隧道爆破开挖平峰降振最佳间隔时差确定

摘要：本文通过理论分析和试验研究，确定了隧道爆破开挖干扰降振的最佳间隔时差。认为当孔间延时为5～8ms时，可以使振动波峰错相叠加，达到平峰降振的作用。通过现场实践证明，当掏槽孔间延时5ms，其余孔间延时8ms时，可以达到理想的爆破和减振效果。为以后工程中应用毫秒延时爆破控制振动，提供了理论依据。

关键词：隧道爆破开挖；电子雷管；平峰降振；最佳间隔时间

Abstract： In this paper， the best interval time of waveforms interference for vibration reduction in tunnel excavation blasting is studied theoretically and experimentally. Think that when the delay time between holes is 5～8ms， can make the vibration waveform superposition and reach the vibration reducing effect. Through the field practice shows that， when the cutting holes delay between 5ms and the remaining holes delay between 8ms， can achieve the desired blasting and reducing vibration effect. The paper laid a theoretical base for the control of blasting vibration in millisecond blasting engineering.

Keywords： Blasting excavation；Electronic detonator；Waveforms interference for vibration reduction；Best interval time；

1引言

对于爆破振动控制，最常用的方法就是采用微差爆破，其降振原理主要有两种方法：一种是将炮孔分组以毫秒量级的时间间隔按先后顺序起爆，使爆破地震波能量在时间上和空间上分散，从而降低爆破地震强度。从降振的观点考虑，需要较长的微差时间，使各段爆破地震波在时间轴上分离；另一种是确定合理的间隔时间，使先后起爆的炮孔产生的地震波相互干扰[1]，以便最大限度地降低地震效应。我们通常使用的是前一种方法，即通过此方法来调节最大单响药量，从而降低振动。后一种方法即我们说的干扰降振或平峰降振，这种方法在我国上世纪80年代就有所提及，此后有许多研究人员对其降振机理、延期时间计算等方面进行过研究[2～4]，由于先前受起爆器材延时精度的制约，这种方法始终没能得到足够的重视。近年随着数码电子雷管的推广应用，为本技术的实施在条件上提供了支持。

对于平峰降振，确定合理的毫秒延时时间，仍是该技术研究的核心和焦点，目前仍没有一个公认的确定方法。本文依托贵阳市北京东路1#隧道，通过理论分析和试验研究结合的方式，得到了该地段隧道爆破开挖的最佳延期时间，并在后期的隧道施工中得到了成功的应用。该方法和结果对以后的工程有重要的参考价值。

2平峰降振机理

常规的微差爆破是将所有施爆孔按单孔间、组孔间或排孔间按毫秒级的时间间隔顺序起爆，使得每一段的爆破振动峰值分散开，图1为单段爆破振动波形。通过合理选择两次爆破的微差间隔，使后爆段产生的地震波的波峰能够和先爆段产生的地震波的波谷于同一时间产生，如图2所示。根据波的叠加理论，叠加部分地震波的振幅应明显减小，使得各段波峰消减，最大限度的降低爆破振动，这便是平峰降振的主要机理。

由图上分析知道，平峰降振的关键技术是确定合理的间隔时间，使先后起爆的炮孔产生的地震波相互叠加，以便最大限度地降低地震效应。文献[4]认为要使前、后段别的爆破地震波按的间隔时间获得理想的叠加是很难实现的，即使在某点可以实现某一谐振波频率的反相错峰，在其余地点或其它频率也不能获得所期望的反相叠加的干扰效果，为此，应取为Δt =1/2t′、3/2t′、5/2t′（t′为地震波的振动周期），使相邻段别的地震波产生反相叠加。从而获得理想的干扰效果，使合成后的地震波振幅减小。

3最佳间隔时间的确定

3.1理论分析

3.2试验分析

普通雷管在毫秒延时爆破中的延时精度差，其精度很难满足延时间隔时间的要求；另外由于普通雷管的延时精度随雷管段数的升高而误差不断增大，与一次爆破振动波形的主振周期相比，就很难实现段间振动波形的正负相消。对于高精度电子雷管，其延时时间可以调整，且延时精度可以达到毫秒级，延时误差也很小，电子雷管的出现，使得通过波形的叠加来降低爆破振动效应成为一种可能。本次试验采用数码电子雷管，在特定的地质条件下进行爆破试验，通过对振动波形参数进行分析，得到最佳的间隔时差。

根据上面分析知道，要确定最佳的间隔时间，首先应了解单个爆破地震波的特性，因此我们做了一组单爆孔爆破试验，图3为其中一个典型的单孔振动波形图。

从表1可以看出，单爆孔爆破主振频率大致在65～82Hz范围内，主振波周期在12.2～15.4ms范围内，最大振速值出现在3.1～3.9ms处，根据式（8）知道，当主振周期为15.4ms时，产生错峰减振的时差为5.1～10.3ms，当主振周期为12.2ms时，产生错峰降振的时差为4～8.1ms。

根据试验分析结果，进行下步的多爆孔爆破试验。试爆时分别选取3ms、4ms、5ms、6ms、8ms、10ms、11ms和12ms的间隔时间进行试验，

通过对试爆后的监控量测数据统计分析，当延时时间间隔在3ms以下或10ms以上时，爆破振速均大于1.2cm/s，但当延时时间间隔控制在5～8ms之间时测点振速均在1.2cm/s以内，具体见表2。

4应用实例

贵阳市北京东路1#隧道，净高8.01m，单洞净宽14.79m，断面积171m2；隧道主要下穿贵开路安置房、贵乌变电站、金狮游泳馆、金狮小区等建筑物密集区，且隧道埋深只有5～20m，根据规定，要求对房屋的振动安全控制标准定为1.2 cm/s，贵乌电站振动安全控制指标为0.5cm/s。为了确保地面建筑物的安全，在隧道开挖施工中，关键地段采取了平峰微振精细控制爆破。

隧道采取微台阶预留核心土弧形导坑法分部爆破开挖，整个断面采用数码雷管逐孔起爆，为保证爆破效果，掏槽孔采用5ms孔间延时，其余孔采用8ms孔间延时，最终达到了良好的爆破效果和减振效果。如图4为2010年7月22日测得的振动曲线图，和非电导爆管雷管（图5）相比，虽然电子雷管施工点距被保护建筑物更近，但从实测的振动波形可以看出，使用隆芯1号爆破振动能量分布均匀，主振频率从92.285Hz 提高到250.977Hz，最大振速由1.567cm/s降低到1.058cm/s，振动持续时间由1s 缩短到265ms，降振效果显著。

5结论

随着高精度电子雷管的推广应用，利用其延时精度高的特性，控制间隔时差使振动波形叠加干扰削弱，达到平峰降振的作用会越来越被人们关注和采用。本文通过理论分析和试验研究相结合的方法，得到了隧道爆破开挖平峰降振的最佳间隔时差；当孔间延时为5～8ms时，可以达到波峰错相叠加的减振效果，该结论在随后的工程应用中达到了显著的降振效果，可为以后的类似工程提供参考。

参考文献

[1] 徐全军，龙源，张庆明，等.微差爆破震动叠加起始位置数值模拟[J].力学与实践，2000， （5）：45～48.

[2] 王林.微差爆破中合理微差间隔时间的研究[J].爆破器材，1995，24（ 1）：22～24.

[3] 杨年华，张志毅.隧道爆破振动控制技术研究[J].铁道工程学报，2010，1（136）：82～86.

[4] 甄育才，朱传云.中远区微差爆破振动叠加效应影响因素分析[J].爆破，2005，22 （2）：11～15.

[5] 张雪亮，黄树棠.爆破地震效应[M].北京：地震出版社，1981.