摘要：本文通过隧道爆破在围岩中产生的破坏和扰动，以及爆破地震动效应的分析指出，通常用控制爆破时隧道围岩或构造物的振动峰值，能实现控制爆破破坏的目的，详细列举了隧道微振动爆破技术在应用过程中爆破参数的选定、布孔图形及装药量的计算方法。
关键词：隧道工程 控制爆破 微振动爆破
近年来，随着国民经济的快速发展，各种建设的规模日益扩大，在全国各地，都在积极发展的高速铁路、公路、水工建设及城市地铁轻轨项目中，都有很多地下工程和隧道施工。在这些工程中，有些隧道在开挖时，必须采用减轻爆破强度、减小爆破扰动的爆破技术，方能保证隧道施工安全，这时，通常采用以下三种情况：
1、软弱围岩为避免塌方和能安全进行大断面开挖，常使用大型施工机械或微振动的隧道控制爆破。
2、城市隧道地面地下环境复杂，人口密集，房屋林立，地下管线密布，经常使用微振动控制爆破施工。
3、临近既有线施工或两相邻隧道同时施工，采用爆破施工时宜采用微振动控制爆破。
隧道爆破施工时，不对隧道围岩及隧道周围环境，特别是地表建筑物造成破坏，或过大扰动，是我们在爆破施工中追求的一个目标。
1、隧道爆破产生的破坏和扰动
隧道施工爆破对隧道围岩的稳定性有显而易见的影响；当隧道埋深较浅时，常常对地面的建筑物造成扰动和破坏，开挖爆破对隧道围岩破坏和扰动大致有以下几个方面
（1）接近爆破一定距离内，爆破能力对介质的作用为非弹性，围岩在这个区域内，在冲击波和高温高压的爆炸气体共同作用下，出现破碎圈；
（2）稍远处伴随着冲击波在介质中产生的应力波和地震波，对围岩产生扰动和破坏。
但是，目前对岩石的爆破机理，特别是隧道爆破过程本身对围岩的作用机理的研究还很不充分，隧道工程爆破的设计和实践目前仍以工程类比法或经验为主完成，在一些隧道施工工地的现场观测资料表明，施工爆破对围岩的扰动和破坏是十分明显的。
2. 工程爆破的地震效应
在岩土中爆炸时，炸药爆破能量的2%到6%将转变为地震波。隧道工程的爆源，同时也是地震源。它会产生在围岩一定范围内传播的，由随时间而变化的应力构成的力系引起的爆破地震动效应。其主要研究内容是爆破地震波的传播规律及其对传播介质和围岩，以及建筑结构的影响。
如前所述，在距爆源一定距离内，爆炸能量对介质的作用为非弹性作用，该范围内出现岩体因爆破作用形成的破碎带，在某一定距离以远，这种非弹性作用终止，而开始出现弹性效应。这种弹性扰动在岩体介质中以地震波的形式由爆炸区向外传播。这种爆破地震动实际上是震源发出的行进的波动扰动，这种行进的波动扰动会引起围岩介质质点的振动。质点的振动强度超过某一限度时，就会造成隧道围岩，衬砌，及某些情况下地表建筑物的开裂，破坏，甚至坍塌。观测资料表明，二次爆破造成的扰动破坏更大。重复爆破作用的扰动，会导致岩石或结构物中已有的裂隙累积性扩展。
3. 控制爆破振动的隧道爆破技术
减轻，控制爆破振动的爆破技术，常常也称为微振动爆破技术。
如前所述，在控制爆破振动的爆破技术中，人们经过大量工程实践，已经充分认识到必须采用综合技术措施，才能得到较理想的效果。其中大多数工程都会首先考虑的，如：合理的开挖分部，掏槽技术，使用低爆速炸药，毫秒雷管微差爆破，改善装药结构，及最重要的一点控制爆破规模，每循环的进尺等。
这里，仍需强调说明的是，隧道微振动爆破时通常不对一次爆破的总药量进行控制，而是对同时起爆的同段药量加以控制。这一点对于软弱围岩毫无疑问是正确的。但对坚硬完整的岩层，则常是掏槽炮眼的爆破产生一次爆破中强度最大的振动。尽管它不是同时起爆最大一段药量。这时经常是周边眼为最大一响药量。振动速度的全程监测是进行微振动爆破的重要的必不可少环节。而依据工程对象的爆破振动速度安全指标，计算和设计最大共同作用装药量则是隧道微振动爆破技术的重要环节。
3.1. 计算允许的单段最大共同作用装药量
我国《爆破安全规程》中，对各类建筑物所允许的安全振动速度有如下规定；
（1）土窖洞，土胚房，毛石房屋 1.0―1.5cm/s
（2）一般砖房，非抗震的大型砌块建筑物 2.0―3.0 cm/s
（3）钢筋混凝土结构房屋 3.0―5.0cm/s
（4）水工隧道 7―15cm/s
（5）交通隧道 10―20cm/s
实际应用时，每个工程都要结合工程的具体情况，作出相应的安全规定。如建筑物的质点峰值振动速度安全控制标准：
（1）较坚固的建筑（如砖混） <2.5cm/s
（2）一般建筑物 <1.5cm/s
（3）陈旧房屋 <0.8 cm/s
（4）隧道 Ⅲ类围岩<3cm/s Ⅳ类围岩 <5―6cm/s
对于居民稠密的浅埋隧道，为避免爆破振动及噪音对居民产生不安和恐惧，一般振动速度应控制在1.5 cm/s以下。而且应尽量在白天进行爆破。
由以上允许安全振动速度通过以下公式计算最大一段允许炸药用量：
（8）
式中： ―最大一段允许用药量；kg
―振动速度控制标准； cm/s
R―爆源中心至振速控制点距离； m
K―与爆破技术，地质地形有关的系数；
α―爆破振动衰减指数。
K，α值，有条件的工点可以通过试验爆破及振动观测直接得出。或通过手册资料工程类比确定。
3.2. 爆破器材的选择
无水的隧道可以选用二号岩石硝铵炸药或乳化炸药。有水隧道则应选用乳化炸药，水胶炸药或其他防水炸药。此外，采用低爆速炸药，如爆速2000m/s 的品种，或小直径药卷，如直径20mm或25mm的光面爆破专用炸药。则肯定对减轻爆炸振动是有益的。
3.3. 选择合理的起爆段间时差
根据工地实测数据资料，软弱围岩中爆破振动频率比较低，一般多在100Hz以下；振动持续时间大多为100―200ms。为避免段间振动叠加，段间隔时间一般应大于100ms。而不少在硬岩隧道工地的观测资料表明，这时爆破振动频率较高，通常仅几十赫兹。振动持续时间也较短，因而有些技术人员认为坚硬完整岩层中隧道爆破可以选用段间隔时间不小于50ms，甚至不小于25ms即可。
3.4. 确定整个爆破设计
隧道其他部位的炮眼均应尽量按照浅密原则布置。即一次爆破深度（规模）不宜太大。炸药尽可能均匀地分布在布置较密的炮眼中，这样可避免装药过于集中。周边炮眼应按光面爆破设计。必要时应在两装药孔间加打空眼以减振。周边眼还应采用小直径药卷不耦合装药或串状间隔装药结构。有时在条件允许时，也采用预留光面层光面爆破技术。
但是，如果周边眼进行预裂爆破，则进行预裂的周边眼将成为产生最大振动速度的，同段起爆药量最大的炮眼。这时，应用前述方法计算出允许最大段药量 ，必要时预裂的周边炮眼分几次起爆。预裂有利于主体爆破减震。
3.5. 全程振动监测
进行隧道微振动爆破时，应在施工现场进行施工全过程的爆破振动观测。测定应在施工隧道后方几十米范围内选择几个观测断面，并在拱顶，拱腰或拱脚，边�中部及隧底设置测点。
同时，应在地表沿隧道开挖方向一定范围内的地面，或是各种房屋建筑物的梁，柱及不同楼层地面上设置测点。
如近邻有已建成隧道或其他地下建筑，或是紧邻施工的Ⅱ线隧道等，则应在其内选定若干观测断面布置测点。
测点一般可只观测垂直向振动速度。如有可能应争取布置一定数量三向振动速度测点。
3.6. 爆破效果综述
完全符合爆破方案设计要求；保留部分完好无裂痕，除钢筋未爆破拆除外，混凝土全部拆除，且崩落飞石未超出5米范围。
微振动爆破技术已发展成为一个市场前景广阔、技术含量高的新型产业。随着我国城市改造速度的加快，它将成为一个建筑企业立足市场的拳头项目。
关键词：隧道工程 控制爆破 微振动爆破
近年来，随着国民经济的快速发展，各种建设的规模日益扩大，在全国各地，都在积极发展的高速铁路、公路、水工建设及城市地铁轻轨项目中，都有很多地下工程和隧道施工。在这些工程中，有些隧道在开挖时，必须采用减轻爆破强度、减小爆破扰动的爆破技术，方能保证隧道施工安全，这时，通常采用以下三种情况：
1、软弱围岩为避免塌方和能安全进行大断面开挖，常使用大型施工机械或微振动的隧道控制爆破。
2、城市隧道地面地下环境复杂，人口密集，房屋林立，地下管线密布，经常使用微振动控制爆破施工。
3、临近既有线施工或两相邻隧道同时施工，采用爆破施工时宜采用微振动控制爆破。
隧道爆破施工时，不对隧道围岩及隧道周围环境，特别是地表建筑物造成破坏，或过大扰动，是我们在爆破施工中追求的一个目标。
1、隧道爆破产生的破坏和扰动
隧道施工爆破对隧道围岩的稳定性有显而易见的影响；当隧道埋深较浅时，常常对地面的建筑物造成扰动和破坏，开挖爆破对隧道围岩破坏和扰动大致有以下几个方面
（1）接近爆破一定距离内，爆破能力对介质的作用为非弹性，围岩在这个区域内，在冲击波和高温高压的爆炸气体共同作用下，出现破碎圈；
（2）稍远处伴随着冲击波在介质中产生的应力波和地震波，对围岩产生扰动和破坏。
但是，目前对岩石的爆破机理，特别是隧道爆破过程本身对围岩的作用机理的研究还很不充分，隧道工程爆破的设计和实践目前仍以工程类比法或经验为主完成，在一些隧道施工工地的现场观测资料表明，施工爆破对围岩的扰动和破坏是十分明显的。
2. 工程爆破的地震效应
在岩土中爆炸时，炸药爆破能量的2%到6%将转变为地震波。隧道工程的爆源，同时也是地震源。它会产生在围岩一定范围内传播的，由随时间而变化的应力构成的力系引起的爆破地震动效应。其主要研究内容是爆破地震波的传播规律及其对传播介质和围岩，以及建筑结构的影响。
如前所述，在距爆源一定距离内，爆炸能量对介质的作用为非弹性作用，该范围内出现岩体因爆破作用形成的破碎带，在某一定距离以远，这种非弹性作用终止，而开始出现弹性效应。这种弹性扰动在岩体介质中以地震波的形式由爆炸区向外传播。这种爆破地震动实际上是震源发出的行进的波动扰动，这种行进的波动扰动会引起围岩介质质点的振动。质点的振动强度超过某一限度时，就会造成隧道围岩，衬砌，及某些情况下地表建筑物的开裂，破坏，甚至坍塌。观测资料表明，二次爆破造成的扰动破坏更大。重复爆破作用的扰动，会导致岩石或结构物中已有的裂隙累积性扩展。
3. 控制爆破振动的隧道爆破技术
减轻，控制爆破振动的爆破技术，常常也称为微振动爆破技术。
如前所述，在控制爆破振动的爆破技术中，人们经过大量工程实践，已经充分认识到必须采用综合技术措施，才能得到较理想的效果。其中大多数工程都会首先考虑的，如：合理的开挖分部，掏槽技术，使用低爆速炸药，毫秒雷管微差爆破，改善装药结构，及最重要的一点控制爆破规模，每循环的进尺等。
这里，仍需强调说明的是，隧道微振动爆破时通常不对一次爆破的总药量进行控制，而是对同时起爆的同段药量加以控制。这一点对于软弱围岩毫无疑问是正确的。但对坚硬完整的岩层，则常是掏槽炮眼的爆破产生一次爆破中强度最大的振动。尽管它不是同时起爆最大一段药量。这时经常是周边眼为最大一响药量。振动速度的全程监测是进行微振动爆破的重要的必不可少环节。而依据工程对象的爆破振动速度安全指标，计算和设计最大共同作用装药量则是隧道微振动爆破技术的重要环节。
3.1. 计算允许的单段最大共同作用装药量
我国《爆破安全规程》中，对各类建筑物所允许的安全振动速度有如下规定；
（1）土窖洞，土胚房，毛石房屋 1.0―1.5cm/s
（2）一般砖房，非抗震的大型砌块建筑物 2.0―3.0 cm/s
（3）钢筋混凝土结构房屋 3.0―5.0cm/s
（4）水工隧道 7―15cm/s
（5）交通隧道 10―20cm/s
实际应用时，每个工程都要结合工程的具体情况，作出相应的安全规定。如建筑物的质点峰值振动速度安全控制标准：
（1）较坚固的建筑（如砖混） <2.5cm/s
（2）一般建筑物 <1.5cm/s
（3）陈旧房屋 <0.8 cm/s
（4）隧道 Ⅲ类围岩<3cm/s Ⅳ类围岩 <5―6cm/s
对于居民稠密的浅埋隧道，为避免爆破振动及噪音对居民产生不安和恐惧，一般振动速度应控制在1.5 cm/s以下。而且应尽量在白天进行爆破。
由以上允许安全振动速度通过以下公式计算最大一段允许炸药用量：
（8）
式中： ―最大一段允许用药量；kg
―振动速度控制标准； cm/s
R―爆源中心至振速控制点距离； m
K―与爆破技术，地质地形有关的系数；
α―爆破振动衰减指数。
K，α值，有条件的工点可以通过试验爆破及振动观测直接得出。或通过手册资料工程类比确定。
3.2. 爆破器材的选择
无水的隧道可以选用二号岩石硝铵炸药或乳化炸药。有水隧道则应选用乳化炸药，水胶炸药或其他防水炸药。此外，采用低爆速炸药，如爆速2000m/s 的品种，或小直径药卷，如直径20mm或25mm的光面爆破专用炸药。则肯定对减轻爆炸振动是有益的。
3.3. 选择合理的起爆段间时差
根据工地实测数据资料，软弱围岩中爆破振动频率比较低，一般多在100Hz以下；振动持续时间大多为100―200ms。为避免段间振动叠加，段间隔时间一般应大于100ms。而不少在硬岩隧道工地的观测资料表明，这时爆破振动频率较高，通常仅几十赫兹。振动持续时间也较短，因而有些技术人员认为坚硬完整岩层中隧道爆破可以选用段间隔时间不小于50ms，甚至不小于25ms即可。
3.4. 确定整个爆破设计
隧道其他部位的炮眼均应尽量按照浅密原则布置。即一次爆破深度（规模）不宜太大。炸药尽可能均匀地分布在布置较密的炮眼中，这样可避免装药过于集中。周边炮眼应按光面爆破设计。必要时应在两装药孔间加打空眼以减振。周边眼还应采用小直径药卷不耦合装药或串状间隔装药结构。有时在条件允许时，也采用预留光面层光面爆破技术。
但是，如果周边眼进行预裂爆破，则进行预裂的周边眼将成为产生最大振动速度的，同段起爆药量最大的炮眼。这时，应用前述方法计算出允许最大段药量 ，必要时预裂的周边炮眼分几次起爆。预裂有利于主体爆破减震。
3.5. 全程振动监测
进行隧道微振动爆破时，应在施工现场进行施工全过程的爆破振动观测。测定应在施工隧道后方几十米范围内选择几个观测断面，并在拱顶，拱腰或拱脚，边�中部及隧底设置测点。
同时，应在地表沿隧道开挖方向一定范围内的地面，或是各种房屋建筑物的梁，柱及不同楼层地面上设置测点。
如近邻有已建成隧道或其他地下建筑，或是紧邻施工的Ⅱ线隧道等，则应在其内选定若干观测断面布置测点。
测点一般可只观测垂直向振动速度。如有可能应争取布置一定数量三向振动速度测点。
3.6. 爆破效果综述
完全符合爆破方案设计要求；保留部分完好无裂痕，除钢筋未爆破拆除外，混凝土全部拆除，且崩落飞石未超出5米范围。
微振动爆破技术已发展成为一个市场前景广阔、技术含量高的新型产业。随着我国城市改造速度的加快，它将成为一个建筑企业立足市场的拳头项目。
