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電子雷管在鐵路隧道減振爆破中的應用

2019-07-03 責任編輯:崔瑋娜

文章編號:1006-7051(2013)01,02-0108-04

李東濤1,顏景龍1’2,姚浩輝2,查宇鋒2

(1.北京理工大學機電學院,北京100081;2.北京北方邦杰科技發展有限公司,北京100098)

摘要:介紹了隆芯1號電子雷管首次在鐵路隧道工程爆破中的應用情況,探索了電子雷管在隧道爆破中的使用方法,為復雜環境下隧道爆破提供了新的手段。在爆破試驗過程中分析了爆破振動監測結果,找出爆破振動的特點,調整孔間延時以觀測振動效果的改善情況,最終將爆破振動最大值控制在1.5cm/s左右,僅為采用導爆管爆破其值的30%,平均掘進進尺達到3m,滿足了振動安全和掘進速度兩方面的要求。

關鍵詞:鐵道隧道;爆破振動;電子雷管;逐孔爆破

 

1引言

當前,世界各國的鐵路、公路隧道建設取得了長足的進步,我國的隧道建設更是發展迅猛,隧道開挖中最常用、最經濟的方法是鉆爆法。在鉆爆施工中,若隧道側邊或上方既有隧道和其他建筑物,爆破振動是非常敏感的問題。常規辦法是減小鉆爆循環進尺,以降低爆破振動,緩慢通過振動敏感區,這無疑將延緩工程工期[1-2]。電子雷管的正確使用,可解決這一難題[3]。本文以牛王蓋隧道爆破為例,充分利用隆芯1號電子雷管的優點,通過對現場爆破振動數據的分析,合理設定延時間隔,很好地解決了在不減小循環進尺的前提下爆破振動大的問題。

2工程概況

貴廣鐵路牛王蓋隧道全長452m,隧道區主要由灰巖組成,弱風化、巖層較完整、致密結構、節理發育。開挖斷面140m2,圍巖為Ⅲ~Ⅳ級,上下臺階法開挖,楔形掏槽,上斷面1次爆破炮孔120~130個,循環進尺3.Om。牛王蓋隧道開挖面距離正在運營的黃田鐵路隧道平面距離只有34m。根據以往的研究注意到,爆破振動對既有鄰近隧道產生的影響較大,因此控制牛工蓋隧道爆破的振動非常重要[4-5]。為保證黃田隧道及其運營安全,在黃田隧道和牛王蓋隧道掌子面前方6m處分別布置了爆破振動監測點進行實時監測,在隧道施工階段進行了全過程爆破振動安全監測[6]

在前期的隧道爆破施工中,采用導爆管雷管爆破,每循環上臺階開挖的炮孔布置如圖1所示,炮孔數量為127個,總裝藥量為172.80kg,具體爆破開挖參數見表1。由于爆破振動較大,為了對比電子延時雷管和導爆管雷管之間的振動效果,2009年11月10~13日,采用電子延時雷管進行了4次隧道掘進爆破,每次爆破使用電子雷管約130發,共計使用隆芯1號電子雷管520發,每次爆破的測點位于掌子面正前方6m處。

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3爆破振動效應監測與分析

本次監測段為Ⅳ級圍巖,爆破方案之所以將楔形掏槽區設置在上斷面的下部,主要考慮減小掏槽爆破對上部地面振動的影響,將楔形掏槽區設置在上斷面的下部。

采用導爆管雷管進行上斷面爆破掘進時,測得的爆破振動波形如圖2所示。由此可知,該方案的爆破振動持續時間1056ms,振動強度分布特點是掏槽爆破引起的爆破振動特別強烈,峰值速度達到了4.8cm/s,其他部位的爆破(擴槽、周邊、底板等)振動較小,峰值速度都未超過2cm/s。擴槽、周邊、底板爆破振動較小的原因除了臨空面條件較好外,同一時刻起爆藥量的降低也是主要因素;同時注意到高段位的雷管多孔同段爆破時振動波段明顯分散,這與高段位導爆管雷管延時引爆時間誤差大有很大關系,也就是說,由于延時誤差大導致在同一時刻起爆的藥量減小而使爆破振動較為平穩。掏槽爆破引起的振動強烈,主要原因是夾制作用大、同一時刻起爆藥量大[7]

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為解決掏槽爆破引起的振動過大問題,就要減小掏槽爆破同一時刻起爆藥量,同時改善掏槽臨空面條件。在不減小循環進尺的條件下,采用逐孔起爆技術在降低掏槽爆破同一時刻起爆藥量的同時,先起爆炮孔也為后起爆炮孔創造了瞬間的自由面。由于每個斷面炮孔數眾多,而導爆管雷管受段別及延時誤差的限制,因此逐孔起爆技術只能依賴于先進的電子雷管。

4電子雷管的減振爆破應用分析

4.1隆芯1號電子雷管

隆芯1號電子雷管是國內首個具有自主知識產權的電子雷管。可實現寬范圍(0~16000ms)、小間隔(1ms)延時的孔內設定,延時精度誤差<lms,具有在線編程和在線檢測的能力。其精確、靈活、可靠的技術特點為逐孔起爆技術在隧道工程中的應用鋪平了道路[8]

4.2電子雷管爆破振動分析

為了對比電子雷管與導爆管雷管的爆破振動效果,于2009年11月10日進行電子雷管爆破試驗,部分網路按導爆管雷管設計原則進行。延時間隔時間如圖3所示,整個爆破在160ms完成,測得的振動波形如圖4所示。由圖3、圖4可見,同一時刻起爆的藥量越大、振動越大,振動的峰值速度甚至達到6.2cm/s;但我們驚喜地有兩點發現:①掏槽爆破部分的振動并不強烈;②在1lOms以后振動的峰值都在lcm/s以下,也就是說,在如此短的時間內全部爆完,孔間延時為2ms的逐孔起爆部分有效地降低了振動。

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從以上的分析可知,電子雷管的延時設計與以往的不同。考慮到降振的主要措施是減少同一時刻起爆藥量,對掏槽爆破的延時稍作修改,其余部分采取孔間延時的逐孔起爆,對爆破延時進行初步修改,按照如圖5所示的炮孔延時間隔時間,于2009年11月11日進行爆破試驗,測得振動波形如圖6所示。由此可見,爆破振動峰值速度為2.28cm/s,爆破振動控制得較好,整個上斷面1次起爆,共耗時500ms。與采用導爆管雷管爆破方式相比,振動得到了有效控制,振動強度與使用導爆管雷管爆破相比降低50%多。

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4.3優化延時降低振動

由圖6可知,整個波形與導爆管雷管爆破振動波形極其相似,是一個多峰段的波形。降低峰值使波形盡可能平穩,是逐孔起爆技術面臨的一個課題。由于逐孔起爆在國內外至今也無一個公認的爆破理論,為了確定合理延時,目前的方法是在工程應用前,在施工現場進行爆破試驗。通過爆破試驗分析在不同延時條件下爆破振動強度變化的情況,從而確定延時。對爆破延時進行優化后,按照如圖7所示的炮孔延時間隔時間,于2009年11月12日進行爆破試驗,測得振動波形如圖8所示。由此圖可以看出,爆破振動峰值速度為1.46cm/s,振動強度與使用導爆管雷管爆破相比降低70%左右,整個上斷面1次起爆,共耗時1000ms,波形比較平穩,爆破振動調整為均勻分布的高頻低峰值波形。

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5結論

(1)隆芯1號數碼電子雷管在鐵路隧道爆破工程的首次成功運用,表明了在解決復雜環境下隧道爆破開挖的安全問題上多了新的手段。

(2)工程試驗表明,使用電子雷管逐孔起爆,通過合理的設置孔間延時,可以有效地降低振動,滿足掘進速度和振動安全兩方面的要求。

(3)施工過程中的跟蹤振動監測是非常必要的,通過監測找出爆破振動的規律,這樣才能調整爆破方案,改善振動效果。

(4)如何在爆破振動允許的條件下,通過合理設計爆破參數使用電子雷管起爆網路,以實現全斷面開挖是進一步要研究的問題。

參考文獻:

[1]楊年華,張志毅.隧道爆破振動控制技術研究[J].鐵道工程學報,2010,136(1)82-86.

[2]馮叔瑜,王中黔.城市地鐵爆破震動控制問題[J].中國鐵路,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]劉加堯.臨近既有線的新隧道開挖爆破減震技術[J].工程爆破,2000,6(2):78-81.

[5]彭道富,李忠獻,楊年華.近距離爆破對既有隧道的振動影響[J].中國鐵道科學,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]顧毅成,史雅語,金驥良.工程爆破安全[M].合肥:中國科學技術大學出版社,2009.

[8]張樂,顏景龍,李風國,等.隆芯1號數碼電子雷管在露天采礦中的應用[J].工程爆破,2010,16(4):77—80.

摘自《工程爆破》第19卷第1-2期