电子雷管在铁路隧道减振爆破中的应用

民爆库

       文章编号：1006-7051（2013）01,02-0108-04
      
       李东涛1，颜景龙1’2，姚浩辉2，查宇锋2
      
       (1．北京理工大学机电学院，北京100081；2．北京北方邦杰科技发展有限公司，北京100098)
      
       摘要：介绍了隆芯1号电子雷管首次在铁路隧道工程爆破中的应用情况，探索了电子雷管在隧道爆破中的使用方法，为复杂环境下隧道爆破提供了新的手段。在爆破试验过程中分析了爆破振动监测结果，找出爆破振动的特点，调整孔间延时以观测振动效果的改善情况，最终将爆破振动最大值控制在1.5cm/s左右，仅为采用导爆管爆破其值的30%，平均掘进进尺达到3m，满足了振动安全和掘进速度两方面的要求。
      
       关键词：铁道隧道；爆破振动；电子雷管；逐孔爆破
      
       1引言
      
       当前，世界各国的铁路、公路隧道建设取得了长足的进步，我国的隧道建设更是发展迅猛，隧道开挖中最常用、最经济的方法是钻爆法。在钻爆施工中，若隧道侧边或上方既有隧道和其他建筑物，爆破振动是非常敏感的问题。常规办法是减小钻爆循环进尺，以降低爆破振动，缓慢通过振动敏感区，这无疑将延缓工程工期[1-2]。电子雷管的正确使用，可解决这一难题[3]。本文以牛王盖隧道爆破为例，充分利用隆芯1号电子雷管的优点，通过对现场爆破振动数据的分析，合理设定延时间隔，很好地解决了在不减小循环进尺的前提下爆破振动大的问题。
      
       2工程概况
      
       贵广铁路牛王盖隧道全长452m，隧道区主要由灰岩组成，弱风化、岩层较完整、致密结构、节理发育。开挖断面140m2，围岩为Ⅲ～Ⅳ级，上下台阶法开挖，楔形掏槽，上断面1次爆破炮孔120～130个，循环进尺3.Om。牛王盖隧道开挖面距离正在运营的黄田铁路隧道平面距离只有34m。根据以往的研究注意到，爆破振动对既有邻近隧道产生的影响较大，因此控制牛工盖隧道爆破的振动非常重要[4-5]。为保证黄田隧道及其运营安全，在黄田隧道和牛王盖隧道掌子面前方6m处分别布置了爆破振动监测点进行实时监测，在隧道施工阶段进行了全过程爆破振动安全监测[6]。
      
       在前期的隧道爆破施工中，采用导爆管雷管爆破，每循环上台阶开挖的炮孔布置如图1所示，炮孔数量为127个，总装药量为172．80kg，具体爆破开挖参数见表1。由于爆破振动较大，为了对比电子延时雷管和导爆管雷管之间的振动效果，2009年11月10～13日，采用电子延时雷管进行了4次隧道掘进爆破，每次爆破使用电子雷管约130发，共计使用隆芯1号电子雷管520发，每次爆破的测点位于掌子面正前方6m处。
      
      

      
      

      
       3爆破振动效应监测与分析
      
       本次监测段为Ⅳ级围岩，爆破方案之所以将楔形掏槽区设置在上断面的下部，主要考虑减小掏槽爆破对上部地面振动的影响，将楔形掏槽区设置在上断面的下部。
      
       采用导爆管雷管进行上断面爆破掘进时，测得的爆破振动波形如图2所示。由此可知，该方案的爆破振动持续时间1056ms，振动强度分布特点是掏槽爆破引起的爆破振动特别强烈，峰值速度达到了4．8cm／s，其他部位的爆破(扩槽、周边、底板等)振动较小，峰值速度都未超过2cm／s。扩槽、周边、底板爆破振动较小的原因除了临空面条件较好外，同一时刻起爆药量的降低也是主要因素；同时注意到高段位的雷管多孔同段爆破时振动波段明显分散，这与高段位导爆管雷管延时引爆时间误差大有很大关系，也就是说，由于延时误差大导致在同一时刻起爆的药量减小而使爆破振动较为平稳。掏槽爆破引起的振动强烈，主要原因是夹制作用大、同一时刻起爆药量大[7]。
      
      

      
       为解决掏槽爆破引起的振动过大问题，就要减小掏槽爆破同一时刻起爆药量，同时改善掏槽临空面条件。在不减小循环进尺的条件下，采用逐孔起爆技术在降低掏槽爆破同一时刻起爆药量的同时，先起爆炮孔也为后起爆炮孔创造了瞬间的自由面。由于每个断面炮孔数众多，而导爆管雷管受段别及延时误差的限制，因此逐孔起爆技术只能依赖于先进的电子雷管。
      
       4电子雷管的减振爆破应用分析
      
       4．1隆芯1号电子雷管
      
       隆芯1号电子雷管是国内首个具有自主知识产权的电子雷管。可实现宽范围(0～16000ms)、小间隔(1ms)延时的孔内设定，延时精度误差<lms，具有在线编程和在线检测的能力。其精确、灵活、可靠的技术特点为逐孔起爆技术在隧道工程中的应用铺平了道路[8]。
      
       4.2电子雷管爆破振动分析
      
       为了对比电子雷管与导爆管雷管的爆破振动效果，于2009年11月10日进行电子雷管爆破试验，部分网路按导爆管雷管设计原则进行。延时间隔时间如图3所示，整个爆破在160ms完成，测得的振动波形如图4所示。由图3、图4可见，同一时刻起爆的药量越大、振动越大，振动的峰值速度甚至达到6．2cm／s；但我们惊喜地有两点发现：①掏槽爆破部分的振动并不强烈；②在1lOms以后振动的峰值都在lcm／s以下，也就是说，在如此短的时间内全部爆完，孔间延时为2ms的逐孔起爆部分有效地降低了振动。
      
      

      
      

      
       从以上的分析可知，电子雷管的延时设计与以往的不同。考虑到降振的主要措施是减少同一时刻起爆药量，对掏槽爆破的延时稍作修改，其余部分采取孔间延时的逐孔起爆，对爆破延时进行初步修改，按照如图5所示的炮孔延时间隔时间，于2009年11月11日进行爆破试验，测得振动波形如图6所示。由此可见，爆破振动峰值速度为2．28cm／s，爆破振动控制得较好，整个上断面1次起爆，共耗时500ms。与采用导爆管雷管爆破方式相比，振动得到了有效控制，振动强度与使用导爆管雷管爆破相比降低50%多。
      
      

      
       4．3优化延时降低振动
      
       由图6可知，整个波形与导爆管雷管爆破振动波形极其相似，是一个多峰段的波形。降低峰值使波形尽可能平稳，是逐孔起爆技术面临的一个课题。由于逐孔起爆在国内外至今也无一个公认的爆破理论，为了确定合理延时，目前的方法是在工程应用前，在施工现场进行爆破试验。通过爆破试验分析在不同延时条件下爆破振动强度变化的情况，从而确定延时。对爆破延时进行优化后，按照如图7所示的炮孔延时间隔时间，于2009年11月12日进行爆破试验，测得振动波形如图8所示。由此图可以看出，爆破振动峰值速度为1.46cm／s，振动强度与使用导爆管雷管爆破相比降低70％左右，整个上断面1次起爆，共耗时1000ms，波形比较平稳，爆破振动调整为均匀分布的高频低峰值波形。
      
      

      
      

      
      

      
       5结论
      
       (1)隆芯1号数码电子雷管在铁路隧道爆破工程的首次成功运用，表明了在解决复杂环境下隧道爆破开挖的安全问题上多了新的手段。
      
       (2)工程试验表明，使用电子雷管逐孔起爆，通过合理的设置孔间延时，可以有效地降低振动，满足掘进速度和振动安全两方面的要求。
      
       (3)施工过程中的跟踪振动监测是非常必要的，通过监测找出爆破振动的规律，这样才能调整爆破方案，改善振动效果。
      
       (4)如何在爆破振动允许的条件下，通过合理设计爆破参数使用电子雷管起爆网路，以实现全断面开挖是进一步要研究的问题。
      
       参考文献：
      
       [1]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，2010，136（1）82-86.
      
       [2]冯叔瑜，王中黔．城市地铁爆破震动控制问题[J]．中国铁路，2000（6）:32—34.
      
       [3]Li D T,Yan J L,Zhang L.Predicion of Blast-induced Groud Vibration Using Support Vector Machine in Tunnel Construction[J].Applied Mechanics and Materials,2012,170-173:1414-1418.
      
       [4]刘加尧．临近既有线的新隧道开挖爆破减震技术[J]．工程爆破，2000,6（2）：78-81．
      
       [5]彭道富，李忠献，杨年华.近距离爆破对既有隧道的振动影响[J].中国铁道科学，2005，26(4)：73—76．
      
       [6]SHARMA J．Blasting Induced Vibration Monitoring[J].The Indian Mining and Engineering Journal,1998,37(11):36-41.
      
       [7]顾毅成，史雅语，金骥良．工程爆破安全[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2009.
      
       [8]张乐，颜景龙，李风国，等．隆芯1号数码电子雷管在露天采矿中的应用[J]．工程爆破，2010，16(4)：77—80．
      
       摘自《工程爆破》第19卷第1-2期
      
      
原文网址：

1. http://www.cbsw.cn/news.do?newsId=110037

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