水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究.pdf

doi10． 3969／ j． issn． 1001- 8352． 2020． 01． 011 水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究 * 种玉配 ① 熊炎林① 杨小林② 齐燕军③ 刘书奎③ ①中铁隧道局集团有限公司勘察设计研究院（广东广州，５１１４００） ②河南理工大学土木工程学院（河南焦作，４５４１５０） ③中国矿业大学力学与土木工程学院（江苏徐州，２２１１１６） ［摘 要］ 为了研究水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应，以段家坪隧道为例，采用数值模拟，对拱顶、拱肩、拱腰和 拱脚的振速和应力以及节理对应力波传播的影响规律进行分析，将数值模拟和现场爆破振动数据进行对比。 结果 表明拱顶处的振速和应力最大；随着岩体中水平岩体层数的增加，K 值减小，α值增大；水平层状岩体模型中，节理 两侧的振速与应力衰减幅度较均质模型中大；由于实际隧道围岩并不是均质的，现场监测振速数据拟合出的振动 波衰减指数 α偏大。 ［关键词］ 水平砂泥岩；爆破振动；数值模拟；衰减指数 ［分类号］ ＴＤ２３５ Study on Blasting Vibration of Tunnels in Horizontal Sand and Mudstone Stratum ＺＨＯNＧ Ｙｕｐｅｉ ①， ＸＩＯNＧ Ｙａｎｌｉｎ①， ＹＡNＧ Ｘｉａｏｌｉｎ②， ＱＩ Ｙａｎｊｕｎ③， ＬＩＵ Ｓｈｕｋｕｉ③ ① Ｓｕｒｖｅｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． ， Ｌｔｄ．（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ， ５１１４００） ② Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅ ｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｈｅｎａｎ Ｊｉａｏｚｕｏ， ４５４１５０） ③ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｘｕｚｈｏｕ， ２２１１１６） ［ABSTRACT］ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌｓ ｉｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓａｎｄ ａｎｄ ｍｕｄｓｔｏｎｅ ｓｔｒａｔｕｍ， ｔａｋｉｎｇ Ｄｕａｎ- ｊｉａｐｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ， ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ａｔ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖａｕｌｔ， ｓｈｏｕｌｄｅｒ， ｗａｉｓｔ ａｎｄ ｆｏｏｔ ｏｆ ａｒｃｈ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｊｏｉｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｖｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Nｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ａｔ ｔｈｅ ｖａｕｌｔ ｔｏｐ ａｒｅ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｌａｙｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ， ｔｈｅ K ｖａｌｕｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ αｖａｌｕｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｌａｙｅｒｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｍｏｄｅｌ．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｕｎｎｅｌ， ｔｈｅ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｗａｖｅ ｆｉｔｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎ- ｓｉｔｕ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄａｔａ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ． ［KEYWORDS］ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ａｎｄ ｍｕｄｓｔｏｎｅ； ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ； ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ 引言 水平岩层是目前隧道施工作业经常遇到的一种 地质构造。 隧道光面爆破如果处理不好，隧道拱顶 会出现大面积平顶、落石、塌顶等现象，不仅直接影 响隧道的光面爆破效果，还会影响隧道的围岩稳定 性、初支支护的数量以及二衬混凝土的工程量，增加 工程投资 ［１- ３］ 。 王海龙等 ［４］ 在草帽山隧道爆破中通过线性拟 合得到了萨道夫斯基公式的系数，得出爆破地震波 主频率随着爆心距的增大而减小。王玲霞 ［５］ 在阳 江１号隧道爆破中得出，隧道纵向的振动衰减速度 比横向的振动衰减速度略大。王卓等 ［６］ 在烧锅隧 道爆破中通过ＦＬＡＣ模拟，用萨道夫斯基公式回归 拟合各个爆破区段的K、α 值。苑绍东等 ［７］ 结合青 岛地区的地质状况，确定了青岛地铁沿线不同建筑 物的安全允许振速、爆破单孔装药量以及施工振动 第４９ 卷 第 １ 期 爆 破 器 材 Ｖｏｌ． ４９ Nｏ． １ ２０２０ 年 ２ 月 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｆｅｂ． ２０２０ * 收稿日期２０１９- ０９- １７ 基金项目国家自然科学基金资助项目（５１６０８５２０）；中铁隧道局集团有限公司科技创新计划项目（２０１５- １３） 第一作者种玉配（１９９１ - ），男，硕士，工程师，主要从事隧道与地下工程科研与管理工作。 Ｅ- ｍａｉｌ８１５５０１７７６＠ｑｑ． ｃｏｍ 万方数据 影响范围。 孙宝平等 ［８］ 利用数值模拟算法计算得 到了岩体特征点的振速，研究了多孔毫秒延期爆破 振动规律。 江雅勤等 ［９］ 通过浇花峪隧道的爆破振 速，得出拱顶振速拟合出的爆破衰减系数大于其他 位置，且拱顶垂直方向振速最大。 姬维天等 ［１０］ 对比 分析了微差时间间隔分别为２５ ｍｓ 和 ７５ ｍｓ 的爆破 振速和应力，为降低岩体爆破振动损伤提供了依据。 相关学者的研究主要集中在爆破振速、振动衰 减系数及振动主频 ３ 个方面，而对水平砂泥岩地层 隧道爆破振速场和应力场分布以及水平节理对爆破 振动响应的影响研究较少。 本文中，结合段家坪水 平砂泥岩隧道现场情况，采用数值模拟和现场实测， 分析水平砂泥岩地层隧道爆破振动传播规律和爆破 振动衰减系数，为爆破振速预测和爆破成型开挖提 供指导。 1 工程概况 段家坪隧道位于蒙华铁路的第九标段，在陕西 省延安市宜川县境内。 隧道进口里程为 ＤＫ４４６ ＋ ６６４． ０２，出口里程为 ＤＫ４５７ ＋３８７． ００。 隧道全长 １０ ７２２． ９８ ｍ，为单洞双线隧道，最大埋深 ４５０ ｍ，两 处浅埋处最小覆土为３． ５ ｍ与 １４． ０ ｍ。 隧道所在区 域的大地构造部位属于陕甘宁台坳的次一级构造伊 陕斜坡，是一个基底硬化程度很高、比较标准的稳定 地块。 该隧道洞身围岩以三叠系上统厚层砂岩、粉 砂岩、夹薄层泥岩为主，岩层产状倾向 ２７２ 、倾角 ２ ，砂岩、粉砂岩节理裂隙较发育。 2 数值模拟 2． 1 材料参数 在ＡNＳＹＳ／ ＬＳ- ＤＹNＡ中，一般采用高性能炸药 材料*Ｍａｔ＿Ｈｉｇｈ＿Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ＿Ｂｕｒｎ来模拟炸药的爆 轰，采用状态方程*ＥＯＳ＿ＪＷＬ 来描述爆炸时炸药材 料的压力特征，同时可以描述炸药爆炸产生的单位 体积的内能、爆轰产物的压力和相对体积参数。 本 次模拟中使用炸药的具体参数见表１。 一般采用*Ｍａｔ＿Ｐｌａｓｔｉｃ＿Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ 来描述岩石 材料，这是一种考虑了材料失效的随动硬化、各向同 性以及应变率有关的模型，砂岩和泥岩的力学参数 见表２。 空气和炮泥材料模型与参数见文献［１１- １２］。 2． 2 数值模型建立 段家坪隧道开挖高度为９ ｍ，开挖宽度为１２ ｍ。 整个模型的尺寸为 ５ ４００ ｃｍ ２ ６００ ｃｍ ３ ２００ ｃｍ （单位制为 ｃｍ- ｇ- μ ｓ），模型四周设置无反射边界条 件。 对现场的炮孔布置进行了简化，一共设置了 ６ 个掏槽眼、９ 个辅助眼和 ９ 个周边眼。 根据现场水 平砂泥岩地层条件，模型上表面采用自由边界，其余 的面均采用无反射边界。 采用等距网格对计算模型 中的炸药、岩石、空气和炮泥介质进行划分，整个模 型共划分出 １７２ ３７８ 个节点、１５８ ７７５ 个单元，建立 了均质岩体模型以及一层、二层、三层和四层水平岩 体模型。 2． 3 数值计算结果 2． 3． 1 振动场和应力场分布规律 一、二、三、四层水平岩体模型如图 １ 所示。 提 出４ 个模型中拱顶、拱肩、拱腰和拱脚附近的振速和 应力数据，如图２ 和图３ 所示。 从图２ 和图３ 可知，同一种计算模型中，振速峰 值和应力峰值均表现出从拱顶到拱肩、拱腰、最后到 拱脚逐渐减小的顺序。 在同一位置处，振速峰值和 应力峰值均从一层到二层、三层、最后到四层水平岩 体模型逐渐减小。 拱顶附近节点的振速和单元应力 值均较大，说明爆破载荷对该区域围岩造成的损伤 较大，易产生超挖现象，在施工时对该区域的装药参 数应予以特殊考虑。 表１ 炸药及状态方程主要参数 Ｔａｂ． １ Ｍａｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｉｎ ｓｔａｔｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ρ／ （ｇ ｃｍ - ３） D／ （ｍ ｓ - １） pＣ- Ｊ／ ＧＰａA／ ＧＰａB／ ＧＰａR１ � R２ 槝ωE／ ＧＰａ １�． ０５４ ０１８ １８,． ５２１６垐． ７０\． １８４４垐． ２０Ｙ． ９０�． １５４�． １９２ 表２ 岩石材料参数 Ｔａｂ． ２ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｒｏｃｋ 岩体ρ／ （ｇ ｃｍ - ３） μE／ ＧＰａσ ／ ＭＰａEi／ ＧＰａεσb／ ＭＰａ 砂岩２�． ６０ｔ． ３２３�． ８４２Ｚ． ６８２ ３ ． ５２＋． １５ 泥岩２�． １０ｔ． ２４２�． ２１０Ｚ． ４５１ ２ ． ５１＋． ２５ ５５２０２０ 年２ 月 水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究 种玉配，等 万方数据 （ａ）一层水平岩体模型 （ｃ）三层水平岩体模型 （ｂ）二层水平岩体模型 （ｄ）四层水平岩体模型 图１ 数值模型 Ｆｉｇ． １ Nｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ 图２ 振速随位置的变化 Ｆｉｇ． ２ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｖａｒｙｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｏｓｉｔｉｏｎ 图３ 应力随位置的变化 Ｆｉｇ． ３ Ｓｔｒｅｓｓ ｖａｒｙｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｏｓｉｔｉｏｎ 2． 3． 2 振动波传播规律 在一层、二层、三层和四层水平岩体模型的隧道 底板上分别提取２０ 个节点的垂向振速数据，利用萨 道夫斯基公式进行回归分析，得出每种岩体模型的 回归方程，分别如式（１） ～ 式（４）所示。 一层水平岩体模型 v ＝ ２６５． ４６ Q １ ３ R １． ４４ ；（１） 二层水平岩体模型 v ＝ ２５０． ０３ Q １ ３ R １． ５２ ；（２） 三层水平岩体模型 v ＝ ２３９． ８８ Q １ ３ R １． ６０ ；（３） 四层水平岩体模型 v ＝ ２１０． ９７ Q １ ３ R １． ８２ 。（４） 式（１） ～ 式（４）中R 为测点至爆源的距离，ｍ；Q 为 单段最大药量，ｋｇ；v 为质点振速峰值，ｃｍ／ ｓ。 统计不同模型中的 K、α值，见表 ３。 K 为与岩 石性质、地质条件等有关的系数；α为爆破振动衰减 系数。 表３ 不同模型中的 K、α值 Ｔａｂ． ３ K ａｎｄ αｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｄｅｌｓ 数值模型Kα 一层水平岩体２６５ж． ４５１e． ４４ 二层水平岩体２５０ж． ０３１e． ５２ 三层水平岩体２３９ж． ８８１e． ６０ 四层水平岩体２１０ж． ９７１e． ８２ 由表３ 可以看出，随着岩体中水平岩体层数的 增加，K 值减小，α值增大。 由于水平岩体的存在会 对爆炸应力波的传播起阻隔作用，层数越多，阻隔作 用越强，所以应力波衰减指数随着岩体中水平岩层 层数的增加而增加；而不同模型之间由于水平岩层 层数的增加，场地系数 K 出现了逐渐减小的规律。 ６５ 爆 破 器 材 第 ４９ 卷第 １ 期 万方数据 2． 3． 3 节理对应力波影响作用分析 建立了均质岩体和水平层状岩体的周边眼光面 爆破岩体模型。 采用较为密集的网格进行计算，共 建立了７０ 个周边孔，炮孔半径２ ｃｍ，孔间距 ５０ ｃｍ。 爆破效果如图４ 所示。 （ａ）均质岩体 （ｂ）水平层状岩体 图 ４ 周边眼光面爆破效果 Ｆｉｇ． ４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｅｙｅｓ 由图４ 可知，均质岩体由于岩性较好，得到的爆 破断面轮廓光滑度较高；而对于水平层状岩体来说， 由于应力波的传播受到层状节理的阻碍，造成爆炸 能量分布不均衡，得到的断面轮廓凹凸不平，并且在 隧道拱顶处出现类似矩形门框形状。 选取水平层状 岩体模型拱顶处节理两侧的节点和单元，提取节点 振速和单元应力。 同时，在均质岩体模型中提取同 位置的节点振速和单元应力，见表４。 表 ４ 节点的振动速度和单元应力 Ｔａｂ． ４ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｕｎｉｔ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｎｏｄｅｓ 指标 水平层状岩体模型 节理下侧 节理上侧 均质岩体模型 节理下侧节理上侧 节点振速／ （ｃｍ ｓ - １） １５ｔ． ６０９． ３５１３�． ９０１０�． ２０ 单元应力／ ＭＰａ ６]． ６５２． ８５５�． ２０２�． ８８ 从表４ 可知，水平层状岩体模型中，节理上、下 两侧的振速衰减了４０． ０６％；均质岩体模型中，相同 位置处的振速衰减了 ２６． ６２％。 水平层状岩体模型 中，节理上、下侧的应力衰减了 ５７． １４％；均质岩体 模型中，相同位置处的应力衰减了４４． ６１％。 与均质岩体相比，水平层状岩体模型中节理两 侧的振速与应力衰减幅度较大，说明层状节理的存 在对应力波的传播具有一定的阻碍作用；水平层状 岩体模型中，节理下侧节点的振速与应力比均质岩 体模型中同位置处的振速与应力大，这是因为应力 波最先在节理下侧发生反射，反射波与入射波的相 互叠加产生应力集中现象，导致振速与应力增大。 3 现场爆破振动监测 3． 1 爆破振动测试内容 结合段家坪隧道现场的实际施工情况，采用 ＴＣ- ４８５０ 爆破测振仪提取隧道内部相关点的振速数 据，然后采用最小二乘法对所测数据进行回归分析， 计算出所测爆破场地的 K 和 α值，建立质点振动公 式。 3． 2 爆破振动测试方法 测试时，将感应探头放在和掌子面一定距离处 的隧道底板上。 选取隧道底板上较为平整的区域， 在碎石表面涂抹黄油，然后撒布粒径更小的碎石和 渣土，在感应探头底部抹上黄油，使传感器与碎石、 渣土贴合较好。 记录每次起爆的单段最大药量。 由于感应探头距离掌子面较近，为了防止爆破 飞石破坏仪器，设置仪器参数后，用特制的铁盒子盖 上仪器。 如图５ 所示。 起爆前，人员撤离至洞外；爆 破结束后，进洞取走仪器，然后将仪器与计算机连 接，利用配套的爆破振动波分析软件 ＢＶＡ（ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ）对本次的振动波数据进行提取。 图 ５ 现场仪器布置图 Ｆｉｇ． ５ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ 3． 3 爆破振动测试数据分析 提取３０ 组垂向振速数据进行回归分析，数据经 整理后见表５。 ７５２０２０ 年２ 月 水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究 种玉配，等 万方数据 表５ 垂向振动测试数据统计 Ｔａｂ． ５ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｄａｔａ 数据编号振速／ （ｃｍ ｓ - １） 比例距离／ （ｍ ｋｇ - １／ ３） １ ＃ ３９． ８１９ ０５０ ． １４１ ７３ ２ ＃ １９． ７１９ ９６０ ． ０９４ ７３ ３ ＃ ２９． ２５６ ０２０ ． １０８ ６４ ４ ＃ ３９． １１４ ９２０ ． １２７ ８７ ５ ＃ ２９． ０４７ ２７０ ． １０３ ４５ ６ ＃ ０９． ９９３ ５４０ ． ０７１ ８０ ７ ＃ ４９． ３６５ ９４０ ． １５１ ６４ ８ ＃ ３９． ４８６ ７８０ ． １３５ ３６ ９ ＃ ５９． ０３６ ５８０ ． １６２ ９９ １０ ＃ ３９． ８１９ ０５０ ． １４１ ７３ １１ ＃ ２９． ４５１ ６９０ ． １１３ ３１ １２ ＃ ３９． ２７７ １２０ ． １３１ １９ １３ ＃ １９． ３０８ ５６０ ． ０８２ ５２ １４ ＃ ０９． ９７０ ３２０ ． ０７０ ９５ １５ ＃ ３９． ２７７ １２０ ． １３１ １９ １６ ＃ １９． １４０ ４２０ ． ０７６ ９８ １７ ＃ １９． １７２ ３４０ ． ０７８ ０６ １８ ＃ １９． ３５９ ２８０ ． ０８４ １２ １９ ＃ ２９． ０１３ ７９０ ． １０２ ５９ ２０ ＃ ２９． ０８６ ２００ ． １０４ ４３ ２１ ＃ ２９． ３５４ １９０ ． １１１ ０１ ２２ ＃ ０９． ６８９ ８８０ ． ０５９ ７２ ２３ ＃ ０９． ６５７ ４１０ ． ０５８ ２８ ２４ ＃ ０９． ６７３ ８１０ ． ０５９ ０１ ２５ ＃ ３９． ２４９ ４５０ ． １３０ ６３ ２６ ＃ ２９． ６５７ ８９０ ． １１８ ０２ ２７ ＃ １９． ９８８ １５０ ． １０１ ９３ ２８ ＃ １９． ０４０ ３７０ ． ０７３ ４９ ２９ ＃ ２９． ０９０ ９３０ ． １０４ ５５ ３０ ＃ ３９． ２７１ ８６０ ． １３１ ０８ 得出的回归公式为 v ＝ １８１． ９７ Q １ ３ R １． ９８ 。（５） 对比式（５）和式（４）可以发现采用数值模拟和 现场测试两种方式计算得到的 K 和 α值相差并不 大。 这说明数值模型的建立是比较合理的，模拟的 结果具有一定的参考价值。 同时也可以看到，采用现场监测振速数据拟合 出的振动波衰减指数 α偏大。 这是因为实际中岩 石并不是均质的，内部都含有裂隙或其他不良结构， 这对地震波的衰减影响很大；而且测量时放置的地 面上存在大量的碎石和渣土，这对测量的准确性也 有一定的影响；而数值模型中只设置了 ４ 条层状节 理，这与实际的地质条件也有一定出入。 4 结论 通过对水平砂泥岩地层隧道中不同水平岩层的 爆破开挖数值模拟和爆破振动数据的现场测试，得 到了隧道拱顶、拱肩、拱腰和拱脚的振速和应力，对 比数值模拟和现场测试的数据，得到以下结论 １）同一种计算模型中，振速峰值和应力峰值均 表现出从拱顶到拱肩、拱腰、最后到拱脚逐渐减小的 顺序。 在同一位置处，振速峰值和应力峰值均从一 层到二层、三层、最后到四层水平岩体模型逐渐减 小。 随着岩体中水平岩体层数的增加，K 值减小，α 值增大。 ２）与均质岩体相比，水平层状岩体模型中节理 两侧的振速与应力衰减幅度较大，说明层状节理的 存在对应力波的传播具有一定的阻碍作用。 ３）数值模拟和现场测试计算得到的 K 和 α值 相差并不大，说明数值模型的建立是比较合理的。 由于实际隧道围岩并不是均质的，使得现场监测振 速数据拟合出的振动波衰减指数 α偏大。 参 考 文 献 ［１］ 苑俊廷． 水平层状围岩隧道初期支护参数研究［Ｊ］． 铁 道建筑，２０１６（４）５６- ５９． ＹＵＡN Ｊ Ｔ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｕｎ- ｎｅｌ ｉｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｌａｙｅｒｅｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ［Ｊ］．Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６（４）５６- ５９． ［２］ 李顺波． 水平缓倾岩层大断面隧道安全快速施工技术 研究［Ｄ］． 石家庄石家庄铁道大学，２０１６． ＬＩ Ｓ Ｂ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓａｆｅｌｙ ａｎｄ ｒａｐｉｄｌｙ ｃｏｎ- ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｌａｒｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｇｅｎｔｌｙ ｉｎ- ｃｌｉｎｅｄ ｒｏｃｋ［Ｄ］．ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｔｉｅｄａｏ Ｕｎｉ- ｖｅｒｓｉｔｙ，２０１６． ［３］ 刘鹏，吉锋，温书亿． 隧道水平岩层变形破坏机制的模 拟研究［Ｊ］． 现代隧道技术，２０１５，５２（３）８２- ８７． ＬＩＵ Ｐ， ＪＩ Ｆ， ＷＥN Ｓ Ｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒ- ｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｌｅｖｅｌ ｒｏｃｋ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌｓ ［Ｊ］．Ｍｏｄｅｒｎ Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１５，５２（３）８２- ８７． ［４］ 王海龙，赵岩，王永佳，等． 草帽山隧道爆破振动监测 与分析［Ｊ］． 铁道建筑，２０１７，５７（１２）６７- ７０． ＷＡNＧ Ｈ Ｌ， ＺＨＡＯ Ｙ， ＷＡNＧ Ｙ Ｊ，ｅｔ ａｌ． Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａ- ｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃａｏｍａｏｓｈａｎ ｔｕｎｎｌｅ［Ｊ］． Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，５７（１２）６７- ７０． ８５ 爆 破 器 材 第 ４９ 卷第 １ 期 万方数据 ［５］ 王玲霞． 公路隧道爆破振动波的传播规律研究［Ｊ］． 公 路，２０１８（５）３３２- ３３６． ［６］ 王卓，刘麒梁，付双双，等． 基于萨道夫斯基公式分段 拟合的烧锅隧道爆破振动预测研究［Ｊ］． 公路，２０１７ （８）３１１- ３１５． ［７］ 苑绍东，杨林，黄舰． 青岛地区地铁隧道爆破施工影响 范围研究［Ｊ］． 现代隧道技术，２０１８，５５（３）７６- ８０，９１． ＹＵＡN Ｓ Ｄ， ＹＡNＧ Ｌ， ＨＵＡNＧ Ｊ．Ｓｃｏｐｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｍｅｔｒｏ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｍｅｔｒｏ［Ｊ］． Ｍｏｄｅｒｎ Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，５５（３）７６- ８０，９１． ［８］ 孙宝平，高文学，周世生． 隧道掘进爆破破岩数值模拟 及应用研究［Ｊ］． 北京理工大学学报，２０１８，３８（１０） １０２５- １０２９，１０３６． ＳＵN Ｂ Ｐ， ＧＡＯ Ｗ Ｘ， ＺＨＯＵ Ｓ Ｓ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１８，３８（１０）１０２５- １０２９，１０３６． ［９］ 江雅勤，刘殿书，武宇，等． 兴延高速浇花峪隧道爆破 振动测试分析研究［Ｊ］． 隧道建设（中英文），２０１８，３８ （２）２２４- ２３１． ＪＩＡNＧ Ｙ Ｑ， ＬＩＵ Ｄ Ｓ， ＷＵ Ｙ， ｅｔ ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎａｌ- ｙｓｉｓ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｊｉａｏｈｕａｙｕ Ｔｕｎｎｅｌ ｏｎ Ｘｉｎｇｙａｎ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ［Ｊ］． Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１８，３８ （２）２２４- ２３１． ［１０］ 姬维天，刘洪震． 水平层状岩体隧道爆破开挖数值模 拟及振动效应研究［Ｊ］． 洛阳理工学院学报（自然科 学版），２０１６，２６（４）２７- ３０． ＪＩ Ｗ Ｔ， ＬＩＵ Ｈ Ｚ．Nｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｌａｙｅｒｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｕｏｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ- ｎｏｌｏｇｙ（Nａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ），２０１６，２６（４）２７- ３０． ［１１］ 种玉配，熊炎林，齐燕军． 轴向不耦合装药结构形式 优化仿真研究［Ｊ］． 工程爆破，２０１８，２４（２）１- ７． ＺＨＯNＧ Ｙ Ｐ， ＸＩＯNＧ Ｙ Ｌ， ＱＩ Ｙ Ｊ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｕｎｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ［Ｊ］． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１８，２４（２）１- ７． ［１２］ 熊炎林，种玉配，齐燕军，等． 聚能爆破在隧道开挖成 型控制中的仿真试验研究［Ｊ］． 爆破器材，２０１９，４８ （４）５４- ５９． ＸＩＯNＧ Ｙ Ｌ， ＺＨＯNＧ Ｙ Ｐ， ＱＩ Ｙ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｈａｐｅｄ ｃｈａｒｇｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｓｈａｐｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｕｎ- ｎｅｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１９，４８（４） ５４- ５９． 声 明 １、本刊对发表的文章拥有出版电子版、网络版版权，并拥有与其他网站交换信息的权利。 本刊支付的稿酬已 包含以上费用。 ２、本刊文章版权所有，未经书面许可，不得以任何形式转载。 爆破器材编辑部 ９５２０２０ 年２ 月 水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究 种玉配，等 万方数据