孙志永
广东爆破工程有限公司 510700 广东省广州市
摘要：在浅埋隧道施工时，为了保证施工的安全性和隧道结构的稳定性，需要尽量降低爆破振动对隧道结构带来的影响，其中电子雷管延时爆破可以很好地达成这一目的。基于对电子雷管延时起爆对振动影响原理的分析，本文通过软件模拟出浅埋隧道电子雷管降振延时时间的最佳间隔，并在实际施工中对模拟结果进行验证。
关键词：浅埋隧道；爆破施工；电子雷管；降振延时时间
一、爆破方案确定
1.1爆破开挖原则
爆破开挖中需要对隧道的各项变量进行严格控制，爆破开挖原则具体如下：（1）周边环境和地质确定。在施工前需要对地面环境有深入了解，以免爆破过程对周围环境产生影响，而岩层对爆破方案的影响很大，对于结构强度较低的地质情况，采用降振爆破方案[1]。（2）支护系统构建。为保证施工中的安全性和隧道的稳定性，需要在爆破施工过程中对已挖掘的部分架设支护系统。（3）控制进尺长度。施工时需要保证进尺长度的均匀，并且要保证进尺长度较小。（4）现场定期勘测。为保障施工过程的安全性和保证施工现场周边环境的稳定性，需要对炸药参数进行合理设计，并在施工中对施工效果进行定期勘测，根据勘测结果及时进行参数修改。
1.2技术参数确定
技术参数设计包括多个方面，而在浅埋隧道降振爆破施工中最重要地涉及以下两个方面：（1）炸药量参数设计。在该参数的设计中，需要根据周边地质等因素进行爆破孔洞间隔以及孔深确定，从而确定爆破孔的装药量，其计算公式为：
在该公式中，Q为孔的装药量，K为炸药系数，需要按照爆方式进行K值确定，a为炮孔间距，W为最小抵抗线长度，L为炮孔深度。需要根据该公式进行单孔装药量设计。（2）延时时间设计。在降振延时时间设计时，当前没有通用的计算公式，通常根据施工经验进行延时时间的选择，本文在此基础上，使用有限元分析软件进行爆破情况模拟，找到适合的延时时间。
二、浅埋隧道爆破施工电子雷管降振延时时间的确定
（一）确定计算模型
为了能够更好地确定不同延时时间对降振效果的影响，本文采用LS-DYNA软件进行爆破效果模拟，同时根据周边地质情况等因素进行模型设计。例如在某浅埋隧道爆破施工时，发现该地岩层以风化砂岩为主，经测算，抗压强度为90~110MPa，同时该地周边环境复杂，临近学校、地面道路以及桥梁等公共设施，另外该处行人较多，故需要采用降振爆破，经过施工方案的确定，最终得到炮孔间距为40cm，在模型建立时，严格按照这些参数进行模型设计，其中模型区域尺寸为20m×20m×0.3m，炸药尺寸为0.3m×0.3m×0.3m，相关参数确定后在岩层和炸药部分进行网格划分。另外在岩石参数的模拟中采用无反射边界条件进行岩层模拟，需要注意的是，从参数选择可以看出，整体模型尺寸和炸药尺寸间距过大，为了能够更好地对爆破效果进行观察，需要对炸药模型的部分进行截取查看。
（二）参数与方程的确定
当前爆破施工中通常采用乳化炸药，所以在有限元分析软件模拟中需要需要采用相关公式以及参数进行爆炸能量的模拟，从而进行延时时间的模拟以及确定，爆炸能量可以根据以下公式确定：
在岩层模拟中可以采用以上参数进行模拟，为了能够更好地确定不同延时时间对降振效果的影响，需要进行两个炮孔爆破中的时间进行模拟和确定，该过程需要通过对同一节点不同延时时间下的振速进行测量，根据结果进行延时时间的确定。
（三）模拟结果分析
在进行结果模拟分析时，需要确定不同延时时间中同一观测点的震动情况，从而确定观测时间，在浅埋隧道爆破中，通常情况下余震时间较长，所以在模拟中需要根据震动衰减程度来确定观测时间，以风化砂岩隧道模拟爆破为例，本文在进行结果模拟时，在观测时间确定过程中采用无延时爆破和7ms延时爆破两种形式进行模拟，通过折线图可以发现，在爆破后50ms左右，爆破振幅和逐渐稳定并趋于零，所以本文采用的模拟观测时间为50ms，这与单孔爆破的爆破振动结果相同。
在进行最加延时爆破延时时间确定时，选择0~11ms的爆破延时，并对振速进行观测，最终结果如下图所示：
图1 不同延时时间条件下的振速峰值
从上图可以看出，当两个孔延时起爆时，振速峰值得到很大降低，这与模拟前的构想相同，即：延时起爆会导致两个爆破孔产生的冲击波相互干扰，在冲击波叠加过程中，波峰和波谷进行了很大程度上的抵消[2]。进一步研究可以发现，当延时时间在6~8ms时降振效果很好，其中延时时间为7ms时，降振效果几乎为无延时起爆时振幅的一半，所以在该事例中，选择7ms为最佳延时时间。另外，当延时时间大于11ms后，可以发现震动情况与单孔爆破的情况较为类似，此时可以确定，当延时效果超过11ms时，无法发挥延时爆破方式无法满足降振要求。
三、延时时间对降振效果的影响分析
为了探究模拟结果的科学性和有效性，需要在施工中对模拟结果进行验证，另外由于浅埋隧道施工中需要对各项参数进行测量和更改，可以在该过程中探究不同延时时间对降振效果的影响。以上文事例为例，由于模拟结果延时时间为6~8ms时降振效果最好，所以本文在施工时进行延时时间为5~9ms的延时爆破振动情况检测，检测结果如下：
表三 不同延时时间下爆破过程中的震动情况
可以看出在该事例中，实际工程情况与模拟结果相同，进一步说明了模拟过程的安全性和准确性。
四、结论
综上所述，在浅埋隧道爆破施工过程中，可以通过延时爆破的方式达到降振的目的，而要对延时时间进行确定，可以通过有限元软件模拟的方式进行最佳延时时间的确定，使施工效果能够满足工程设计要求。
参考文献
[1]张雯超. 浅埋隧道下穿高速公路爆破施工对稳定性的影响研究[D].东北大学,2014.
[2]康永全,孟海利,薛里,孙崔源,管仁生.浅埋隧道爆破施工电子雷管降振延时时间的分析[J].铁道建筑,2016(01):38-42.
论文作者:孙志永
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/26
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