隧道爆破施工合理毫秒延期时间的数值初探

隧道爆破施工合理毫秒延期时间的数值初探
摘要：在隧道施工过程中，毫秒延期爆破可以有效的改善爆破效果降低爆破震
动效应，目前在施工工程中的应用相对比较广泛。

毫秒延期时间通常情况下都是
根据实践经验所得出的，而真正的通过理论与实践专门针对数值所进行的研究却
比较少。

因此本文主要针对隧道爆破施工毫秒延期时间的数值进行了深入的探讨
研究，详细分析了药量对爆破震动效应的影响、不同毫秒延期对隧道的影响等，
并且本文根据科学合理的分析结果做出最后的安全判断，进而给出一个更加合理
的毫秒延期爆破时间。

希望通过本文的研究能够使得施工爆破得到更为科学的使用，能够在安全的基础上得到更为广泛的推广与应用。

关键词：隧道爆破; 毫秒延期间隔时间; 数值模拟
1 控制爆破震动效应的方法
自从改革开放以来，我国的工程建设项目逐渐发展，日益在国家经济中显示出重要的地位。

其中隧道工程、地下工程对于经济发展大的作用越来越大，同时也越来越受到国家和社
会的重视。

隧道施工对于施工技术和施工安全方面的要求比较高，隧道开挖的主要方法是钻
爆法，这种方法的适用地质比较广泛，成本费用低下，对技术方面的要求比较低，因此应用
的比较广泛。

但是，钻爆法会产生强烈的爆破震动，这会对隧道周围的岩石结构等造成严重
的损伤，影响整个隧道施工的安全。

因而，对于爆破震动效应的控制逐渐成为爆破工程研究
的重点内容。

从当前情况来看控制爆破震动效应的方法有很多种，其中比较常见的是控制最
大段药量以及毫秒延期爆破干扰降震法。

控制最大段药量研究方面，有关研究显示，测点震动速度与微差爆破时最大段装药量呈
指数相关，是正相关的关系。

在选择合理的毫秒延期间隔时间方面，有关研究表明爆破震动
频率的重要影响因素是延时间隔，也就是说如果能够对延时间隔进行合理的控制与改变就能
够有效的使爆破震动频率避开建筑物的自震频带，将爆破震动的破坏降到最低，或者避免爆
破震动破坏的发生。

通常来说，毫秒延期间隔时间采用8-25ms即可，但是不同的地区，不
同的物质对于爆破的反应程度不同，不同研究者的标准也大不相同，因此推荐的毫秒延期间
隔时间存在着一定的差异。

对于以上两个方面的理论研究工作主要是求证和测量。

但是由于会受到实际环境差异、
施工难易程度等的影响虽然会给出具体的微差延期时间，但是这个时间是很难控制的，毫秒
延期爆破的效果也是很难控制的。

因此在实际的现场施工过程中，最为合理的毫秒延期间隔
时间都是通过现场的爆破试验所得出的，几乎很少会通过数值模拟进行时间研究。

本文以泮春隧道为研究背景，运用定量研究的方法研究不同毫秒延期时间对隧道衬砌的
影响，研究振动速度与安全之间的关系，并且通过严密的对比分析给出合理的毫秒延期爆破
间隔时间。

2 毫秒延期时间和振速判据选取
2.1毫秒延期时间
微差起爆技术作用理论包括很多种，不同的理论所采用的毫秒延期时间计算公式有所不同，但是每一种理论与其计算公式都有着存在的价值。

2.2安全振速判据选取
隧道的钻爆施工最为常见的支护形式是衬砌，是一种具有现代化特点的支护形式。

隧道
的钻爆施工所产生的震动会对衬砌造成一定的影响，因此爆破施工一定要保障衬砌的稳定性，以确保在场人员和施工设备等的安全得到有力保障。

本文研究的泮春隧道所取的安全振速为2.0 cm/s。

3数值模拟结果分析
3．1 最大段药量的影响
数值模拟过程当中，装药量主要分为两种情况：爆破药量为56 kg和爆破药量为28 kg。

如下图4（a）所示，为爆破药量为56kg时的衬砌峰值等效应力云图，本文所研究泮春隧道
爆破药量为28 kg 时的衬砌峰值等效应力云图。

由这两图相比较可以看出，爆破药量为56kg
时，拉应力峰值约为6．1 MPa，爆破药量为28kg时，拉应力峰值约为2． 9MPa，相较于第
一种降低幅度较大，约为51． 2%。

绘制的衬砌环向相应测点的振速时程曲线。

根据图像可以看出爆破药量为56kg时的振速
较爆破药量为28kg时的振速低约52．7%。

由此可见，爆破药量与振速有着一定的关系，相应的减少药量可以有效的降低振速，降
低物体爆破的反应，因此衬砌支护也可以随之得到保障，施工安全性能大大提高。

3. 2 不同毫秒延期间隔时间的影响
根据为药包布置方式图可以看出，在药包起爆时，相应测点存在最大值，本文研究的泮
春隧道的峰值为14cm/s，而采用毫秒延期爆破时，其振动速度相对于第一次有所降低，其最
大值约为12cm/s，经过多次毫秒延期爆破试验，虽然延期间隔时间有所不同，但基本上相差
无几，并且相同测点振动速度大的波形是大致相同的。

由上述结论可知，最大单段药量会对爆破震动效应产生直接的影响效果，且沿衬砌环向
最大振速测点位于起拱处。

因此我们可以大致得出以下几个方面的结论：
( 1) 相应测点的振动速度峰值与距离掌子面的距离有关，距离越近，峰值越大。

( 2) 实际的施工地质条件和岩石特点存在一定的复杂性和多变性，因此导致了其震动传播也具有相应的复杂性，而这也是隧道施工操作难度比较大，难易控制毫秒延期间隔时间的重
要原因之一。

( 3) 隧道衬砌安全支护距离受到毫秒延期爆破间隔时间的影响，其安全距离会根据毫秒延期爆破间隔时间的不同而进行相应的调整和改变，以保证衬砌支护的安全，保障隧道施工周
边的安全。

4结论
通过现场的实际调查研究可以发现，毫秒延期爆破技术与最大单段药量的关系最为关键，想要实现毫秒延期爆破技术的优化就必须首先实现对最大单段药量的控制。

其次震动效应会
受到与撑子面距离的影响，距离越近，震动效应越大，而衬砌作为安全支护则更加应该在爆
破施工中得到保护，以确保施工安全，避免一切损害或将损害降到最低。

不同的毫秒延期时间所对应的衬砌支护安全距离是不同的，不同的毫秒延期时间的爆破
效果也是有所不同的，想要达到最好的爆破效果就需要不断进行试验，来计算出最佳的毫秒
延期间隔。

试验结果显示，当毫秒延期时间为40 ms、50 ms、60 ms时，其爆破效果最好，
但是这种较长的毫秒延期间隔在实际的工程施工过程中是不合理并且不可取的。

因此，一个
合理的毫秒延期间隔时间不仅需要根据数值模拟结果，还需要严格按照实际施工现场状况进
行计算。

本文所采用的就是定量研究的方法，本文的研究方法以及模型的采用是符合实际规
律的，应当在具体的工程项目中根据现实情况修正后进行广泛的推广和应用。

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作者简介：周明聪（1981-），助理工程师，本科，主要从事爆破施工工作。