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摘 要：本文在比较光面爆破和预裂爆破震动质点速度监测数据的基础上，详细分析了预裂爆破减震的机理。
关键词：预裂爆破；爆破震动效应；控制；
0 引言
爆破震动作为爆破有害效应之一，一直受到很多学者关注。特别是近年来城市地铁大规模修建，其在施工中对地标建（构）筑物的影响甚至成为影响施工进度的一大障碍，这就必然要求对爆破振动的危害加以控制。虽然研究者认识到爆破震动的影响因素有爆源因素和传播途径因素，但目前各国学者对爆破减震控制的研究主重点都放在爆源因素上，主要的成果有干扰降震法、控制最大段药量、改变爆破参数等方法。预裂爆破技术自出现以来，虽然在露天采矿中得到广泛应用，且在保护爆后形成的边坡具有很好的效果，但在地下工程中的应用相对较少，本文拟就预裂爆破技术在地下工程开挖过程中如何用来控制爆破振动这一问题进行研究，以期能为地下工程施工中控制爆破震动危害的研究有所帮助。
1 工程概况
重庆地铁1号线石桥铺车站至高庙村车站区间隧道K11+397.065～K11+600段为单洞单线隧道，采用暗挖法施工，隧道顶板埋深9～14m，顶板岩层厚度4.5～13m，隧道围岩岩体完整，构造影响轻微，节理裂隙不发育，表层土体中有少量上层滞水，场地内未发现不良地质现象，场地稳定。K11+397.065～K11+561段为Ⅲ级围岩，长163.935m；K11+561～K11+600段为Ⅳ级围岩， 长39m。隧道线间距为15～13.5m，开挖跨度为5.78～6.0m，开挖断面面积30.194～32.411m2。隧道地表的石（桥铺）小（龙坎）路为重庆市区连接九龙坡和沙坪坝的主干线，交通繁忙，石小路两侧高楼林立，以多层建筑物为主，间夹高层建筑，地表管网众多复杂，施工过程中对地表沉降和爆破振动的控制要求十分严格（爆破时要求楼房地面质点的振动速度不超过2.0cm/s）。
2 爆破震动监测
为保证监测数据的可靠性，测点布置遵循如下原则：第一，测点布置在爆破震动幅度最大位置和方向上；第二，测点要跟踪监测爆破震动效应和衰减趋势。依据上述原则并在方便操作的基础上，监测传感器分别布置在隧道顶部（1处）和腰线（左右各1处）及墙与反拱相交处（左右各1处）等位置。布置示意图如图1所示。每个测点分别在径向、切向和垂直方向上各布置一个1只传感器，监测位置距起爆位置距离10m。
图1 隧道断面测点布置示意图
隧道在施工过程中得到的监测数据一共有100组，主要是监测爆破作业时质点震动速度。隧道在Ⅳ级及以上围岩中采用全断面一次成型方案，由于最初设计采用的光面爆破开挖，在反复修改光爆参数的情况下，监测数据多数超过了规定要求，且经常遭到市民投诉而多次被要求整改，后在相关专家组的指导下修改预裂爆破方案，为保证预裂效果，在周边预裂孔中间隔留空孔（周边眼中的底部孔不留空眼，且安排在掌子面上所有炮孔起爆后再起爆，亦即此部分炮孔最后起爆）。修改新的爆破作业方案后，监测得到的数据表明分次起爆作业方案是十分有效的，针对性很好，采用了新的爆破技术方案后，施工单位被投诉的次数明显降低，施工的连续性得到了保证，为项目的按期完工提供了可靠的技术保障。不同爆破方案监测得到的质点震动速度见表1所示。
表1 不同爆破方案下质点的震动速度
[爆破
方案＼&质点震动速度峰值（cm.s-1）＼&径向＼&切向＼&质点速度＼&≥2cm.s-1
比例（%）＼&质点速度＼&≥2cm.s-1
比例（%）＼&光面
爆破＼&0.62～7.68＼&21.3＼&0.48～6.74＼&17.8＼&预裂
爆破＼&0.56～4.98＼&8.5＼&0.42～3.32＼&7.2＼&]
监测数据表现出如下特点：第一，质点的震动速度的最大值都出现在径向方向上，切线方向上的数值有一定程度上的减弱；第二，质点震速较大的点一般出现在隧道顶部、腰部位置的测点上；第三，预裂爆破方案对应的质点最大震速较光面爆破技术方案有了显著的降低。
3 监测数据分析
监测数据显示出，在控制爆破震动效应上，预裂爆破技术方案较光面爆破技术方案具有明显的改善，且在预裂爆破分次起爆作业中体现得尤为突出，出现这种现象的原因如下。
光面爆破作业时，前面炮孔中炸药爆炸后产生的爆破地震波在向外扩散的过程中，后续炮孔陆续起爆，且一次据周边孔的距离越来越近，爆破地震波在此过程会得到一定比例的补充，使其衰减的速度变缓，最终传递到围岩中的能量相对较多，从而测得的质点震动速度较高，震动效应较强。预裂爆破则相反，其最先起爆的是最外圈的周边孔，周边孔起爆后，则形成了一个具有一定宽度的裂隙圈，这个圈层（主要是空气）能够有效地阻止其后爆炮孔中炸药爆炸产生的地震波向围岩中传播，而且其后续起爆炮孔起爆后这个圈层的厚度越来越大，其阻碍作用也就越来越强。这就使得围岩中监测点获得的能量明显减少，震速降低。
由于预裂爆破中周边孔最先起爆，其爆破受到周围岩体的夹制作用较大，为改善其爆破效果，在其中预留的一定数量的空孔，这就使的周边眼的装药量较不留空眼的光面爆破技术方案出现了减少，爆炸药量的减少也必然带来爆破震动效应减小、质点震速降低的结果。
为改善预裂爆破效果所留的空眼，周边眼的最小抵抗线降低，这既起到了较好的控制了岩体破裂方向作用，又使炸药爆炸后的能量有了快速泄出的通道，炸药爆后能量首先破坏装药孔和空眼径向连线方向上的岩体，剩余的能量大部分从这个裂隙圈层中耗散到空气中了，这也必然使得传入围岩中的能量减少，爆破震动效应减弱、质点速度降低。
鉴于以上分析的原因，预裂爆破能够在控制爆破震动方面比光面爆破产生更好的效果也就不足为奇了，施工监测数据也恰好印证了这一结果。
4 结语
综合上述，可有如下结论：预裂爆破是一种非常有效的降低爆破地震的措施，在地下工程施工时可推广使用。 [今]
参考文献：
[1] 范孝锋，周传波，陈国平.爆破震动影响因素的灰关联分析[J].爆破，2005，22（2）：100～102
[2] 吴腾芳，王凯.微差爆破技术研究现状[J].爆破，1997，14（1）：53～57
[3] 凌同华，李夕兵.地下工程爆破振动信号能量分布的小波包分析[J].爆炸与冲击，2004，24（1）：63～68
作者单位：林发荣，重庆工程职业技术学院；张玉伟，重庆川九建设工程有限公司。
（编辑：宁伟硕）
关键词：预裂爆破；爆破震动效应；控制；
0 引言
爆破震动作为爆破有害效应之一，一直受到很多学者关注。特别是近年来城市地铁大规模修建，其在施工中对地标建（构）筑物的影响甚至成为影响施工进度的一大障碍，这就必然要求对爆破振动的危害加以控制。虽然研究者认识到爆破震动的影响因素有爆源因素和传播途径因素，但目前各国学者对爆破减震控制的研究主重点都放在爆源因素上，主要的成果有干扰降震法、控制最大段药量、改变爆破参数等方法。预裂爆破技术自出现以来，虽然在露天采矿中得到广泛应用，且在保护爆后形成的边坡具有很好的效果，但在地下工程中的应用相对较少，本文拟就预裂爆破技术在地下工程开挖过程中如何用来控制爆破振动这一问题进行研究，以期能为地下工程施工中控制爆破震动危害的研究有所帮助。
1 工程概况
重庆地铁1号线石桥铺车站至高庙村车站区间隧道K11+397.065～K11+600段为单洞单线隧道，采用暗挖法施工，隧道顶板埋深9～14m，顶板岩层厚度4.5～13m，隧道围岩岩体完整，构造影响轻微，节理裂隙不发育，表层土体中有少量上层滞水，场地内未发现不良地质现象，场地稳定。K11+397.065～K11+561段为Ⅲ级围岩，长163.935m；K11+561～K11+600段为Ⅳ级围岩， 长39m。隧道线间距为15～13.5m，开挖跨度为5.78～6.0m，开挖断面面积30.194～32.411m2。隧道地表的石（桥铺）小（龙坎）路为重庆市区连接九龙坡和沙坪坝的主干线，交通繁忙，石小路两侧高楼林立，以多层建筑物为主，间夹高层建筑，地表管网众多复杂，施工过程中对地表沉降和爆破振动的控制要求十分严格（爆破时要求楼房地面质点的振动速度不超过2.0cm/s）。
2 爆破震动监测
为保证监测数据的可靠性，测点布置遵循如下原则：第一，测点布置在爆破震动幅度最大位置和方向上；第二，测点要跟踪监测爆破震动效应和衰减趋势。依据上述原则并在方便操作的基础上，监测传感器分别布置在隧道顶部（1处）和腰线（左右各1处）及墙与反拱相交处（左右各1处）等位置。布置示意图如图1所示。每个测点分别在径向、切向和垂直方向上各布置一个1只传感器，监测位置距起爆位置距离10m。
图1 隧道断面测点布置示意图
隧道在施工过程中得到的监测数据一共有100组，主要是监测爆破作业时质点震动速度。隧道在Ⅳ级及以上围岩中采用全断面一次成型方案，由于最初设计采用的光面爆破开挖，在反复修改光爆参数的情况下，监测数据多数超过了规定要求，且经常遭到市民投诉而多次被要求整改，后在相关专家组的指导下修改预裂爆破方案，为保证预裂效果，在周边预裂孔中间隔留空孔（周边眼中的底部孔不留空眼，且安排在掌子面上所有炮孔起爆后再起爆，亦即此部分炮孔最后起爆）。修改新的爆破作业方案后，监测得到的数据表明分次起爆作业方案是十分有效的，针对性很好，采用了新的爆破技术方案后，施工单位被投诉的次数明显降低，施工的连续性得到了保证，为项目的按期完工提供了可靠的技术保障。不同爆破方案监测得到的质点震动速度见表1所示。
表1 不同爆破方案下质点的震动速度
[爆破
方案＼&质点震动速度峰值（cm.s-1）＼&径向＼&切向＼&质点速度＼&≥2cm.s-1
比例（%）＼&质点速度＼&≥2cm.s-1
比例（%）＼&光面
爆破＼&0.62～7.68＼&21.3＼&0.48～6.74＼&17.8＼&预裂
爆破＼&0.56～4.98＼&8.5＼&0.42～3.32＼&7.2＼&]
监测数据表现出如下特点：第一，质点的震动速度的最大值都出现在径向方向上，切线方向上的数值有一定程度上的减弱；第二，质点震速较大的点一般出现在隧道顶部、腰部位置的测点上；第三，预裂爆破方案对应的质点最大震速较光面爆破技术方案有了显著的降低。
3 监测数据分析
监测数据显示出，在控制爆破震动效应上，预裂爆破技术方案较光面爆破技术方案具有明显的改善，且在预裂爆破分次起爆作业中体现得尤为突出，出现这种现象的原因如下。
光面爆破作业时，前面炮孔中炸药爆炸后产生的爆破地震波在向外扩散的过程中，后续炮孔陆续起爆，且一次据周边孔的距离越来越近，爆破地震波在此过程会得到一定比例的补充，使其衰减的速度变缓，最终传递到围岩中的能量相对较多，从而测得的质点震动速度较高，震动效应较强。预裂爆破则相反，其最先起爆的是最外圈的周边孔，周边孔起爆后，则形成了一个具有一定宽度的裂隙圈，这个圈层（主要是空气）能够有效地阻止其后爆炮孔中炸药爆炸产生的地震波向围岩中传播，而且其后续起爆炮孔起爆后这个圈层的厚度越来越大，其阻碍作用也就越来越强。这就使得围岩中监测点获得的能量明显减少，震速降低。
由于预裂爆破中周边孔最先起爆，其爆破受到周围岩体的夹制作用较大，为改善其爆破效果，在其中预留的一定数量的空孔，这就使的周边眼的装药量较不留空眼的光面爆破技术方案出现了减少，爆炸药量的减少也必然带来爆破震动效应减小、质点震速降低的结果。
为改善预裂爆破效果所留的空眼，周边眼的最小抵抗线降低，这既起到了较好的控制了岩体破裂方向作用，又使炸药爆炸后的能量有了快速泄出的通道，炸药爆后能量首先破坏装药孔和空眼径向连线方向上的岩体，剩余的能量大部分从这个裂隙圈层中耗散到空气中了，这也必然使得传入围岩中的能量减少，爆破震动效应减弱、质点速度降低。
鉴于以上分析的原因，预裂爆破能够在控制爆破震动方面比光面爆破产生更好的效果也就不足为奇了，施工监测数据也恰好印证了这一结果。
4 结语
综合上述，可有如下结论：预裂爆破是一种非常有效的降低爆破地震的措施，在地下工程施工时可推广使用。 [今]
参考文献：
[1] 范孝锋，周传波，陈国平.爆破震动影响因素的灰关联分析[J].爆破，2005，22（2）：100～102
[2] 吴腾芳，王凯.微差爆破技术研究现状[J].爆破，1997，14（1）：53～57
[3] 凌同华，李夕兵.地下工程爆破振动信号能量分布的小波包分析[J].爆炸与冲击，2004，24（1）：63～68
作者单位：林发荣，重庆工程职业技术学院；张玉伟，重庆川九建设工程有限公司。
（编辑：宁伟硕）