唐叙量
（重庆市设计院有限公司 重庆 400015)
摘要：钻爆法因其技术成熟和施工成本低等优点，在隧道开挖工程中得到广泛的应用；但钻爆法本身具有致命的缺陷，即爆破产生的振动直接威胁着周围建(构)筑物结构的安全。同时，隧道在交通运输系统中类似于咽喉的作用，能保障隧道的安全施工等效于维护了人们的人身和财产安全。所以本文从钻爆法技术、隧道爆破危害、影响爆破振动强度因素等方面进行论述，分析和归纳出控制爆破振动的常见措施，为后续研究和实际工程提供参考。
关键词：钻爆法、振动危害、控制措施
Summary of Tunnel Blasting Vibration hazards and Control Technology
Xuliang Tang1, Qin Wang2*
(1.ChongQing Architectural Design Institute, ChongQing, 400015, PR China; 2.HuNan Vocational College of Electronic and Technology, ChangSha, 410220,PR China)
Abstract: The drilling and blasting method is widely used in tunnel excavation engineering due to its mature technology and low cost. However, the drilling and blasting method has a fatal flaw, that is, the vibration generated by blasting directly threatens the structure of surrounding buildings. At the same time, the tunnel has a very important position in the transportation system, and the safe construction of the tunnel is equivalent to the protection of people's personal and property safety. Therefore, this article discusses the drilling and blasting technology, tunnel blasting hazards, factors affecting the intensity of blasting vibration. Analyzes and summarizes common measures to control blasting vibration, and provides references for subsequent research and actual engineering.
Keywords: Blasting method, Vibration hazard, Control measures
0、引言
近年来，随着人们对交通运输需求量的增加，高速公路、客货运铁路以及城市地下铁路的新(扩)建工程仍处于高速增长趋势，而隧道开挖施工仍是这些新(扩)建交通运输工程中的难点。特别对于交通路线穿越密集居民区、受地质或保护耕地等政策的限制而迫使新建线路与既有线路相距较近时，隧道开挖施工既要保证人身和财产的安全，又要保持较高的施工效率以提高经济性。所以对隧道开挖的研究仍具有重要的工程意义。
钻爆法因技术成熟、施工机械简便和施工成本低等原因已成为隧道开挖施工的主要方法之一。同时，钻爆法在隧道爆破时会产生的振动、飞石和冲击波等与生俱来的弊端，特别是爆破振动会对隧道周边围岩的稳定性、地表邻近建(构)筑物和既有隧道结构的安全性产生威胁，进而影响人们的人身和财产安全。即钻爆法在隧道施工中存在的爆破振动问题，仍是隧道开挖工程中的顽疾。[第一作者：唐叙量，男，硕士，高级工程师，主要从事桥隧工程研究。
]
通过分析隧道爆破振动产生的原因以及影响爆破振动强度的因素，从本质上提出控制爆破振动的措施，供后续研究和工程实践参考。
1、隧道开挖技术
众所周知，常见的隧道开挖方式主要有两种：即盾构法和钻爆法。与盾构法相比，钻爆法能适应各种不同的地质条件，无论是质地坚硬的岩石，还是零星破碎的块石，钻爆法均具有良好的适应性和较低的施工成本。同时，钻爆法所需要的机械设备简便、施工技术成熟可靠以及爆破物资价格低廉等，使得钻爆法已成为隧道开挖工程中的首要施工方法。
在隧道进行爆破时，炸药会在短时间内产生大量的热量并释放出高温高压气体，同时，受钻孔空间体积的限制，使得炸药在爆炸时释放的一部分能量不能及时地自由释放，而对钻孔周围的岩石圈做功，进而使得隧道围岩受到剧烈的冲击和压缩，以致隧道围岩破碎和松动；而炸药释放的另一部分能量透过隧道围岩的碎石引起强烈的振动并传递至地表，这对隧道围岩的稳定性和地表邻近建(构)筑物结构的安全性产生不利影响。
2、隧道爆破危害
隧道在爆破施工时，恰当的装药量起爆释放出的能量，使得待挖掘的岩石受到冲击破碎而又不产生飞石。但因地质条件的复杂性，难以获得恰当的炸药装填量，所以隧道爆破过程中难免会出现装药过量的情况。
炸药装填过量，一方面对隧道围岩产生过渡的冲击而影响其稳定性，而缺乏稳定的围岩容易出现整体垮塌，这对爆破后进行施工作业的人员埋下巨大安全隐患。另一方面，炸药装填过量在爆破时会产生严重的飞石现象并伴随强烈的振动和粉尘，飞石容易对施工现场的机械和人员产生威胁；强烈的振动对隧道围岩稳定性和邻近地表建(构)筑物结构产生不利影响。2020年福建闽清县梅城镇某隧道爆破施工，导致附近自建民房墙体振裂、2020年广西百色某隧道爆破后，隧道顶部岩石破碎导致隧道坍塌、2018年云南武定县某高速公路隧道爆破施工，飞石击中路人致其重伤、2017年青海湟中县某隧道爆破施工，隧道口处民房梁被飞石砸断，另处某砌体房屋因剧烈振动而垮塌。
3、影响爆破振动强度的因素
目前，对于爆破振动强度的表征，国内外的主流方式是通过质点的振动速度来描述。即质点振动速度越快，表明爆破振动强度越明显；反之亦然。同时，基于工程经验的萨道夫斯基公式在工程界被广泛的认可与应用，即：
式中：V---爆破振动速度；
Q---单段最大装药量；
R---测点与爆源的距离；
K、α---隧道爆破相关的地质参数，既可由现场测试获取，也可根据《爆破安全规程》(GB6722-2014)取值，如下表3-1所示：
表3-1：不同地质岩石类型的K、α取值
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根据隧道爆破现场效果和文献资料可知，影响隧道爆破强度(效果)的因素有[1]：单段起爆装药量、爆心距、起爆方案、岩石性质、钻孔类型和引爆面等。其中，单段起爆装药量越多和离爆源越近，爆破振动强度(效果)越明显。
综合萨道夫斯基公式和文献中隧道爆破现场效应可知：影响隧道爆破振动强度的主要因素有：单段最大装药量、爆心距和地质条件。其中，人为可控的因素仅为单段最大装药量，而爆心距与地质条件受工程自身决定。
4、爆破振动控制标准
隧道爆破主要应用于公路和轨道交通运输工程中，我国根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）对此类工程一般采用质点峰值振动速度和主振频率来确定安全允许标准如下表4-1所示：
表4-1：爆破振动安全允许标准
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由上表可知，仅由被保护物的结构类型和主振频率来确定被保护物的安全振速。然而要准确衡量被保护物在隧道爆破时的动力反应和破坏情况，还须考虑隧道爆破的地震波特性和被保护物的结构动力响应性质[2]，进而分析出被保护物在爆破时的损伤机理。
5、减小爆破振动措施
振动作为钻爆法的首要危害，所以在采用钻爆法对隧道开挖施工时，要最大程度上减小爆破振动效应，进而减轻对围岩和邻近建(构)筑物的影响。常见的减振措施有：
5.1：控制单段最大装药量
由萨道夫斯基经验公式可推导出单段最大装药量计算式：
爆心距R、岩石性质参数K和α的取值可在隧道施工现场测试获取，不受人为因素决定，而安全振速V由表4-1取值，即单段最大装药量已由现场条件所决定。然而，严格按照单段最大装药量执行爆破任务，则很难达到理想的爆破效果。所以，在实际工程案例中，一般通过延期爆破技术，把炸药产生的能量分段释放出去以获得理想的爆破效果。即在单段最大装药量无法达到理想爆破效果时，常将两者联合运用。
5.2：钻孔类型
目前我国在隧道开挖工程中，一般都使用楔形掏槽孔技术，而采用轴对称的斜眼掏槽方式在爆破时能获得更好的掏槽效果。但是受隧道施工断面和施工条件的限制，掏槽角度不能保证特别理想，以致掏槽时的夹制作用较大，需要更多的装药量，这必将引起更为强烈的爆破振动。
常见的减小掏槽爆破振动的思路有两种，一是牺牲施工效率和工程进度的减小爆破进尺；二是施工精度和技术要求高的空孔直眼掏槽。而文献[3]提出一种多级复式楔形掏槽方法，既利用了前一级掏槽为后一级掏槽创造的临空面；又减小了各级掏槽爆破所需的炸药量。降低了爆破的夹制作用，有效控制了爆破振动和施工成本，提高了爆破进尺率。
5.3：延时爆破技术
隧道爆破时，炸药释放出的一部分能量以振动波的形式由爆源向外传递，形成爆破振动效应。当各爆源产生的振动波频率相近时，爆破振动对邻近建(构)筑物的影响最强烈。延时爆破就是通过控制起爆时间让各振动波的波峰与波谷相遇；或者让相邻两次爆破的振动波完全分离以避免振动波的叠加，从而起到减小爆破振动作用。理论上通过控制振动波的波峰和波谷相遇，可以最大程度的减小爆破振动效应，但是此技术要求较高、且条件苛刻。
5.4：隧道轮廓线预裂技术
预裂技术就是通过预裂纹阻隔爆破振动波的传播，减小振动对围岩和地表邻近建(构)筑物的影响。首先沿隧道断面的轮廓线等间距的钻预裂孔，然后在预裂孔内装上适量的炸药进行起爆，爆破后会在隧道截面上沿轮廓线形成一条贯通的预裂缝，最后进行掏槽爆破时，预裂缝将有效地阻隔或反射掏槽振动波，可以起到降低爆破振动效应的作用。
5.5：其他措施
除上述几项措施外，还可以通过采用炮孔短进尺，减小每次起爆时所需的装药量进而控制爆破振动效应。创造更好的爆破临空面，在爆破时因临空面越好而传递给围岩的能量也越低。通过在爆破振动传递路径上设置减震孔或挖掘减震沟等措施，可减轻或切断爆破振动的效应。
6、小结
钻爆法因其技术成熟和施工成本低等优点，在隧道开挖施工中应用广泛；但又因爆破具有的先天缺陷，使其发展和适用场地受到极大限制。根据上述对隧道爆破分析，可以得出以下结论：
⑴：钻爆法虽然技术成熟，但是爆破导致隧道围岩稳定性降低、地表建(构)筑物结构受损等安全问题，仍是发展钻爆法需要攻克的难题。
⑵：以结构类型和主振频率来确定爆破振动控制标准略显粗糙，可结合地震波特性和建(构)筑物动力响应综合做出爆破振动控制标定。
⑶：振动作为爆破的首害，通过人为精确的计算单段起爆装药量来控制爆破振动仍是需要继续研究的课题。
⑷：可从优化施工方法和起爆技术的角度考虑，最大程度上研究多种控制爆破振动的综合措施，将爆破振动控制在最小值。
⑸：加强地质勘探技术提升，获得更加具有代表性的地质资料和地质参数，使设计人员能更清楚的了解和掌握待施工的隧道情况。
参考文献
[1]. 叶云斌、方继伟.隧道爆破施工对近接既有隧道的影响分析[J].交通科技, 2015, 000(003):129-132.
[2]. 王旭春、管晓明、于云龙等. 隧道爆破下建筑结构局部应力响应及损伤研究[J].地下空间与工程学报, 2019, 15(01):128-136.
[3]. 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(1):82-87.