摘要：通过对爆破机理的阐述，对爆破施工隧道围岩近区、中区、远区的划分，近区的振动规律与远区相比偏差很大，通过测试系统对近区振动速度的检测，拟合萨道夫斯基经验公式中的参数K，α，求得近区震动的振动规律，指导施工实践，对爆破施工施工隧道围岩稳定性分析了有结构围岩体和无结构面围岩体的稳定损坏状况。
关键词：爆破施工；爆破近区；围岩体稳定性；振动速度；
1引言
随着我国各行各业的蓬勃发展，受工程与地质条件的限制，隧道施工技术正越来越得到广泛应用，这些将要施工的隧道大部分采用爆破方法进行施工。与其它爆破工程相比，在岩体中爆破施工隧道，爆破施工技术的控制措施不可避免的产生爆破振动，造成爆破振动的大小对隧道围岩的稳定性产生很大的影响，爆破振动越大削弱了隧道围岩的自稳定性，加大了爆破施工的难度和安全性。
若采取的爆破施工措施不当产生的振动强烈，产生的爆破振动就有可能引起混凝土衬砌开裂，甚至导致围岩体局部松动脱落，危及到隧道的使用安全性，进而引起工程事故，过大的爆破振动还有可能造成整个隧道的围岩体坍塌，带来灾难性的后果。
同时在隧道爆破施工中，若采取过于保守的爆破振动控制技术措施，虽然满足围岩体的稳定性和安全生产的要求，但造成了施工进度缓慢，施工效率的降低，增加了施工成本，经济效益低下，这样的施工技术措施也是不合理的。因此，有必要对爆破施工在隧道围岩体的影响规律进行探讨。
2爆破施工隧道概述
当药包在岩土介质中爆炸时，在爆破近区（药包半径的 3-7 倍）传播的是冲击波；在中区（药包半径的 8-150 倍），冲击波逐渐转化为应力波；在远区（药包半径的 150 倍以上），则为近似于弹性振动的地震波。炸药在介质中爆炸时，瞬间产生大量高温、高压的气体产物，气体产物瞬间膨胀，对周围介质产生巨大能量作用，称为炸药爆炸载荷的外部效应。随着埋深不同，外部效应所产生的爆破作用也是不同的，裸露药包和埋深较浅的药包爆炸时产生空气冲击波。当药包埋埋时，炸药的爆炸作用仅限于药包周围的介质，当爆破作用达不到自由面时，称为炸药爆破的内部作用。药包在深部岩土体中爆炸后，根据岩石的破坏特征将爆源周围的介质划分为压碎区、破坏区和振动区三个区域，为隧道掘进形成物理施工条件。
爆破施工特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道的施工，对其他工程地质条件的适应性强、开挖成本低。而当隧道采用钻爆法进行开挖时，由于炸药爆破形成的振动波对于中硬岩以上的相邻围岩体产生较大的冲击荷载，受到爆破振动的影响较大，对围岩体造成综合力学作用。以新奥法为理论基础设计的隧道，为了能够充分利用围岩自身的承载力，要求施工过程中应尽量减少爆破对隧道围岩体的扰动，以确保围岩的安全和稳定，如果采取的爆破施工措施不当，产生的爆破振动就有可能引起围岩体的碎裂失稳，衬砌混凝土的开裂脱落，因此，控制爆破振动对保护围岩体的稳定特别重要。
3隧道爆破近区围岩振动规律分析
根据目前的实践总结经验，对隧道掌子面后方 5 m 范围内的围岩为爆破近区，5~10m范围内的围岩为爆破中区，大于10m范围内的围岩为爆破远区。
由于爆破近区5 m 范围内的围岩体应力应变场复杂多变，在短时间内发生了剧烈变化，爆破近区的监测环境危险恶劣，导致其测量困难，且对于隧道爆破近区而言，根据目前的实践总结经验和理论研究成果，
主要以爆破远区的振动规律来预测爆破近区振动，爆破远区振动规律评估爆破施工对近区围岩稳定性的影响，结果偏差较大，张庆松等学者发现爆破近区质点振速不符合由爆破远区振动数据得出的规律。
由于隧道掌子面爆破近区围岩体过量爆破，损伤围岩体，近年来，发生过多次掉块塌落事故，对施工人员和设备造成较大伤亡和损失。
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对隧道掌子面后方 5 m 范围内的隧道围岩体进行振动规律测试，研究爆破振动规律，控制隧道围岩的稳定。
试验研究表明，在垂直介质表面方向上质点运动速度是引起介质损坏的主要因素，与质点振动速度大小有很大关系，因此，选取质点最大的速度作为判别振动影响分析中振动强度的依据。质点振动速度是波在介质中传播质点振动的绝对幅值，其数量级比波速小的多。
爆破规范中以萨道夫斯基经验公式来表示质点振动速度，介质质点振速、药量和爆源距三者的关系为V＝K（Ｒ／Ｑ１／３）－α式中：ｖ为介质质点振动速度幅值，ｃｍ／ｓ；R为爆源距，ｍ；Ｑ为产生爆破振动的相应炸药量，Kg；Ｋ、α是与爆破点至介质质点间的地质条件有关的系数和衰减指数。
爆破振动测振仪、传感器、笔记本电脑和打印机等组成测试系统，对爆破振动速度通过传感器进行监测，分析爆破振动速度、振动波的特征，数值拟合得到Ｋ、α值。爆破振动速度很大，随时间和爆距衰减很快。利用近区爆破振动规律，对爆破参数及时调整，达到控制振速的目的，保证围岩体的稳定性。
当爆破振动速度V≤ 30 cm/s时，无支护的岩石隧道是安全的；隧道钻爆时，距掌子面距离≥ 2 m，最大炸药量≤30 ～ 40 kg 时，围岩振动速度V≤ 30 cm/s，可以保证钻孔人员的安全。距掌子面≤2 m 范围内是危险地段，每次钻爆施工前严格检查处理。
4爆破施工隧道围岩稳定性分析
爆破施工隧道围岩体的破坏和损伤是爆破本身特性、场地特性和围岩体结构特点等条件的综合反映，与爆破强度、频率、持续时间、传播介质、场地特性、围岩本身的特性、爆破累积作用等物理因素有关，单一的以振动强度因子（振动位移、速度、加速度）作为安全判断标准已不能满足实际工程需要。但在实际工程中忽略次要因素对主要因素进行分析。爆破施工对隧道围岩体稳定性的影响，就是爆破振动速度产生的应力对围岩体的破坏，破坏形式包括岩石的破坏、岩体的破坏、结构面的破坏。
炮孔内炸药起爆瞬间产生大量的高温、高压气体物质，产生的冲击波荷载作用在炮孔岩壁上，冲击波的荷载压力远远大于围岩体岩石的动态抗压强度值，炮孔岩壁被压碎。当纵波从炮孔岩壁向外传播时产生拉应力，在拉应力的作用下产生径向裂纹。当纵波向外传播遇到自由面时，就会反射回炮孔壁，产生环向裂纹，相互作用引起围岩体的碎裂，并在隧道围岩体中产生新的碎裂、位移，直至能量耗散，为此需进行围岩体的支护。
对于有结构面的隧道围岩体的稳定性，围岩体的塌落不是岩石个体材料自身的破坏，而是围岩沿围岩体的结构面发生相互位移而错位失稳引起的。如断层、节理、裂隙、破碎带、沟壑、自由面等都是岩体内部的结构面，与岩块一样，不同的是结构面的抗拉强度很小，在工程中围岩常沿某一软弱结构面滑动而失稳，因此，判断有结构面的围岩稳定性的就是确定结构面的抗剪强度小于容许抗剪强度。在结构面中注浆，对爆破地段降水等措施都能增强结构面的抗剪强度，采取这些措施爆破施工时均能增强围岩体的稳定性。
5结语
对爆破近区、中区、远区的划分，爆破近区围岩体的振动规律，振动速度随时间和爆源距的增大衰减很快，对围岩体的破坏作用很大，萨道夫斯基经验公式中的参数K，α通过检测系统收集的振动速度拟合得到。
对有结构面和整体性的围岩体的稳定性主要取决于爆破作用的能量大小，爆破施工隧道围岩体的破坏和损伤是爆破本身特性、场地特性和围岩体结构特点等条件的综合反映。
参考文献：
[1]傅洪贤，赵 勇，谢晋水，侯永兵，夏洪昌 爆破施工隧道围岩稳定性研究 中国铁道科学，2011（2）：67-70
[2]宋士博 高铁隧道爆破振动对围岩稳定性影响及控制研究 贵州大学2015 届硕士研究生学位论文，2015 39-42
论文作者:赵斌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/20
标签：围岩论文; 隧道论文; 质点论文; 稳定性论文; 药包论文; 速度论文; 介质论文; 《电力设备》2017年第20期论文;