導語：隧道爆破特性與工程研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為研究隧道施工過程中巖石爆破的特性，探討符合實際工程的爆破間距，依托珠海某隧道，建立炮孔間距分別為20cm、30cm、40cm、50cm的雙孔模型，對數值模擬結果進行分析、研究，最終得到各工況下巖石破碎程度和各質點振速。相互對比分析得出：在同等藥量下，炮孔間距為20cm時的爆破成型效果最好，相比其他工況，其成型尺寸增加到了12cm；各質點距離炮孔都為10cm時，炮孔間距為50cm時的衰減速度比較緩慢，其他工況則比較迅速。而各質點距離炮孔大于20cm時，速度傳播趨于平穩。在實際施工過程中應根據隧道爆破實際效果，因地制宜，動態調整炮孔間距。

關鍵詞：巖石爆破；爆破特性；炮孔間距；振動傳播

爆破作為修建隧道最主要的方法之一，爆破工程應用領域越來越廣，已滲入到各個領域。同時，工程爆破的規模和爆破帶來的振動會產生不利的影響，爆破工程給我們帶來好處的同時，爆破振動的問題也慢慢顯現了出來，是爆破工程中最嚴重的一個問題，在爆破進行時產生的振動已經成為越來越受關注的問題之一［1-6］。因此，國內外有許多學者對于隧道爆破做了大量研究。許德鵬等人［7］運用FLAC3D數值模擬軟件，模擬分析了爆破施工對鄰近隧道的影響，得出洞口開挖的進尺大小對已有隧道的影響較大的結論；李飛等人［8］運用FLAC3D軟件模擬裝藥量對于鄰近隧道的影響，得出相鄰隧道的爆破振速與炸藥量、距離爆源的距離有關；鄭大榕［9］研究需要在城市中開展隧道爆破時，炮孔的布置和起爆點的順序改變、以及適當減少裝藥量、在開挖進尺方面也適當減少，可以很好地控制爆破振動；余德運等人［10］使用ANSYS/LS-DYNA數值軟件模擬得出爆破地震波中的體波傳播的減弱和阻尼槽的寬度以及深度有著密不可分的關系；同時，表面波的傳播的減弱只與阻尼槽的深度有關；高干等人［11］通過使用ANSYS/LS-DYNA數值模擬軟件，給出了在重慶市渝中區修建的玉嶺隧道中，實際的爆破藥量與理論計算出來的藥量不一致的原因。本文依托珠海市某隧道，建立不同炮孔間距的雙孔模型，最終得到各工況下巖石破碎程度和各質點振速；并對數值模擬結果進行分析、研究，為隧道實際爆破提供技術指導。

1工程概況及模擬工況

本隧道項目位于珠海市橫琴新區，具體為：一期工程道路主線，路線北于香江路與中心大道交叉口，沿中心大道向南，下穿已建橫琴大道路基段，如圖1所示。起點香江路至橫琴大道（YK0+000-YK0+910）段為遠期工程，待南部填海區建成后交通需求增多后進不同炮孔間距下隧道爆破特性與工程研究魏學虎（中鐵十六局集團路橋工程有限公司北京101500）摘要：為研究隧道施工過程中巖石爆破的特性，探討符合實際工程的爆破間距，依托珠海某隧道，建立炮孔間距分別為20cm、行修建，不在本次設計范圍。橫琴大道至環島南路（YK0+910-YK5+810）段，及進出口A、B匝道為近期實施范圍，主要為聯通大橫琴山南北交通需求。該隧道大跨段里程為左ZK1+155~ZK1+370（長L=215m）、右YK1+166~YK1+430（長L=264m），其中SD1襯砌斷面適用里程為ZK1+155~ZK1+203、YK1+166~YK1+222，其最大開挖高度16.32m，最大開挖跨度達28.23m，斷面面積大于360m2，主要巖體為花崗巖，圍巖級別為Ⅲ級圍巖。為了研究方便，采用雙孔爆破數值模擬的方式，研究不同間距對爆破成型效果的影響，即炮孔直徑和藥卷直徑d都為32mm，采用徑向耦合裝藥，線裝藥密度為0.6kg/m。模型尺寸為100cm×100cm，同時為了節省計算時間，模型采用“薄片型”，厚度為5cm。計算模型采用映射方式劃分網格，整體網格尺寸控制為1cm，四周添加無反射邊界，上下施加Y方向約束，左右施加X方向約束，前后施加Z方向約束。計算時間控制在1500μs，模型如圖2所示。本文數值模型采用SOLID164“八節點六面體”實體單元，模擬時采用爆破模擬通用的單位規定：長度單位為cm；質量單位為g；時間單位為μs，壓強單位為1.0E+11Pa。本文對不同間距下的隧道雙孔模型進行模擬分析。根據實踐經驗，炮孔間距一般為炮眼直徑的10~20倍，所以，本文中所采用的炮孔間距分別為20cm、30cm、40cm和50cm。對不同工況進行模擬，并對模擬結果進行對比，得到適合實際工程的炮孔間距，以指導現場施工。

2數值模擬結果分析

2.1巖石碎裂程度分析。為研究同等藥量下不同炮孔間距下的巖石碎裂程度，分別選取0μs、30μs、60μs、90μs共4個時間節點，每隔30μs選取1個圖像進行對比，觀察不同時刻巖石的破損情況，破損結果如圖3所示。從圖3~圖5中可以看出，3種炮孔間距下，隨著時間的推移，炮孔周圍巖石在爆破作用下逐漸粉碎，并最后成型形成空腔，達到爆破目的。當炮孔間距為20cm、T=90μs時，藥包周圍的巖石受到高溫高壓的作用，直接被粉碎，形成了2個直徑大概為9cm的空腔，并且由于炮孔間距較小，相互影響，在巖石中間形成了微小的貫通裂縫，爆破效果比較好。當炮孔間距為30cm時，在炸藥爆炸持續時間大概200μs時，爆腔便已形成。炮眼耦合裝藥爆炸時，眼壁遭受的是爆轟波的直接作用，在巖體內一般要激起沖擊波，造成粉碎區，而消耗了炸藥的大量能量。所以炮孔中間并沒有形成相應的裂縫。當炮孔間距為40cm時，由于炮孔間距變大，且炸藥能量有限，爆破效果和間距30cm時相差不大。2.2各質點振速分析。2.2.1炮孔間距。20cm為研究炮孔間距20cm時炮孔周邊巖石的振動規律，在炮孔右邊依次選取5個質點，由于炮孔爆破會產生破碎區，而在破碎區的質點不便于研究，所以所有質點選取在破碎區外。第一個質點離爆心10cm，而后每隔5cm選取1個點，質點編號分別為A68143、B68148、C68153、D68158和E68163，質點分布如圖6所示。各質點的合矢量振速和峰值振速如圖7、圖8所示。從中可以看出，距離爆源近的質點A受到的振動影響最大，最大振速達到了30.5cm/s，但是第二個質點B的速度就迅速衰減了下來，只有17.5cm/s，當波傳到第5個質點的時候，速度已基本為0。2.2.2炮孔間距。30cm與間距20cm有所不同，選取2個炮孔之間的質點作為研究對象。第一個質點離爆源10cm，以后每隔2cm選取1個質點，質點分布如圖9所示。各質點的合矢量振速和峰值振速如圖10⒜、圖11所示。從圖10⒜、圖11中可以看出，綜合X方向的振速，在最靠近爆源的質點處，最大振速達到35.0cm/s，其他的質點振速依次遞減，在將近400μs時，便趨近于0。速度的遞減非常快。從選取的質點來看，最大峰值振速達33.5cm/s，隨后衰減到15.0cm/s左右，然后再上升。并且考慮到是對稱模型，所以，兩邊的速度基本上是對稱的，驗證了數值模擬的可行性。2.2.3炮孔間距。40cm炮孔間距為40cm時質點選取與炮孔間距20cm的一致，各質點的合矢量振速圖和峰值振速如圖10⒝和表1所示。式中：K=78，a=1.58，相關系數等于0.975，都在堅硬巖石的范圍之內，滿足要求。X方向振動數據回歸曲線如圖12所示。由圖12的歸回曲線和擬合公式，可以進一步推導出炮孔間距為50cm時的巖石成型尺寸和振動規律曲線。

3工程應用

在珠海某隧道中，由于爆破的藥量和炮孔間距的不合理，致使超欠挖現象十分明顯，不僅影響施工安全，還延誤了施工進度。為此，應用上述研究并結合現場實際，在施工過程中根據隧道爆破實際效果，因地制宜，動態調整炮孔間距。如果出現超挖，則調大炮孔間距；如果巖石破碎程度不理想，炮孔間裂縫不明顯，則調小炮孔間距。做到一炮一法，以炮定炮。通過上述研究的應用，該隧道超欠挖現象得以改善，爆破效果明顯提升，為現場施工提供了技術指導。

4結論

炸藥在爆破完成以后，雙孔之間的影響因其間距不同而造成的影響也不同，通過上文的探討可以得到以下結論：⑴同等藥量下的不同間距的爆破成型效果如表2所示，間距為20cm時爆破的成型效果發生變化，成型尺寸增加到12cm，并且中間裂縫明顯，貫通良好，有利于爆破面的成型，當為其他間距時尺寸較小，形成的裂縫以及貫通面不明顯。⑵同等藥量下的不同間距的振速變化規律如圖13所示，在不同的炮孔間條件下，當距離炮孔的距離都為10cm時，只有間距50cm時的衰減速度比較緩慢，其他3個間距的速度衰減都比較迅速；當距離炮孔20cm時，速度在以后的傳播中基本上處于一個平穩的數值，沒有太大的變化。

參考文獻

［1］韓翔宇.新建隧道施工爆破對既有隧道振動響應規律研究［D］.成都：西南交通大學，2016.

［2］曾昌.隧道爆破沖擊波傳播機制及危害控制研究［D］.成都：西南交通大學，2016.

［3］蔡軍.地鐵隧道爆破開挖震動效應及多參數安全判據研究［D］.長沙：長沙理工大學，2016.

［4］鄒景波.爆破地震波作用下結構的動力響應及安全評價研究［D］.青島：青島理工大學，2012.

［5］蘇宇.隧道爆破振動對地表及臨近建筑物影響研究［D］.青島：中國海洋大學，2012.

［6］陽生權，劉寶琛.控爆中配電站等安全問題的處理［J］.工程爆破，2000，6（3）：89-92.

［7］許德鵬，吳俊浩，李獻民.隧道洞口段開挖對相鄰隧洞影響的數值分析［J］.路基工程，2015（2）：148-151+165.

［8］李飛，陳衛忠，李術才，等.高速公路淺埋大跨度雙跨連拱隧道爆破振動影響研究［J］.巖石力學與工程學報，2004（S2）：4744-4748.

［9］鄭大榕.南京地鐵隧道爆破開挖與振動控制［J］.鐵道工程學報，2004（3）：73-75.

［10］余德運，楊軍，趙明生.減震溝對臺階爆破地震波減震機理探討［J］.煤炭學報，2011，36（2）：244-247.

［11］高干，劉元雪，徐光偉，等.隧道擴建爆破震動控制研究［J］.地下空間與工程學報，2010，6（6）：1285-1293.

作者:魏學虎 單位:中鐵十六局集團路橋工程有限公司