隧道工程爆破振动控制技术研究

隧道工程爆破振动控制技术研究
摘要：随着时代的不断发展，人们对交通运输的需求也逐渐上升，各种隧道的
建设也在紧锣密鼓地开展。

隧道开挖施工涉及的工艺和相关的技术比较复杂，需
要专业技术人员进行操作。

从安全因素来看，隧道开挖施工对环境安全的影响主
要是爆破振动影响和开挖引起的围岩应力重分布影响。

在施工前期，隧道的爆破
振动易对周围环境产生影响。

因此，对隧道的爆破工作不能够掉以轻心。

关键词：隧道工程；爆破振动；控制技术
引言
通过对爆破效果和对天然气管道的振动监测结果分析，说明该隧道调整优化
后的爆破方案是成功的。

事实证明，只有从实践出发，通过应用各种监测手段，
获取大量信息，不断总结、优化，才能取得经济合理、安全可靠的爆破技术方案，也只有将可靠的方案应用于工程中，才能保证周围构造物的安全。

1工程概况
目前在建的某高速公路更地坡隧道，位于荔波县水春村北侧，左洞起讫桩号ZK58+083—ZK59+360，总长1277m，纵坡-0.558%；右洞起讫桩号YK58+077—
YK59+353，总长1276m，纵坡-0.5%。

隧道右侧为运营中的中缅天然气管道隧道，其中右洞进口端中心线与天然气管道中心距141m，高于天然气管道25.5m；出口端中心线与天然气管道中心距171m，低于天然气管道18.9m；在YK58+787处，
二者高差为0，对应水平距离为175m。

隧址区山体由石炭系下统大塘组（C1d）
灰岩、泥质灰岩岩体构成，岩体节理裂隙发育，岩石较破碎，隧道洞身围岩岩性
主要为：强～中风化的灰岩、泥质灰岩，围岩级别为Ⅳ、V级。

2主要施工方案及控制要点
隧道洞身按“新奥法”施工，V级围岩采用预留核心土法施工，每循环开挖进
尺按0.5～1m控制；IV级围岩采用台阶法开挖，每循环开挖进尺按2m控制；光
面控制爆破；以控制爆破振速为主进行爆破安全控制，爆破对中缅天然气管道的
质点振速应控制在1.7cm/s范围内。

3钻孔设备及爆破器材的选择
为满足施工安全要求，采用Ф40mm的手持式风动凿岩机进行钻孔，选用
Φ32乳化炸药（爆速在4300～4600m/s，比重1.0～1.3），配套使用1-13段导爆管。

4洞身爆破设计及炸药单耗控制
对炮眼数量和每循环炸药用量的计算｡根据公式N=0.0012sq/ad2来进行计算，N是每循环炮眼的数量，s是开挖断面积（m2），a是炮眼装填系数，q是单位炸药消耗量（m2/kg），d是炸药直径（mm）｡针对每循环炸药的用量可以用公式
Q=q.s.L.n来计算，Q是每循环炸药用量（kg），q是单位岩石炸药消耗量
（m3/kg），s是开挖断面积（m2），L是炮眼深度（m），n是炮眼利用率｡
隧道爆破中需要计算一次允许使用单段最大药量，公式为Q=（V/k）3/a.R3，其中Q是一次允许使用单段最大药量（kg），R是爆破距所保护建筑的直线距离（m），V是保护建筑安全允许系数（cm/s），一般而言，砖混结构振动系数一
般取值为2｡K为150，a等于1.5｡将得出的数据与最近建筑物控制药量进行比较，如果没有超过控制药量数值，表明不会对周围建筑带来伤害。

根据爆破器材情况，采用导爆管孔内延期爆法，起爆顺序根据导爆管段别确定。

根据围岩级别及炮孔布置情况，Ⅴ级围岩上台阶炸药单耗按0.5～0.7kg/m3
控制，下台阶炸药单耗按0.3～0.5kg/m3控制；Ⅳ级围岩上台阶炸药单耗按0.7～0.8kg/m3控制，下台阶炸药单耗按0.35～0.55kg/m3控制。

Ⅴ级围岩最大单孔药
量为1.8kg，最大单响药量为21kg；Ⅳ级围岩最大单孔药量为2.7kg，最大单响药
量为27kg。

5爆破振动监测
5.1振动测试的目的
为了严格控制爆破振动，爆破时必须对影响范围内的天然气管道进行振动测试，一是研究爆破过程地震波的衰减规律，地质构造及地形对他的影响，地震波
参数和爆破参数的关系；二是研究天然气管道，对于爆破振动的响应特征，这一
响应特征与爆破方式、天然气管道特点的关系。

掌握爆破振动参数，有利于对爆
破参数科学地进行优化，指导爆破作业，实现爆破振动控制及控制爆破信息化施工，将爆破振动控制在允许范围内，确保天然气管道安全。

5.2振动测试的内容
主要测试内容有：质点峰值振动速度和主振频率等。

5.3测试仪器的选择
根据项目特征选用TC—4850爆破测振仪。

5.4现场测点布置
根据爆区周围环境和监测要求，每次检测共布设6台传感器，每次布点不少
于3个，布置规律为：从爆区作垂线与天然气管道正交，在交点处布置1台仪器，其余仪器沿天然气管道分别布置在交点两侧。

5.5测试结果
自洞身开始掘进以来，每次爆破时均进行了振动测试，对进、出口端各级围
岩初次爆破和参数优化后的各月测试结果最大值进行了对比分析，分析可知，进
口端各级围岩初次爆破时，其振动速度均较高，但均小于1.7cm/s，在允许范围内。

由于爆破区域距天然气管道相对较近，为减小影响，对爆破方案进行了优化；而隧道出口端由于整体施工进度较进口端慢，故爆破时，直接借鉴进口端优化后
的结果，不需再行探索。

6爆破设计优化
每次爆破后，检查爆破效果，综合振动速度的测试结果，分析原因，及时修
正爆破参数，以提高爆破效果，改善技术经济指标。

主要优化策略如下：（1）根据爆破效果修正掏槽方式。

（2）根据爆破后石碴的块度来修正辅助眼的孔间距，调整单孔用药量。

石碴
块度小，说明辅助眼布置偏密，石碴块度大说明辅助眼偏少。

（3）根据爆破后轮廓线的线形、平整度及炮孔残留量，修正周边眼距轮廓线
的距离、钻孔角度、孔的间距及单孔装药量。

（4）根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正孔间距、孔深，改变循环
进尺，调整炸药单耗。

（5）根据掌子面凹凸情况修正炮孔深度，使孔底基本上落在同一断面上。

（6）根据爆破振动速度监测结果，调整孔内导爆管段数，改变连接及起爆方
式（孔间采用3段导爆管串并联逐孔起爆），控制最大单响药量。

7爆破安全保证措施
根据《中华人民共和国石油天然气管道保护法》规定，在管道专用隧道中心
线两侧各1000m及管道中心线两侧各200m地域范围内，因修建铁路、公路、水
利等公共工程，确需实施采石、爆破作业的，应当经管道所在地县级人民政府主
管管道保护工作的部门批准并采取安全防护措施。

施工前需将管道保护施工方案
和专项应急预案报管道所在县人民政府主管管道保护工作部门备案，接受管道保
护部门交底。

同时，应采取措施确保爆破安全：
（1）选择科学合理的爆破时差。

爆破时差对爆破效果和爆破技术水平非常重要。

本工程选择了比较合理的爆破时差，可以充分保护附近的公路建设和建筑等。

为了避免爆破时的地震波与前一段爆破的地震波重合，可以采取人工干预的方式，增加雷管的段数，以此确定和选择合适的爆破时差[1]。

（2）采用微差起爆的方式。

采用微差起爆的方式可以充分保证爆破效果。

首先要布置合理的起爆顺序，可以采用分批起爆的方式，先破坏被爆岩石的拱形结构，使其具有自坍趋势，从而减少炸药量的目标。

（3）采用预裂爆破方式。

欲裂爆破在隧道爆破中的应用比较普遍，其降震率在30%以上，甚至会达到50%以上。

因此，可以采用预裂爆破的方法减少振动。

（4）加强爆破振动监测，根据监测信息及时反馈，调整钻爆参数。

结束语
首先从实践出发，对隧道工程爆破振动控制技术进行研究。

然后从隧道工程
在爆破过程中所产生的振动及对一定区域内构造物的影响进行了分析。

最后结合
实际工程案例提出了相关控制技术，作了详细介绍，望能为相关行业提供借鉴。

参考文献
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