基于水压爆破的中心空孔掏槽减振措施研究

-110-科学技术创新2019.02基于水压爆破的中心空孔掏槽减振措施研究周兴赵精富肖宏光(中交路桥建设有限公司，北京100010)摘要：本文为解决小断面隧道掏槽孔倾斜角度不能过大导致爆破产生振动较大的问题，在掏槽眼中间引入直径为150mm 的中心空孔，以增加初次掏槽的自由面数量，减少初次掏槽的夹制作用。

同时，掏槽孔采用水压爆破结构并适当的减少装药量。

进而形成了基于水压爆破的中心空孔掏槽减振措施。

现场实测表明:该方法在距离爆源60m的区域内，减震效果在20%左右。

关键词：水压爆破;中心空孔;掏槽减震中图分类号:U455.6文献标识码:A文章编号:2096-4390(2019)02-0110-02爆破施工以其经济性和高效性一直以来都是隧道施工的主要方式。

爆破施工不可避免的会造成噪音问题和振动问题。

噪音问题相对来说危害要小一点，通过合理的选择爆破时间尽量避开休息时间，基本在可接受的范围内。

但是爆破振动问题却会对建筑物造成损坏。

当隧道沿线存在建筑物时，稍有不慎就会造成建筑物的开裂甚至倒塌，影响建筑物的正常使用，由此带来的纠纷问题也是时有发生,影响隧道正常的爆破施工。

爆破施工造成的建筑物损坏问题，不仅因为赔偿问题增加施工成本,而且给施工单位带来了很多负面的影响。

因此,对爆破施工减震措施的研究就很有工程实际意义。

大量的工程实际监测表明：掏槽孔爆破产生的振动速度最大。

本文基于此，在掏槽孔中心设置一个直径为150mm的空孔，目的是减少初次掏槽的夹制作用，同时掏槽孔采用水压爆破，并对掏槽孔装药量做适当的减少。

现场实测振动数据表明，起到了较好的减振效果。

1水压爆破研究现状水压爆破是最先由我国著名的爆破专家何广沂教授提出，2002年通过省部级鉴定,2006年获得国家级工法,2007年获得发明专利。

水压爆破成功解决了工程爆破中多年存在的“不能充分利用炸药能量”和“爆破产生的粉尘严重污染环境”两大难题。

同时也是我国隧道掘进技术从“湿法”钻孔代替“干法”钻孔、从非电起爆代替火爆和电爆以来的第三个质的飞跃和变化。

水压爆破与常规爆破的区别在于:在炮眼装药结构中放置了特制的爆破水袋，同时炮孔口用炮泥封堵。

常用的结构是在炮孔底部和炮孔孔口各放一个水袋。

水压爆破充分利用了水的不可压缩性，使的爆炸产生的能量可以较均匀的，几乎不损失的传到炮眼周围的围岩中，同时爆炸后形成的高压水被挤入爆生裂隙中，形成“高压水楔”，这种“高压水楔”的尖劈作用可以加剧岩石中裂隙的延伸和扩展，使破碎块度更加的均匀；另外,炮眼中的水在高温高压下被雾化，可以吸收爆破产生的有害气体和粉尘，起到雾化降尘的作用，可以改善洞内空气质量。

水压爆破的优点为:“三提高,两减少，一保护”，即提高循环进尺，提高炸药利用率、提高光面爆破效果;减少洞渣大块率,减少对周围围岩扰动;粉尘含量降低.保护作业人员健康陀。

王清洁等a在人防工程、阵地工程隧道掘进中进行水压爆破，起到了很好的控制了爆破震动的效果，同时破碎围岩较均匀，大块率降低，有利于机械化施工，显著提高了经济效益。

司小东等同以青岛地铁1号线某暗挖区间为例对常规爆破和水压爆破的比较分析,研究表明:水压爆破提高炸药有效能量利用率，减弱爆破振速和减少对周边建筑物及居民的扰动起到显著作用。

乔树伟问对常规爆破和掘进水压爆破技术的爆破参数、技术指标以及经济指标进行对比分析，并对掘进水压爆破的工艺流程、爆破参数、装药结构、材料用量进行系统的分析，总结得出掘进水压爆破施工技术的注意事项。

2中心空孔掏槽研究现状李启月等问基于空孔直眼掏槽的基本形式，运用三维有限元软件LS-DYNA,模拟了槽孔与3种不同直径空孔的动态破碎贯通过程，得到了直眼掏槽爆破应力分布规律。

模拟结果表明:空孔在掏槽爆破中提供初始自由面，对槽腔岩石破碎具有导向作用。

汪海波等巾通过数值计算表明，空孔具有提高应力波峰值和延长作用时间的优点，空孔周围岩体中应力波值为传统直眼掏槽的2.2倍，使得岩石破碎更为均匀、降低大块率。

同时，直观表现了直眼掏槽时爆炸应力波在空孔处的应力叠加和反射拉伸现象、以及空孔具有的导向作用。

曹正龙等冏通过掏槽区打空孔、改变炮眼布置等手段减少掏槽区的爆破振速，将极小净距交叠隧道工程爆破施工中的振速峰值控制在安全范围内。

李梓院等円以青岛地铁1号线瑞金路车站为工程背景，采用大直径中空孔直眼菱形掏槽，中空孔选取孔径为150mm,可以最大程度地为首响孔的爆破增加自由面,有效减少传向地表振动波的能量,降低首响孔爆破时岩石的夹制作用.从而达到减振的效果。

3工程实例贵安新区核心区污水处理厂尾水排放通道工程2标段起讫桩号为K4+700-K9+000,由5#隧洞、6#隧洞和7#隧洞组成，隧洞区域地质构造属扬子准地台黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区，褶皱、断裂较发育，地层以缓倾为主，近褶皱、断裂部位相对较陡。

隧洞为圆拱形断面,尺寸为3.8mx3.4m,直墙高度为1.5m,上部为半径1.9m的半圆，爆破开挖面积S=17.8m2,采用全断面爆破开挖。

对于大断面的隧道，可以实现大角度倾斜的多级楔形掏槽来达到掏槽减震的目的，但是工程开挖断面面积为17.8m?,由于工作空间的限制，大角度倾斜炮孔施工起来很困难，只能采用小角度倾斜炮孔，多数炮孔都是垂直掌子面设置的，因此掏槽孔的爆破夹制作用很大，第一段掏槽孔在爆破之后岩石很难被抛掷出来，没有形成良好的中心临空面,导致第二段掏槽孔爆破夹制作用依然很大，进而直接影响后面辅助眼和周边眼的爆破效果。

因此,考虑采用中心空孔的菱形小角度斜眼掏槽.同时掏槽眼采用水压爆破。

水压爆破装药结构如图1所示。

炮孔垂直深度一般为1.5m~2.5m,中心空孔直径为150mm,超前装药炮眼垂直深度0.2m~0.3m。

炮孔直径为40mm o现场采用二号岩石乳化炸药，药卷直径为32mm,雷管采用普通塑料毫2019.02科学技术创新-111-预留空孔»WEB瞬眼Da.初次掏槽眼示意b.1-1'剖面c.2-2'剖面图3初次掏槽眼示意图秒导爆管雷管。

4个初次掏槽孔(图1中虚线框中所示)成菱形布置，如图3所示，初次掏槽孔与中间空孔之间的距离为0.5m,炮孔向中心孔倾斜5~10度，之后炮孔自中心孔向外根据情况逐渐减少向中轴线的倾斜角度；二次掏槽炮眼倾斜角为5~10度，倾斜角度略小于初次掏槽眼。

辅助眼倾斜角度为0~5度，周边眼、底板眼垂直掌子面。

实测振动数据显示，振动速度最大的时刻在第二次掏槽眼爆破的时刻，即为图2中的雷管段别为5段的爆破，齐爆药量为12kg。

对常规爆破和中心空孔水压爆破两种情况，采用“成都交博科技——M20型智能爆破测振仪”在隧道内部监测了距离掌子面20m、35m、50m、65m、80m、95m处的6组爆破振动数据。

统计其最大爆破振动速度如表1所示。

表1两种掏槽形式最大振动速度统计表距离"m203550658095振动磁常规爆破 5.095 3.432 1.792 1.3930.9940.807 V(cm/s)中心空孔水压爆破4.301 2.861 1.453 1.1230.8930.761由以上数据可知，中心空孔的水压爆破掏槽相较于常规爆破.可以较为明显的降低爆破振动速度。

距离爆源20m、35m、50m、65m、80m、95m处减振率达到了15%J6.6%、18.9%、19.4%、10.1%、5.7%。

对于距离小于65m的区域,减振率达到了15%以上，在65m区域之外,虽然减振率在10%以下，但是该部分的爆破振动速度基本都小于2014版爆破安全规程规定的一般民用建筑的允许爆破振动速度1.5cm/So因此,中心空孔的水压爆破掏槽爆破在小断面隧道爆破中可以起到良好的减振效果。

同时，考虑到水压爆破可以更加高效的利用爆破能量,在之前常规炮眼的基础上，采用水压爆破时可以适当的减少炸药量,这样单次齐爆药量减少，爆破振动速度可以进一步得到降振控根据萨道夫斯基公式拟合分别得到了常规爆破和中心空孔水压爆破振动速度预测式。

萨道夫斯基公式：y=K(R/Q l,3y a常规掏槽爆破：y=81.229(R/Q")-227中心空孔水压爆破：y=58.559(7?图4反映了公式的拟合情况，可以看出，空孔和水袋主要影响的萨道夫斯基公式中的K值，对Q值得影响较小。

同时从预测线的走势可以看出，中心空孔水压爆破的减震效果主要表现在离爆源距离在100m之内的区域,而且距离越近，减震效果越明显。

距离较大时，由于振动速度本身就很小所以减震不明显。

4结论水压爆破可以充分利用爆炸能量，相比常规爆破可以实现药量适当减少，掏槽效果相同甚至更优的效果。

中心设置空孔的小角度菱形斜眼掏槽可以改善掏槽夹制作用大的问题，对于初次掏槽的振动起到很大的改善作用，减小了二次掏槽的夹制作用。

水压爆破和中心空孔的结合使用可以较好的实现掏槽减震的目的。

中心空孔和水袋主要影响的萨道夫斯基速度预测公式中的K值,对Q值得影响较小。

在距爆源60m的范围内相较常规爆破减振效果在20%左右。

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