮眼的数量，不仅仅不会让爆破的振动强度增加，而且有助于让爆破施工的安全性增加，同时也能够让爆破取得更为理想的效果。

五、结束语

总之，从以上论述结果表明，隧洞爆破会对周边的邻近隧洞在振动方面会产生非常大的影响，因此在实际施工的过程中需要针对性的采取有效的减震措施，从而保证邻近隧洞的安全。

参考文献

[1]张忠伟，朱传云，姜清辉等.引水隧洞爆破开挖对邻近建筑物的振动影响分析[J].爆破，2014，（1）：82-85.

[2]田运生，费鸿禄，左金库等.下穿引水隧洞爆破振动影响新建铁路隧洞响应测试[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2013，（9）：1166-1171.

[3]毕继红，钟建辉.邻近隧洞爆破震动对既有隧洞影响的研究[J].工程爆破，2014，（4）：69-73.