数码雷管错相减震爆破技术在地铁隧道施工中的应用.pdf

第37卷第2期 2020年6月 Vo l . 37 No . 2 Jun . 2020 bMg do i10. 3963/j. issn . 1001 -487X. 2020.02.010 数码雷管错相减震爆破技术 在地铁隧道施工中的应用* 任登當,简中飞孟祥栋2,张学民3,郑文事,孟令天5 1.贵阳市城市轨道交通集团有限公司，贵阳510000 ；2,重庆建工集团有限公司，重庆400000； 3.中南大学土木工程学院，长沙410075 ；4.中铁隆工程集团有限公司，成都610000； 5.中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆400023 摘要城市地铁施工爆破对近接建筑物的安全影响及防护技术，是行业持续关注的热点和难点问题。针 对硬岩地层隧道非电毫秒分段延期爆破减震效果难以满足安全振速标准问题,依托贵阳轨道交通2号线省 医站4号出入口暗挖隧道工程,开展了数码电子雷管错相减震爆破技术的应用研究。结果表明利用数码电 子雷管起爆精准授时特点，基于错相减振原理优化各炮孔之间的微差时间，控制孔间振动波主振相错开约半 个周期，可实现降低爆破振速的目的；在不改变炮孔数量、单孔装药量的情况下，仅调整炮孔爆破延期时间， 相同位置测点爆破振速由2.71 c m/s降至1.39 c m/s，减小48.7 o通过工程应用试验，保证了邻近老旧建 筑物的安全，提高了效率，缩短了工期。 关键词地铁隧道；数码电子雷管；单孔单响；错相减震；老旧建筑物 中图分类号TD235.3 文献标识码A 文章编号1001 -487X202002 - 0053 - 07 Applicatio n o f Stag g ered Phase Damping Blasting Techno lo g y o f Electro nic Deto nato r in Guiyang Metro Tunnel REN Deng-fu ,JI AN Zhong-fei ,MENG Xiang-dong2, ZHANG Xue-min3,ZHENG Wen-chang ,MENG Ling-tian5 1. Guiya n g Ur ba n Ra il Tr a n sit Gr o up Co Lt d,Guiya n g 510000,Chin a； 2. Cho n gq in g Co n st r uc t io n En gin eer in g Gr o up Co Lt d, Cho n gq in g 400000, Chin a ； 3. Cen t r a l So ut h Un iver sit y, Cha n gsha 410075 , Chin a； 4. Ra n k en Ra il wa y Co n st r uc t io n Gr o up Co Lt d,Chen gdu 610000,Chin a； 5. CREEC Cho n gq in g Sur vey Design a n d Resea r c h Co Lt d, Cho n gq in g 400023 ,Chin a Abstract The imp a c t o f ur ba n subwa y c o n st r uc t io n bl a st in g o n t he sa fet y o f a dja c en t buil din gs a n d it s p r o t ec t io n t ec hn o l o gy a r e t he ho t a n d diffic ul t issues t ha t t he bl a st in g in dust r y c o n t in ues t o p a y a t t en t io n t o . Aimin g a t t he p r o b l em t ha t t he sho c k a bso r p t io n effec t o f n o n -el ec t r ic mil l isec o n d sec t io n del a yed bl a st in g in ha r d r o c k st r a t um t un n el c a n n o t meet t he sa fe vibr a t io n vel o c it y st a n da r d, t he a p p l ic a t io n r esea r c h o f digit a l el ec t r o n ic det o n a t o r st a gger ed sho c k a bso r p t io n bl a st in g t ec hn o l o gy is c a r r ied o ut ba sed o n t he un der gr o un d ex c a va t io n p r o jec t o f No . 4 o f Pr o vin c ia l Medic a l st a t io n o f Guiya n g Ra il t r a n sit Lin e 2. The r esul t s sho w t ha t t he bl a st in g vel o c it y c a n be r educ ed by usin g p r ec ise t imin g c ha r a c t er ist ic s o f digit a l el ec t r o n ic det o n a t o r, o p t imiz in g t he differ en t ia l t ime bet ween ea c h ho l e ba sed o n t he p r in c ip l e o f st a gger vibr a t io n r educ t io n, a n d c o n t r o l l in g t he st a gger o f ma in vibr a t io n p ha se o f vibr a t io n wa ve bet ween ho l es fo r a bo ut ha l f a p er io d. Wit ho ut c ha n gin g t he n umber o ho l es a n d sin gl e ho l e l o a din g q ua n t it y, o n l y a djust in g t he del a y t ime, t he bl a st in g vibr a t io n vel o c it y a t t he mea sur in g p o in t a t t he sa me p o sit io n wa s r educ ed fr o m 2.71 c m/s t o 1. 39 c m/s, dec r ea sin g by 48. 7. Thr o ugh en gin eer in g a p p l ic a t io n t est, t he sa fet y o f a dja c en t o l d 54爆破2020年6月 buil din gs is gua r a n t eed, t he effic ien c y is imp r o ved, a n d t he c o n st r uc t io n p er io d is sho r t en ed. Key wo rds subwa y t un n el ； digit a l el ec t r o n ic det o n a t o r ； ho l e by ho l e bl a st in g ； st a gger ed da mp in g ； o l d buil din g 随着城市地铁建设的快速发展,各地尤其是中 西部山地大中城市地铁线路不同程度穿越岩质地 层。在以岩质地层为主的地铁区间隧道、车站基坑 及附属出入口工程建设中，因钻爆法具有工艺简单、 操作灵活、工效高、成本低等优点曾被较广泛采用; 因钻爆法施工伴生的振动、冲击波、烟尘和噪音等爆 破危害效应，工程实践中时有采用环境影响小但工 效较低的小型机械或静态破岩等非爆破法、技术不 够成熟的硬岩掘进机法，因而施工进度一般难以满 足工期等目标要求，施工环境尘泥飞流严重,控制爆 破施工仍不失为解决工程进度的重要选项。推动城 区复杂环境下硬岩地层地铁工程绿色施工技术进 步,开展针对钻爆技术的再创新及合理爆破减震技 术的研究具有重要的工程实践意义。 国内学者针对城区复杂环境下工程爆破及其减 震技术展开了一些研究工作。在非电毫秒雷管爆破 减震技术方面，王松青等分析了武汉地铁区间隧道 下穿建筑物爆破振动传播规律，探讨了分台阶爆破、 直孔掏槽、周边密集减振孔、空气间隔装药及延时爆 破等参数⑷；方俊波从大中空孔直眼掏槽、一次起 爆分部延时爆破、浅孔多眼等方面分析了控制爆破 振速措施及效果⑵；曹杨等、赵永生等分析了爆破 振速传播规律，通过现场试验分别提出了减振孔、调 整装药结构、微差延迟爆破、直孔掏槽、中空孔爆破 等减震技术卩⑷。为了进一步提高钻爆法减震效 果，孟祥栋等、田振农等、傅洪贤等通过电子雷管起 爆方法开展了微差减震爆破试验，探讨了数码雷管 错相减震的微差设置方法7〕；赵根等研究了电子 雷管起爆系统及其在岩塞爆破中的应用凶。综上 可见,非电毫秒雷管减震技术主要集中在开挖分部、 掏槽形式、装药结构及减振孔布置等方面,而针对电 子雷减震技术的研究相对较少，目前尚无完善的孔 间授时方法,主要通过试爆进行爆破参数优化。 贵阳市轨道交通2号线省医站4号出入口隧道 工程，埋深浅、周边环境复杂，周边70、80年代老旧 建筑物繁多，施工期间不同地段多次出现管线渗漏、 构建筑物开裂等问题。为此,开展了数码电子雷管 单孔单响微差起爆减震爆破试验，以期提高施工工 收稿日期2020-01 -10 作者简介任登富1978 -，男，高级工程师、工程硕士，从事隧道工 程施工技术与建设管理研究,E-ma il 83985601 q q . c o mo 通讯作者张学民1973 -，男，教授、博士，从事隧道工程方面教学 与科研工作，E-ma il z ha n gx m c su. edu. c no 基金项目国家自然科学基金面上项目51978671；郑万铁路客运 专线科技计划项目2016-068 效同时达到确保周边建筑物结构安全的目的。 1工程背景 1.1工程概况工程概况 贵阳市轨道交通2号线省医站位于宝山南路与 都司高架路交叉路口北侧，沿宝山南路地下南北向 布置，车站为地下二层式车站，长200 m,宽20.9 m, 采用初支拱盖法暗挖施工。省医站站附属结构共设 4个出入口通道，其中4号出入口隧道位于车站小 里程端东北侧，采用明、暗挖相结合法施工，通道全 长12为炮孔起爆间隔时间;为初相位，对同 一测点初始相位差可忽略不计;函数4 t 为第i个 振动波形包络线。 据上述思路，经计算可得主振频域内各谐波半 个相位差的时间最小约为1/罗,其中/■为主振频率, 一般为10-60 Hz。当电子雷管起爆延时精度为 1 ms时,起爆延时误差一般不超过主振动波半个相 位时间差的i/io。 2.2爆破参数设计爆破参数设计 选择隧道上半断面爆破设计方案为主介绍爆破 参数。如图2所示,4号出入口隧道上台阶高3.5 m, 开挖断面21 n ,设计循环进尺1.0 m,孔深1.2 m,采 用TY-28凿岩机成孔，孔径42 mm。掏槽区位于上台 阶中部，按“对称、双层、对应，无压抬”原则布置复式 楔形竖向掏槽孔。共设炮孔H3个,其中掏槽孔 14个，辅助掏槽孔6个,内圈孔49个,周边孔28个, 底板孑L 16个;周边孔距40 c m,底板孔距50 c m,孔圈 距50 - 60 c m；抵抗线按孔间距约1.5倍设置;总装药 量62.6 k g；装药结构除周边孔采取间隔装药外，其余 孔均采取连续装药;炮孔封堵就地取用红黏土，封堵 密实且要求有一定强度,孔内除装药部分全部封堵, 封堵长度不小于30 c mo根据文献［5］提出的单孔单 响错相减震原理和贵阳地区相关隧道爆破经验，分别 计算各炮孔装药量和数码电子雷管起爆授时,结果如 表1所示,其中最大单孔装药量0.7 k g部分辅助孔 和底板孔，平均单耗2.98 k g/m3o O 107 63 。31 c 罟 普 罟 曽 95 O55 畋 51 57 37 o5 “13 036 。21 255 15o“6 5QQ 一戶肥肝 029 |罪苕二 o o o o 25 1911 5 O67 半夕孑5 3 O41 O39 ii3 109。65。33 “69 70 14 44 6 1220 40 42 O O 038 49 O O O 2 8 16 O O O 4 10 18 102 O 104 64 106 34 66 108 46 48 50 110 O O O 680 112 72 74 76 78 80 82 84 -e-------e------e-----o o------e- 3 90 58 022 7600 a 炮孔布置 a Bl a st ho l e l a yo ut b复式楔形竖向掏槽孔 b Co mp o un d wedge ver t ic a l c ut t in g ho l e 图2炮孔布置图单位mm Fig. 2 Bl a st ho l e l a yo ut un it mm 56爆破2020年6月 3爆破振动监测及延时错相调整 3.1监测方案监测方案 爆破振动监测按每炮必测的原则,选用无线网 络三分量测振仪，采取无人值守监测，智能远程数据 采集，实时掌握测点爆破振速及波形图，测点主要布 置在最不安全的老旧建筑物处、隧道顶部重要管线 部位、已建成地铁车站隧道壁上，具体测点详见图1 所示。通过试爆采集振速数据，调整数码电子雷管 微差起爆时间，以实现错相减震。 3.2监测数据分析监测数据分析 据试爆监测数据,1 、2、4测点爆破振速均小 于爆破安全规程GB67222014[9]规定的安全 允许振速标准2. 50 c m/s ,其中4测点最大振速仅 0.89 c m/s ,爆破振动频率和振速控制基本达预期。 但3测点老凯里酸汤鱼饭店处单分量振速峰值 2.71 c m/s ,矢量和速度峰值达3.54 c m/s ,超过安全 允许振速标准。3测点处采集的振速波形见图3。 表1隧道上台阶爆破参数统计表 Table 1 Blasting parameters o f tunnel upper bench 孔号 延时/单孔药量/ ms k g 炮孔 类别 孔号 延时/单孔药量/ ms k g 炮孔 类别 孔号 延时/单孔药量/ ms k g 炮孔 类别 1100.6里掏槽394280.6辅助眼7710650.7底板眼 2170.6里掏槽404420.6辅助眼7810850.7底板眼 3240.6里掏槽414570.6辅助眼7911050.7底板眼 4310.6里掏槽424720.6辅助眼8011250.7底板眼 5380.6里掏槽434870.6辅助眼8111450.7底板眼 6450.6里掏槽445020.6辅助眼8211650.7底板眼 7520.8外掏槽455170.6辅助眼8311850.7底板眼 8590.8外掏槽465320.6辅助眼8412050.7底板眼 9660.8外掏槽475470.6辅助眼8512250.7底板眼 10730.8外掏槽485620.6辅助眼8612450.3周边眼 11800.8外掏槽495770.6辅助眼8712650.3周边眼 12870.8外掏槽505920.6辅助眼8812850.3周边眼 13940.8外掏槽516080.6辅助眼8913050.3周边眼 141010.8外掏槽526240.6辅助眼9013250.3周边眼 151120.6辅助眼536400.6辅助眼9113450.3周边眼 161230.6辅助眼546560.6辅助眼9213650.3周边眼 171340.6辅助眼556720.6辅助眼9313850.3周边眼 181450.6辅助眼566880.6辅助眼9414050.3周边眼 191560.6辅助眼577040.6辅助眼9514250.3周边眼 201670.6辅助眼587200.6辅助眼9614450.3周边眼 211780.6辅助眼597360.6辅助眼9714650.3周边眼 221890.6辅助眼607520.6辅助眼9814850.3周边眼 232000.6辅助眼617690.6辅助眼9915050.3周边眼 242240.6辅助眼627860.6辅助眼10015250.3周边眼 252370.6辅助眼638030.6辅助眼10115450.3周边眼 262500.6辅助眼648200.6辅助眼10215650.3周边眼 272630.6辅助眼658370.6辅助眼10315850.3周边眼 282760.6辅助眼668540.6辅助眼10416050.3周边眼 292890.6辅助眼678710.6辅助眼10516250.3周边眼 303020.6辅助眼688880.6辅助眼10616450.3周边眼 313160.6辅助眼699050.6辅助眼10716650.3周边眼 323300.6辅助眼709250.7底板眼10816850.3周边眼 333440.6辅助眼719450.7底板眼10917050.3周边眼 343580.6辅助眼729650.7底板眼11017250.3周边眼 353720.6辅助眼739850.7底板眼11117450.3周边眼 363860.6辅助眼7410050.7底板眼11217650.3周边眼 374000.6辅助眼7510250.7底板眼11317850.3周边眼 384140.6辅助眼7610450.7底板眼总计62.6 第37卷第2期任登富，简中飞,孟祥栋,等 数码雷管错相减震爆破技术在地铁隧道施工中的应用57 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 L00 0.50 0.00 -0.50 -4,00 -1.50 -2.00 -2.50 删通道1 ■通道2 删通道3 主频43.0 Hz 主频32.0 Hz 主频52.0 Hz 最大值2.15 c m/s最大值0.75 c m/s最大值2.71 c m/s 00 丄.-一一-丄一.-...j』一___〕____i--.- -.......i........i.......丄___」____1--.一一“ 0.0 M 0.2 03 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 LI L2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 图3测点3授时调整前波形图 Fig. 3 Wa vefo r m o mo n it o r in g p o in t 3 befo r e t ime a djust men t 3.3电子雷管错相减震授时优化电子雷管错相减震授时优化 据爆破设计方案,1-14孔为掏槽孔,15 -20 孔为辅助掏槽孔，其中14个掏槽孔总延时101 ms, 而图3所示3测点拾振器从触发至最大振速时刻 历时约95 ms。因爆心距较小，可初步判断3测点 振速超标主要由1 14掏槽孔单孔微差爆破产生 的振速波叠加引起。因此,结合工程实际，为简化现 场操作，在单孔装药量保持不变情况下仅调整1 24孔爆破振动相对较大孔位的电子雷管微差授时。 据试爆监测数据，出入口隧道场地爆破振动主 频范围80 87Hz , 个振动周期时长约11. 5 12.5 ms,相邻炮孔之间爆破振动波形的主振相错开 tt时对应时差为5.75 -6.25 ms。由上述分析可知， 据3测点拾取的爆破振动波形最大振速对应的历 时时长，可适当减小14个掏槽孔的起爆时差，同时 增加6个辅助掏槽孔的起爆时差，控制孔间振动波 主振相错开时长接近0.5个周期，从而提高错相减 震的实施效果。表2给出了 1 20孔电子雷管授 时调整前后数据,其它孔起爆授时同表1。 4错相减震实施效果 据表2参数调整各炮孔之间起爆授时再次实施 爆破，各测点最大振速均小于安全允许振速 2.5 c m/s ,其中3测点最大振速1. 39 c m/s（见图 4）,相对第一次试爆最大振速2. 71 c m/s,减小 4 7。 据上述爆破振速监测数据和现场调查,4号出 入口隧道临近老旧民房区域爆破未对周边建筑物产 生不良影响。试爆结果表明，在不减少单孔装药量 情况下通过合理控制炮孔之间电子雷管起爆延时， 可将爆破振速控制在安全允许振速0.5 c m/s以下。 同时，省医站4号出入口隧道开挖日平均进尺 1.0 m,相较目标工期提前5 d。 表2隧道上台阶电子雷管起爆授时调整对比表 Table 2 Co mpariso n o f initiatio n time delay o f electro nic deto nato r o n tunnel upper step 孔 号 试爆试爆优化优化单孔 炮孔 类型 延时/时差/延时/时差/药量/ msmsmsms k g 110/10/0.6里掏槽 21771660.6里掏槽 32472260.6里掏槽 43172860.6里掏槽 53873460.6里掏槽 64574060.6里掏槽 75274660.8外掏槽 85975260.8外掏槽 96675860.8外掏槽 107376460.8外掏槽 118077060.8外掏槽 128777660.8外掏槽 139478260.8外掏槽 1410178860.8外掏槽 1511211101130.6辅助眼 1612311114130.6辅助眼 1713411127130.6辅助眼 1814511140130.6辅助眼 1915611153130.6辅助眼 2016711166130.6辅助眼 2117811179130.6辅助眼 2218911192130.6辅助眼 2320011205130.6辅助眼 2422424224190.6辅助眼 58爆破2020年6月 图4测点3授时调整后波形图 Fig. 4 Wa vefo r m o f mo n it o r in g p o in t 3 a ft er t imin g a djust men t 5结论 依托贵阳市轨道交通2号线省医站4号出入口 隧道工程，通过开展数码电子雷管错相减震爆破试 验，分析了临近老旧建筑物最不利位置的爆破振动 响应规律,据此优化了各炮孔之间电子雷管授时,实 现了应用电子雷管错相减震的防护目的，得到如下 结论和建议 1 因不同段别的非电毫秒雷管微差延时起爆 误差较大，爆破振动波易发生叠加，难以适于城区紧 邻建筑物爆破施工，而通过对数码电子雷管精确授 时,可实现单孔单响起爆错相减震,大幅度降低爆破 振速，为城区复杂环境下硬岩地层地铁工程爆破施 工提供了遴选技术路径。 2 数码电子雷管错相减震的效果，受场地地 形和地质条件、爆心距、掏槽孔数量、单孔装药量、孔 间延时等多个因素影响，当场地条件一定时掏槽区 爆破参数依然是降低爆破振动强度的关键。本案例 中风化白云岩地层隧道爆破采用14孔逐孔掏槽、 0.6 k g里掏槽孔和0.8 k g外掏槽孔单孔药量、 6 ms掏槽孔和13 ms辅助掏槽孔孔间延时，为 后续逐孔起爆创造了良好临空面,减震效果较好。 3 基于电子雷管逐孔爆破现场监测数据，中风 化白云岩场地爆破振动主频范围80 -87 Hz ,振动周 期约11.5-12.5 ms,相邻炮孔之间爆破振动波形主 振相错开半个周期时对应时差为5. 75 - 6.25 ms。上 述参数可供类似场地条件下爆破设计参考。 4数码电子雷管逐孔爆破参数设计尚无成熟 理论方法。工程实践中,通过现场试爆，采集爆破振 动数据,进行信号频谱分析,基于数码电子雷管错相 减震设计原则,对电子雷管单孔起爆时差进行精确 授时,是实现错相减震的关键环节。 参考文献参考文献References [1]王松青，张全峰,汪海波，等.武汉地铁区间隧道下穿 建筑物爆破振动控制技术研究[J].工程爆破,2020, 261 85-90. 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[10] 汪旭光，于亚伦,刘殿中.爆破安全规程实施手册 [M].北京人民交通出版社,2004. 英文编辑叶海旺 科技论丈写作小知积----摘要 1 * 2 o 摘要是以提供文献内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地记述文献重要内容的 j 短文。摘要应具有独立性和自明性，并且拥有与文献同等量的主要信息，即不阅读全文，就能获得 i 必要的信息。一篇完整的论文都要求写随文摘要，按摘要的不同功能来划分，大致有如下3种 j 类型 j 1 报道性摘要 报道性摘要 j 报道性摘要是指明一次文献的主题范围及内容梗概的简明摘要，相当于简介。报道性摘要一 i 般用来反映科技论文的目的、方法及主要结果与结论，在有限的字数内向读者提供尽可能多的定性 \ 或定量的信息，充分反映该研究的创新之处。科技论文如果没有创新内容，如果没有经得起检验的 与众不同的方法或结论，是不会引起读者的阅读兴趣的，所以建议学术性期刊或论文集多选用 报道性摘要，用比其他类摘要字数稍多的篇幅，向读者介绍论文的主要内容，以“摘录要点”的形式 \ 报道出作者的主要研究成果和比较完整的定量及定性的信息，篇幅以300字左右为宜。 \ 2 指示性摘要 指示性摘要 [ [ 指示性摘要是指明一次文献的论题及取得的成果的性质和水平的摘要，其目的是使读者对该 \ 研究的主要内容即作者做了什么工作有一个轮廓性的了解。创新内容较少的论文，其摘要可写 成指示性摘要，一般适用于学术性期刊的简报、问题讨论等栏目以及技术性期刊等只概括地介绍论 \ 文的论题，使读者对论文的主要内容有大致的了解，篇幅以100字左右为宜。 3 报道-指示性摘要 报道-指示性摘要 [ [ 报道-指示性摘要是以报道性摘要的形式表述论文中价值最高的那部分内容，其余部分则以 J 指示性摘要形式表达，篇幅以100 -200字为宜。 j 论文发表的最终目的是要被人利用，如果摘要写得不好，在当今信息激增的时代论文进入 j 文摘、杂志、检索数据库后，被人阅读、引用的机会就会少得多，甚至丧失，一篇论文价值很高，创 \ 新内容很多，若写成指示性摘要，也可能会失去较多的读者。所以一般地说，向学术性期刊投 j 稿，应选用报道性摘要形式，只有创新内容较少的论文，其摘要可写成报道-指示性或指示性 j 摘要。 i