多因素耦合影响下隧道电子雷管爆破参数的计算与实践

基于电子雷管起爆的参数计算方法是爆破控制精准化和智能化的基础,其研究尚处于起步阶段。以重庆观音桥隧道为研究背景,提出了精确确定电子雷管爆破参数的多因素耦合法,其特点是基于多个爆破参数间复杂的耦合关系进行爆破参数设计。研究表明:不同药量的最优微差时间不同,爆破孔数对最优微差时间及对应最大合成振速有显著影响;采用该方法确定的试验隧道最优爆破参数为8孔逐孔掏槽、1.4 kg单孔药量、5 ms孔间延时。现场设计孔间延时为5 ms和8 ms的两组掏槽爆破试验,分析了两种孔间延时掏槽爆破的第二临空面形成时间。试验结果表明:对于短延时掏槽爆破而言,即使未形成第二临空面,采用多因素耦合法,通过最大程度的波形异向相消,也可以实现较好的降振效果。对比多因素耦合法与半周期错相减振法,后者计算的孔间延时不能确保是最优微差时间,可能造成合成振速偏大。当需要严格控制爆破振动时,通过多因素耦合法可以实现爆破参数的精确设计。     

隧道内部爆破振动传播规律与降振技术研究

目前隧道施工普遍应用矿山法，爆破振动对隧道内围岩、支护结构的影响及其灾害控制一直是热点问题。为研究爆破振动在隧道内部的传播规律，以某软弱围岩隧道为工程背景，分别对错距三台阶齐爆和分爆的振动信号进行现场监测。采用萨道夫斯基公式非线性回归、Fourier变换方法对测试数据进行分析和研究。结果表明：对于隧道同一断面，拱顶具有振动速度大、振动主频高、衰减速度慢的特点；三台阶间采用100 ms延时爆破时，可以实现爆破能量在时空分布上的离散，振动叠加效应明显减弱。设计单孔爆破试验，掏槽区域中间设置试验孔，试验孔与整个爆破网络的延期设置为100 ms获取单孔振动波形，基于线性叠加原理，计算不同延期时间下掏槽爆破合成振动波形来优选微差延期时间。结果表明：孔间延期时间在4～7 ms时，掏槽爆破引起的峰值振速急剧下降，干扰降振的效果明显，延时超过7 ms后，峰值振速无显著差异；掏槽孔延期时间取7 ms时减振效果最佳，将最佳延期时间应用于现场爆破，取得了良好的降振效果。     

延时时间对地表振动叠加效应的影响

为了得到非电雷管和电子雷管的合理延时时间进而控制地表振速,以厦门抽水蓄能电站的进场通风兼安全洞的延时爆破为背景,通过现场实测数据和理论公式分析了不同延时时间对地表振动叠加效应的影响。根据实测数据,分析了隧道掘进中毫秒延时爆破和半秒延时爆破地表振动波形的叠加效应,可知非电雷管的误差导致毫秒延时爆破中不同段的地表振动波形形成叠加;而半秒雷管虽有误差,但延时时间较大,不同段的振速波形之间相互独立。利用理论计算探讨了本工程中第1段掏槽孔和第2段掏槽孔在不同延时时间下的振动波形叠加情况,给出了叠加振速放大、叠加振速减小和无叠加产生的几种情况。依据理论和实测振速波形的叠加效应,分别提出适合本工程的毫秒延时非电雷管和电子雷管的合理延时时间,可为类似的隧道延时爆破提供借鉴。     

电子雷管在紧邻建筑物深层隧道中的应用

为了降低紧邻建筑物的深层隧道爆破振动峰值,运用电子雷管进行了多次爆破振动实验。选取3个典型的上台阶爆破振动波形进行了分析,在设置孔间或排间延时间隔时,不仅要考虑振动波从爆源到测点的传播时间,还要考虑因地质的不均匀性而吸收振动能量并在软硬交界面反射到测点形成振动值更大的波峰波谷。运用错峰减振原理,考虑单孔爆破振动波传播时间及主振周期及反射波主振周期,多次进行孔间及排间分组组合实验,得到掏槽孔和扩槽孔间延时间隔时间为7¹2ms时,能使后续反射振动波形错峰减振到最小,且孔间及排间延时时间不宜过大,尤其是掏槽孔及扩槽孔间延时间隔时间较小时,减振效果较好。     

电子雷管在紧邻建筑物深层隧道中的应用

为了降低紧邻建筑物的深层隧道爆破振动峰值,运用电子雷管进行了多次爆破振动实验。选取3个典型的上台阶爆破振动波形进行了分析,在设置孔间或排间延时间隔时,不仅要考虑振动波从爆源到测点的传播时间,还要考虑因地质的不均匀性而吸收振动能量并在软硬交界面反射到测点形成振动值更大的波峰波谷。运用错峰减振原理,考虑单孔爆破振动波传播时间及主振周期及反射波主振周期,多次进行孔间及排间分组组合实验,得到掏槽孔和扩槽孔间延时间隔时间为7~12ms时,能使后续反射振动波形错峰减振到最小,且孔间及排间延时时间不宜过大,尤其是掏槽孔及扩槽孔间延时间隔时间较小时,减振效果较好。     

地铁隧道精确控制爆破延期时间优选及应用

探讨了地铁隧道精确控制爆破中电子雷管在振动控制和岩石破碎效果改善方面的作用机理,并提出了多因素相关的孔间延期时间优选计算方法。计算结果表明:孔间延期时间过短不利于爆破振动控制,引起的地面振动强度较大。采用高精度电子雷管进行精确控制爆破时,延期时间应不小于新自由面形成所需要的时间。根据计算结果,得出掏槽孔和辅助孔孔延期时间可设置为3~5 ms。工程应用表明,理论计算的孔间延期时间合理、可靠;延期时间优选的方案可有效降低爆破振动峰值,有利于建筑结构的安全;振动信号内各频带能量比例分布更均匀,减小了能量在低频带的集中程度,岩石的破碎效果改善显著;计算方法的可行性得到验证。     

地铁隧道小净距下穿地下洞室振速控制研究

为控制地铁隧道爆破在小净距下对人防洞室的有害振动效应,以武汉市地铁5号线隧道的爆破掘进工程为依托,基于ANSYS-Lsdyna平台,通过建立地铁隧道掏槽孔延时起爆的三维数值模型,研究掏槽炮孔的电子雷管最佳延时设置时间,结合对比分析数值模拟和隧道爆破振动监测数据,采用等效弹性边界的载荷加载的数值模拟方法,能够有效地模拟复杂环境下地铁隧道掏槽爆破振动,能较好地模拟隧道爆破对小净距下人防洞室的振动规律。对掏槽孔而言,隧道不同级掏槽起爆适宜合理时间为10 ms,同一级掏槽起爆合理延时时间为6 ms,合理最大单段药量为0.6 kg。     

基于精确延时的基坑开挖爆破振动控制研究

为了控制精确延时爆破时的爆破振动,基于弹性本波理论给出了合理的毫秒延时间隔时间计算公式,并结合基坑开挖工程,对现场实测信号进行分析。结果表明：孔内毫秒延时间隔为4 ms和孔间毫秒延时间隔为12 ms时的瞬时能量较小,利于爆破振动控制。短毫秒延时间隔能够实现爆破地震波能量大幅减小,并能优化爆破振动能量分布范围,趋向于高频方向发展。     

平行掏槽孔内延时爆破技术的SPH-FEM数值模拟

为了研究孔内分段延时起爆技术中延时时间对掏槽抛掷效果以及对岩石毁伤作用的影响，在LS-DYNA显式动力分析平台内运用SPH-FEM耦合法建立孔内分段延时爆破的三维数据模型，通过对比分析了在掏槽爆破过程中的孔内分段延时起爆下爆破产物抛掷过程，耦合效果以及掏槽演化效果，观察了爆破岩体所受到的破坏及其特征。掏槽爆破模型结果表明：在平行掏槽孔内进行分段装药时，单段药柱承载的预爆岩体减少，前端装药可为后端装药提供新的自由面，减小了掏槽爆破中岩石的挟制作用。在延时起爆时，前端装药抛掷岩石的主体脱离预爆岩体的时间约为12 ms。后端装药的延时起爆相较多段装药同时起爆显著降低了外层岩体的最大抛掷速度，有效减小了抛掷距离。     

高陡边坡延时爆破电子雷管延时时间计算方法

在高陡边坡开挖过程中,为控制爆破振动对周围建(构)筑物的损伤,基于爆破振动波形叠加原理,研究了不同孔间延时时间的爆破振动叠加规律,提出了一种适用于高陡边坡开挖的延时爆破孔间延时时间精确计算方法,并通过现场试验对该方法进行验证。结果表明,该方法能够准确地预测出多孔爆破合成波形,同时能够确定最优孔间延时时间,使得爆破在爆心距为20 m处产生的峰值振动速度和爆破能量显著降低。此外,由于爆破振动信号的干涉效应显著,爆破振动能量呈现出向高频带集中的现象,降低了低频能量对建(构)筑物的危害。研究结果对相关工程工作起到指导与借鉴作用。     

双临空面条件下隧道爆破近区振动波形构造与应用

近年来基于单孔爆破振动数据进行微差振动合成计算是研究的热点。为解决第二临空面形成后波形计算问题,以莲塘小净距隧道为工程背景,设计现场爆破试验获取双临空面下单孔波形;利用小波包变换分析实测波形的优势频带,将单孔波形分解为各优势频带的多个子波;通过拟合得到炮孔药量、爆心距与各频带子波最大振速峰值的函数;利用该函数获取全部炮孔在不同频带的子波,叠加所有频带子波构造出各孔单孔波形;由此计算炮孔位置、药量变化下不同微差爆破合成振动波形,得到最优孔间延时。结果表明:计算所得合成波形与实测波形在频率组成和波形趋势上相吻合,各振速峰值误差小于0.3 cm/s;周边孔延时为6～7 ms时减振效果最佳,现场应用效果良好。     

毫秒延时爆破干扰降振作用研究

毫秒延时控制爆破技术在工程爆破界被普遍采用,目前对毫秒延时爆破在介质内部所产生的物理力学现象还没有相当准确的研究成果,毫秒延时间隔时间的计算也比较多地偏向于获取更好的爆破效果。本文从爆破地震波之间相互叠加干扰降振的原理出发,研究了毫秒延时爆破波形叠加干扰降振时延时间隔时间的计算方法;在现场试验的基础上,结合利用小波变换能量法识别雷管实际延时时间的方法,验证了所得结论的正确性。为工程中应用毫秒延时爆破控制振动,提供了理论依据。     

毫秒延时爆破干扰降振作用研究

毫秒延时控制爆破技术在工程爆破界被普遍采用,目前对毫秒延时爆破在介质内部所产生的物理力学现象还没有相当准确的研究成果,毫秒延时间隔时间的计算也比较多地偏向于获取更好的爆破效果。本文从爆破地震波之间相互叠加干扰降振的原理出发,研究了毫秒延时爆破波形叠加干扰降振时延时间隔时间的计算方法;在现场试验的基础上,结合利用小波变换能量法识别雷管实际延时时间的方法,验证了所得结论的正确性。为工程中应用毫秒延时爆破控制振动,提供了理论依据。     

日本的坑道爆破和梯段爆破

1 坑道爆破坑道爆破是把开采面做为唯一自由面的爆破。为了扩大自由面,提高爆破效果,把中心掏槽方法引入坑道爆破中。中心掏槽爆破可以分为对开采面成60～70°的倾斜掏槽和垂直于开采面平行炮眼掏槽。     

分岔段超小净距隧道爆破围岩振动衰减特征

为研究隧道分岔段控制爆破振动对相邻隧道的影响,根据大量现场振动监测数据,分析论证了掏槽爆破和预留光爆层爆破对前方相邻隧道和后方中隔岩墙的振动影响,发现后方中隔岩墙的爆破振动比前方放大1.4倍左右;并根据振动波形分析,论证了高段位雷管的延时误差和临空面条件对降低爆破振动的影响,从而提出了"尽量减小掏槽爆破的单段药量,MS7段以上雷管不需跳段使用,根据振动波形适当增大高段位雷管的炮孔数",这些技术措施可以显著降低爆破振动、提高爆破进尺,可为同类爆破提供借鉴。     

分岔段超小净距隧道爆破围岩振动衰减特征

为研究隧道分岔段控制爆破振动对相邻隧道的影响,根据大量现场振动监测数据,分析论证了掏槽爆破和预留光爆层爆破对前方相邻隧道和后方中隔岩墙的振动影响,发现后方中隔岩墙的爆破振动比前方放大1.4倍左右;并根据振动波形分析,论证了高段位雷管的延时误差和临空面条件对降低爆破振动的影响,从而提出了"尽量减小掏槽爆破的单段药量,MS7段以上雷管不需跳段使用,根据振动波形适当增大高段位雷管的炮孔数",这些技术措施可以显著降低爆破振动、提高爆破进尺,可为同类爆破提供借鉴。     

临近边坡毫秒延时爆破合理延时时间试验

临近边坡毫秒延时爆破时需综合考虑岩体爆破效果及保留岩体稳定两方面因素,结合数码电子雷管开展毫秒延时爆破相似模型试验,采用动态应变测试仪及高速相机分别对边坡应力场和岩体裂缝扩展情况进行监测。结果表明:减振沟作用下,边坡表面径向应力峰值由2.26MPa降低为0.84MPa,切向应力峰值由1.16MPa降低为0.95MPa,径向与切向应变平均减振率分别为49.4%和35.2%;孔间延时时间为15ms或25ms时,可降低延时时间对应变峰值影响;孔间延时时间为11ms时,裂缝宽度平均值为11.79mm,可形成新自由面,孔间延时时间大于15ms,后孔爆破时,前序药包残余应力场几近消失。试验条件下,最优孔间延时时间为15ms。     

坚硬岩石巷道爆破掘进参数优化

在坚硬岩石巷道爆破掘进中,由于岩石的碎胀系数大,补偿空间不足,无法满足爆破临空面的要求,爆破效果较差,炮眼利用率仅在50%~70%左右。为了解决坚硬岩石巷道中炮眼利用率低、循环进尺少的问题,采用双楔形垂直掏槽的掏槽方式,中空直眼装填反向装药结构的抛渣药包辅助掏槽,并根据爆破自由面的形成时间和破碎岩石的飞行时间确定了爆破各作用炮眼的合理延期时间,同时也确定了坚硬岩石巷道掘进爆破使用25ms延期电雷管的合理炮眼深度为1.6m。在普氏系数f=12~22的坚硬岩石巷道掘进中使炮眼利用率达到85%以上。     

临近边坡毫秒延时爆破合理延时时间试验

临近边坡毫秒延时爆破时需综合考虑岩体爆破效果及保留岩体稳定两方面因素,结合数码电子雷管开展毫秒延时爆破相似模型试验,采用动态应变测试仪及高速相机分别对边坡应力场和岩体裂缝扩展情况进行监测。结果表明:减振沟作用下,边坡表面径向应力峰值由2.26MPa降低为0.84MPa,切向应力峰值由1.16MPa降低为0.95MPa,径向与切向应变平均减振率分别为49.4%和35.2%;孔间延时时间为15ms或25ms时,可降低延时时间对应变峰值影响;孔间延时时间为11ms时,裂缝宽度平均值为11.79mm,可形成新自由面,孔间延时时间大于15ms,后孔爆破时,前序药包残余应力场几近消失。试验条件下,最优孔间延时时间为15ms。     

近距离下穿玻璃厂的高铁隧道控制爆破技术

为确保爆破实施后玻璃厂及厂房内机械设备的安全,确定地表安全允许振动速度为0.5cm/s。由于爆破振动速度控制要求极为严格,因此采用短进尺分层掏槽弱爆破技术,将爆破循环进尺控制在1.2m,分层分次爆破形成掏槽腔体,以减小每次爆破规模及单段起爆药量。并通过理论计算对爆破振动速度进行校验,理论计算及现场振动监测结果均表明,取得了良好的爆破效果,此技术可确保地表爆破振动速度控制在安全允许范围内。