考虑电子雷管延期误差的隧道爆破叠加振动研究

复杂环境下的城区隧道爆破对振速要求严苛.为了研究电子雷管延期误差对多孔延时爆破叠加振动的影响,以重庆市观音桥隧道为背景,基于Anderson叠加理论,以四孔掏槽爆破为例,以0.1 ms为误差微元,采用枚举法遍历计算考虑延期误差时所有可能起爆时间组合的叠加最大振速,分析研究不同孔间延时下延期误差对叠加振速的影响,以及不同延期精度对叠加振速的影响.研究结果表明:在考虑电子雷管±1 ms延期误差时,各延时的叠加最大振速几乎均有不同程度的增加,有无延期误差的叠加振速差值整体上随孔间延时增大而减小;孔间延时相同时,电子雷管延期误差对较大药量的叠加振速影响更大,1.2 kg药量的叠加振速最大差值为0.32 cm/s,1.4 kg药量的叠加振速最大差值可达1.03 cm/s;叠加最大振速随电子雷管延期精度变化大致符合线性增长的规律.当隧道爆破要求控制在低振速水平时,需要通过计算选择叠加振速受电子雷管延期误差影响较小的孔间延时.     

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。     

高精度数码雷管在爆破施工降振中的应用

为了降低爆破振动强度、控制爆破振动危害,首先在该施工场地进行单段爆破振动试验,利用Matlab软件编制程序对单段爆破振动信号每隔单位毫秒进行微差叠加,并以降振率为指标获取降振的最佳微差时间,然后采用控制软件编制程序设置数码雷管的延期时间进行爆破施工。对普通导爆管雷管和数码雷管在爆破施工的实测振动数据进行对比分析,结果表明采用高精度的数码雷管可降低爆破振动强度、提高爆破振动频率,在爆破施工中值得推广。     

毫秒延时爆破振动叠加作用的数值模拟研究

首先进行了单孔爆破地震波数值模拟,其波形变化规律与相关研究相吻合。在此基础上进行了两孔延时间隔为0～25ms的爆破振动波形叠加作用的数值模拟,并讨论了两种不同延时间隔理论的可行性和实用性。研究表明,即使延时间隔不足1/5倍主震周期,毫秒延时爆破的振速也低于齐发爆破的振速;当延时间隔约为1/2倍主震周期时,存在部分测点振速低于单孔爆破振速的现象,但由于爆破振动周期不规则变化,其降振的可靠性不高;当延时间隔大于地震波持续时间时,可避免前后地震波主震段叠加,从而将多孔毫秒延时爆破振速降低至单孔爆破的振速。     

台阶爆破逐孔起爆网路的设计与应用

将导爆管雷管用于逐孔起爆网路设计中，结合雷管段别设置和延期误差，确定出25 ms（MS2）、50 ms（MS3）作为炮孔的最佳延期时间；利用正态分布概率模型进行定量分析，得到该延期时间能够提高地震波干扰降振的概率,避免多孔齐发、后排先爆现象的发生；结合Visual Basic编程语言和计算机辅助设计（CAD），开发了台阶爆破逐孔起爆网路设计系统，实现延时爆破网路设计的可视化和智能化。经实践表明:该系统设计的起爆网路，爆后岩石块度均匀，大块率低，爆破振动明显降低，无飞石、滚石侵限的发生，爆破效果良好。     

数码雷管错相减震爆破技术在地铁隧道施工中的应用

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 cm/s降至1.39 cm/s,减小48.7%。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。     

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。     

基于叠加和频谱分析的电子雷管延期时间研究

为了确定电子雷管的最佳延期时间,在莲塘超小净距隧道电子-导爆管雷管混合爆破中,通过MATLAB编程对爆破振动波形进行了分析。用四种不同的奇异性检测法对雷管的实际起爆时刻进行了识别,继而从整个波形中截出单孔波形。对截出的每个单孔波形进行线性叠加分析和频谱分析,重点讨论了合成波形振速峰值最小、较小和最大时对应的延期时间和主周期间的联系。研究表明:对于雷管起爆时刻的识别,小波变换模极大值法和EMD识别法较瞬时能量法和时能密度法精确,但是前两者存在选择最佳变换尺度和IMF主成分分量的主观过程;合成波形振动峰值最小、较小和最大时对应的延期时间与单孔波形主周期间存在紧密的联系。当延期时间为主周期的0.4倍～0.7倍、1.4倍～1.7倍和2.4倍～2.7倍时,合成波形峰值振速最小或较小,说明错相减振是可行的。当延期时间为主周期的0.9倍～1.2倍时(除延期时间为1 ms的情况外),合成波形峰值振速最大,各单孔波形叠加增强。此次试验研究确定的电子雷管最佳延期时间为6 ms;同一场地同一方向上的单孔波形主频基本不变,而在不同方向上有所不同。     

精确延时控制爆破试验及振动信号分析

为进一步完善爆破振动强度预测模型理论、实现爆破振动危害的主动控制,结合隆芯1号数码电子雷管,开展室内精确延时控制爆破试验,采用基于小波变换的时-能密度法识别出实际段间延期时间分别为4.8ms、4.8ms、15.2ms、15.3ms,与试验设计段间延期时间相对误差小于4%。结果表明:基于小波变换的时-能密度法能有效识别微差爆破实际段间延期时间;利用信号的时域移位特性,通过时频转换,从微差爆破振动信号中成功分离出各分段振波,并按实际段间延期时间依次叠加各分段振波,从峰值振速、主振频率、能量分布等角度,定量分析得到合成波与原始波形间各细节特征误差均在工程允许范围内。结果表明基于时-能密度法的微差爆破振动信号分离法具有较高分离精度。     

城区隧道电子雷管起爆错相减震机理分析

降低爆破振动是城市隧道爆破的关键技术问题,采用时-频分析方法对隧道爆破振动的一般特征进行了分析,结果表明：爆破地震波是多列爆炸波叠加的结果,采用毫秒延期电雷管起爆时,由于雷管段数的限制,起爆网络经常被分成几个时段,对爆炸波的叠加方式缺乏控制,往往出现若干个振速峰值。通过工程试验,研究了采用电子雷管起爆时的减震效果,结果显示采用电子雷管起爆时,如果技术措施合理,能使爆破振动速度峰值显著降低。根据电子雷管起爆延时精度高的特点,并借鉴干扰减震的思想,提出并讨论了错相减震机理。实际城市隧道爆破工程应用反映了错相减震爆破设计达到了理想的减震效果。     

城市浅埋隧道正三角形掏槽爆破错峰降振研究

随着城市对爆破振动效应的关注程度以及拟定控制标准越来越高的趋势,提升有效的城市爆破工程的降振措施是极为重要的。而隧道掏槽产生最大振动的概率极大,特别是斜孔掏槽。对浅埋隧道而言,即使用先进的数码电子雷管技术,从波的相位差出发,让振动波的峰谷抵消也是十分困难的,只能实现一定程度的错峰降振,相比常规控制爆破,振速下降50%～60%。于是基于普遍采用复式掏槽研究成果,使用正三角形掏槽方法,通过差分掏槽深度、等份装药与延时错峰来实现降振。以青岛地铁8#线海底隧道陆域段的工程实践为例,在进尺1.5 m的条件下,使用正三角形掏槽和非电毫秒雷管,错峰降振效果十分显著,振速最大下降75%,平均振幅在50%以上,既保障了密集建筑的安全,又避免了信访事件发生。     

城市浅埋隧道正三角形掏槽爆破错峰降振研究

随着城市对爆破振动效应的关注程度以及拟定控制标准越来越高的趋势,提升有效的城市爆破工程的降振措施是极为重要的。而隧道掏槽产生最大振动的概率极大,特别是斜孔掏槽。对浅埋隧道而言,即使用先进的数码电子雷管技术,从波的相位差出发,让振动波的峰谷抵消也是十分困难的,只能实现一定程度的错峰降振,相比常规控制爆破,振速下降50%～60%。于是基于普遍采用复式掏槽研究成果,使用正三角形掏槽方法,通过差分掏槽深度、等份装药与延时错峰来实现降振。以青岛地铁8#线海底隧道陆域段的工程实践为例,在进尺1.5 m的条件下,使用正三角形掏槽和非电毫秒雷管,错峰降振效果十分显著,振速最大下降75%,平均振幅在50%以上,既保障了密集建筑的安全,又避免了信访事件发生。     

诺兰达公司利用电子雷管进行地下矿山的大型卸压爆破

介绍了加拿大诺兰达公司布朗士威克矿一次卸压大爆破的概况。大爆破之前 ,对不同条件下的爆破进行了模拟试验 ,以便为大爆破设计提供必要的数据。此外 ,还进行了高精度电子雷管的检验性试验和测振试验。测振结果的分析表明 ,电子雷管的起爆时间十分准确 ,对于 6s以上的长延期时间 ,误差仅为 5ms左右。这就是说 ,精度已由普通非电导爆管雷管的百分之五 ,提高到电子雷管的千分之一。此次爆破共消耗电子雷管 15 0 0发、散装乳化炸药 3 5 0t ,落矿约 3 6万t。     

诺兰达公司利用电子雷管进行地下矿山的大型卸压爆破

介绍了加拿大诺兰达公司布朗士威克矿一次卸压大爆破的概况。大爆破之前 ,对不同条件下的爆破进行了模拟试验 ,以便为大爆破设计提供必要的数据。此外 ,还进行了高精度电子雷管的检验性试验和测振试验。测振结果的分析表明 ,电子雷管的起爆时间十分准确 ,对于 6s以上的长延期时间 ,误差仅为 5ms左右。这就是说 ,精度已由普通非电导爆管雷管的百分之五 ,提高到电子雷管的千分之一。此次爆破共消耗电子雷管 15 0 0发、散装乳化炸药 3 5 0t ,落矿约 3 6万t。     

复杂环境下10层非对称框架结构楼房定向爆破拆除

由于被拆10层楼房地处繁华区域,且结构坚固,立柱尺寸不一致,高跨比小不易倾倒,设计在1~4层布设切口,并选取较大炸高和半秒延期雷管,以有效降低爆堆高度,减小地面震动。立柱采用梅花形布孔,并通过试爆确定了合理的爆破参数。为防止楼房结构不对称而导致倒塌方向的偏转,大楼东侧第8纵列所有立柱雷管均在原有网路基础上提高一个段位。爆破后达到了设计目标。     

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。     

路基边坡逐孔微差爆破对邻近桥梁的影响

为控制山区路基爆破对邻近既有桥梁的危害效应,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立路基边坡-炸药-桥梁三维有限元模型,结合爆破振动实测数据,进行路基边坡爆破振动载荷作用下邻近既有桥梁的振动响应规律分析。通过控制变量法对比分析发现,逐孔起爆微差时间对邻近既有桥梁的爆破振动响应具有非单调性影响规律。研究表明:本工程案例中雷管逐孔起爆延期时间0- 5 ms区间内,可使邻近既有桥梁振速响应取到极小值;桥梁墩柱的振速响应与爆心距离成反比,但桥梁梁体中靠近墩柱处的振速响应则并非随着爆源距离的增加而递减,而是出现一定幅度的上升,爆破安全校核时应充分重视。     

立井直眼微差爆破模型试验振动测试与分析

为降低立井爆破施工的振动效应,以立井爆破中两圈直眼为原型,实施三种不同起爆延期的直眼微差爆破模型试验,并用UBOX-5016型爆破振动智能监测仪测试混凝土模型的爆破振动效应。实测爆破振动波表明,微差爆破可减少单段起爆药量、明显降低爆破振动效应;起爆延期25 ms时I段、Ⅱ段爆破振动波形彼此叠加,测点形成干扰降振效应,爆破峰值振动速度较小;起爆延期为50 ms时I段、Ⅲ段爆破振动波形彼此独立,峰值振动速度由单段起爆药量决定。竖向爆破振动波形频谱分析表明,微差爆破振动幅值明显低于齐发爆破,且波形复杂。微差爆破能显著降低爆破振动效应,主振频率较高。     

台阶法隧道掘进爆破时地表及邻近隧道的振动响应

在隧道掘进爆破设计时,基于最小二乘法,得到了台阶法爆破施工时地表振速的萨道夫斯基公式,并结合数值分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟了爆破振动对邻近隧道的影响。结果表明:地表振动速度随比例距离的增加呈指数形式衰减,上台阶爆破时的K值比下台阶爆破时大,而α值基本不变;邻近既有隧道迎爆侧各测点沿X方向（炮孔径向）振速峰值最大,背爆侧各测点振速峰值最大时的方向是变化的;背爆侧振速峰值远小于迎爆侧,且迎爆侧拱帮位置振速峰值最高,应作为重点支护对象。     

地铁隧道电子与非电子雷管爆破振动信号的HHT对比分析

运用HHT分析方法对深圳地铁7号线及北京地铁16号线的实测爆破振动信号进行分析,对比普通毫秒延时雷管和电子雷管在爆破振动强度、延时时间、时频特性和能量分布特征等方面的不同。结果表明:电子雷管应用于单孔连续起爆技术,能量利用率高,可以有效的减小爆破振动强度和振动持续时间,在降低了单段装药量的同时增加了循环进尺深度。普通毫秒雷管爆破产生的瞬时能量较大,在频带范围内的分布相对较广;电子雷管的瞬时能量相对较小,且在频带上分布多集中在中低频部分。利用HHT瞬时能量法可以有效识别普通毫秒雷管的实际延时时间,而电子雷管相邻段位间的延时间隔时间很小,爆炸应力波发生了复杂的叠加和干扰,识别出的突变峰值明显小于普通毫秒雷管的爆破。