自由面变化条件下隧道电子雷管爆破参数确定方法

电子雷管的技术潜力目前仍未在隧道工程中得以充分发挥,一个重要原因是没有严密理论支撑的爆破参数计算方法,药量、孔间延时等核心参数多沿用普通矿山法设计;其次是不能解决第二自由面形成后爆破参数计算准确性问题。以重庆观音桥隧道为研究背景,基于Anderson理论和电子雷管延时特性,提出隧道爆破在单自由面形成双自由面过程中,不同自由面条件下电子雷管爆破参数设计的新方法。现场获取不同药量单自由面单孔爆破振动曲线,逐一计算各孔间延时下的多孔合成振动,对比不同药量、不同延时合成振动曲线后确定单自由面爆破参数;根据电子雷管特点设计短延时掏槽爆破现场试验,获得起爆48 ms后已形成第二自由面;据此设计第二自由面形成后单孔爆破试验并计算双自由面下的合成振速、爆破参数,最终形成爆破全过程爆破参数计算方法。对计算结果进行综合分析后,现场设计主掏槽单孔药量1.2 kg,辅助掏槽单孔药量1.4 kg,孔间延时为5 ms;主掏槽与辅助掏槽间最小时差为35 ms;采用上述优化参数进行现场试验,在低振速控制的同时实现高效进尺。     

基于雷管实际延时范围的逐孔爆破振动合成计算与应用

计算多段微差起爆合成振速对城市隧道低振速爆破设计具有非常重要的意义，因普通雷管实际每段都有延时误差，这些误差对低振速指标下微差合成振动影响不能忽略，但各段延时范围将形成海量的多孔微差合成振动曲线导致难以计算。为解决这一问题，将现场单孔爆破曲线作为震源波形，利用傅里叶级数拟合曲线，根据实测各段雷管延时范围特点，采用多级循环嵌套的逻辑语言编写MATLAB计算程序，成功获取8段微差爆破全部可能的合成振动曲线；分析了同段延时误差、不同段之间延时误差对爆破合成振动的影响；以计算合成振动曲线和实测爆破振动曲线对比判定第二临空面形成时间；计算其形成前各段延时范围内所有可能振动曲线后，选择峰值振速不超标的最大药量为设计掏槽药量。在某隧道工程应用表明:第二临空面出现在60 ms，在1.0 kg设计药量下最大计算合成振速0.62 cm/s，与现场实测值吻合较好。     

隧道爆破现场高速图像采集与精确控制爆破参数研究

受隧道内环境恶劣、相机防护等诸多因素制约，隧道现场爆破的高速图像采集与分析尚未实现，而这对精准控制爆破参数非常重要。以重庆某隧道为研究背景，在解决现场测试技术难题基础上，得到隧道爆破过程完整图像并同时获取爆破振动数据；据此分析了隧道爆破岩石破裂现象:炸药起爆15～18 ms后岩体移动，21 ms左右形成空洞并不断扩展后抛出；探讨了同对掏槽眼爆破协同作用时间与微差降振时间之间的矛盾，研究表明兼顾二者作用的起爆时差为8～50 ms；通过分析爆破裂隙扩展曲线特点并结合实测振动数据，确定起爆54 ms时形成第二临空面，较按过去方法确定的时间更精确，以此进行现场掏槽段位设计的降振效果良好；研究结果可为精准控制爆破提供参考。     

毫秒延时爆破等效单响药量计算及振速预测

毫秒延时爆破存在同段雷管离散及分段振波叠加效应,对单响药量取值及质点峰值振速的预报带来极大困扰。设计开展毫秒延时爆破试验,建立群孔齐发爆破振速的计算模型,研究并构建炮孔数目对齐发爆破等效药量影响及其取值方法;并基于单孔爆破回归分析结果,提出修正的质点峰值振速与比例距离关系公式。结果表明,群孔齐发爆破等效药量比名义单响药量小,可利用缩比系数和折算炮孔数目进行计算,缩比系数随炮孔数目增加呈指数形式衰减;修正的质点峰值振速与比例距离公式引入的振波叠加因子可反映振波叠加对速度的影响,依据该公式计算得到的质点峰值振速预测值与实测值间平均绝对误差、平均相对误差及均方根误差分别为0.05 cm/s、9.52%、0.059 cm/s,用于现场爆破振动预测切实可行。     

基于HHT能量谱的高精度雷管短微差爆破降振效果分析

为揭示高精度雷管短微差爆破干扰降振机理,选取紫金山金铜矿露天爆破实测的单段波形信号,利用Matlab分析了不同微差间隔下两段叠加信号的时频特征; 综合考虑爆破振动三要素并结合HHT(Hilbert-Huang transform)能量定义降能率,分析了段数、相邻振幅比和最大段药量位置对短微差爆破叠加信号降振效果的影响。根据研究成果,爆破设计时应避免出现前后段数药量差距过大,并尽量将较大药量的段数靠后起爆。研究表明:相同微差间隔下随着段数的增加,叠加信号降能率逐渐增大,当段数达到一定数量后增加分段数,微差爆破的降振效果并不明显; 微差爆破中相邻振幅比越接近1,降振效果越明显; 最大段药量靠后的叠加信号降能率大于其他顺序。     

时程稳定性系数确定的边坡逐孔起爆孔间微差降振时间

为了获得边坡逐孔爆破最佳降振微差时间，以某个实际边坡逐孔微差爆破施工现场为原型，先利用ANSYS建立二维静态模型，借助有限元折减法确定自然状态下的潜在滑动面和静态安全系数；基于已确定的二维潜在滑动面重新建立同尺寸同性质的三维逐孔微差爆破动态模型，利用LS-DYAN进行动力分析，整个过程分别设置同排3个炮孔0、17、25、42和65 ms等5种不同孔间微差起爆方式；同时，对该施工现场进行排、孔间（25 ms，17 ms）、（25 ms，25 ms）、（25 ms，42 ms）、（25 ms，65 ms）等4种微差时间控制的等比例相似小炮测振实验。提取模拟结果中3个炮孔同时起爆时滑面单元的应力数值代入极限平衡法计算公式，绘制了冲击载荷作用下边坡稳定性系数曲线，通过对曲线的理论分析发现，最佳降振微差时间约为48 ms；而三维数值模拟和测振实验结果均显示，孔间微差时间取42 ms时降振效果较佳。这说明，边坡稳定性系数曲线给出的微差时间与模拟和实验结果较为接近，可为今后边坡逐孔微差爆破降振研究提供参考。     

城市隧道穿越复合地层的合理微差时间间隔

以莞惠城际项目的“上软下硬”复合地层条件为依托,结合现场测试数据,采用理论与数值分析相结合的手段,开展城市隧道穿越复合地层中合理微差时间间隔的研究。研究结果表明:复合地层中微差爆破效果较好,第1、2炮适宜的微差时间间隔为50~70 ms;围岩条件相同,振动波形和主震相的持续时间均随着爆心距的增加而变长;而围岩条件变差时,振动波形更易出现波形叠加现象;随着微差时间间隔增加,第1、2炮产生的主震相逐渐分离,在0~35ms间降震率波动明显且整体上小于稳定降震率;在复合地层中,两测点爆心距相同时,成洞区上方测点受空洞效应影响显著,振速明显偏大。     

微差爆破振动波速度峰值-位移分布特征的延时控制

为了通过振动波传播规律研究微差爆破延时控制,改善爆破振动和提高爆炸能利用,选取普通雷管和澳瑞凯高精度雷管进行不同段别延期起爆对比实验,试爆过程对振动波测振。基于振动波函数优化理论基础,对实测数据和波状谱处理分析,总结了不同微差时间下振动波传播规律及速度峰值、主频、频带能量、总能量等变化特征,根据该特征发现振动波速度图谱和该速度积分所得位移图谱中两者最大值对应时间点相同。依据此速度峰值-振动位移分布特征,对某实测简单振动波进行高斯多峰拟合,结果表明:该波段能量最大化时间点为60 ms左右,振动最小的时间点为25 ms左右。     

爆破振动波叠加数值预测方法

根据场地地震波的传播叠加原理,以实测单炮孔爆破振动波形为基础,考虑预测点位置与各炮孔 的相对位置关系,并按照实际起爆网路设计的各炮孔起爆时差和实测的地震波传播速度等参数,计算获得预 测点的爆破振动波形。不仅可以预测爆破振动速度峰值,而且可以预测完整的振动波形,并可获知爆破振动 持续时间及主振频率分布范围。根据现场应用数码电子雷管的深孔爆破实验,该方法计算的预测波形与实测 波形相当吻合,计算结果可靠性较好,可以在实际工程中推广使用。     

大断面隧道钻爆冲击波的衰减规律

隧道开挖爆破产生的空气冲击波的破坏效应，将会对人员、机具设备与周围环境造成危害。隧道钻孔爆破冲击波的影响因素比裸露药包爆炸更多、更复杂，研究其衰减规律对采取合适的防护措施意义重大。本文中开展了时速350 km双线铁路大断面隧道钻孔爆破空气冲击波的现场测试，分析了不同工况下冲击波传播规律及影响因素。结果表明:钻爆冲击波超压时程曲线存在多个不同幅值的超压波峰，波峰之间具有明显微差延时的短间隔性，传播至远场未形成稳定的单一平面波，与单一药包爆炸冲击波的传播规律存在差异；钻爆冲击波超压信号由多段与微差延时相对应的子信号叠加而成，子信号数量与毫秒延期雷管段数相同，呈现出典型的时域特征；相同爆破条件下，大断面隧道钻爆时的乳化炸药冲击波转化因数小于小断面巷道工况下的；相较于总药量及最大段药量，按掏槽药量计算的超压峰值与实测超压峰值之间的相关性最强，钻爆冲击波最大超压峰值宜按掏槽段炸药TNT当量确定；隧道内大型机械设备等障碍物改变了钻爆冲击波流场的传播规律，呈现较明显的叠加放大效应。     

下穿铁路隧道爆破振动衰减规律研究

基于Heelan短柱药包理论,引入等效作用半径的概念,得到内部瞬时激励荷载作用下爆破峰值振动速度的衰减模型方程,并通过量纲分析进行验证。结合下穿隧道爆破工程,研究不同雷管段位及不同炮孔类型对应的爆破峰值振动速度的衰减规律。此外,讨论球形装药、柱状装药条件下改进公式的药量形式表达式,结果显示,利用等效作用半径作为拟合参考变量可以综合考虑不同雷管段位及不同炮孔类型对爆破振动规律的影响。统计数据表明,利用改进公式得到的拟合效果最优,可以为类似隧道爆破振动研究提供参考。     

爆破振动持时分析及微差爆破延期时间优选

爆破振动持续时间以及微差爆破延期时间分别是爆破振动危害客观评价与主动控制的重要指标,对振动持时影响因素和延期时间优选方法进行深入探究极为必要。结合量纲分析理论,探讨了爆破振动持时影响因素,推导出爆破振动持时预测公式,该公式线性相关性达到89.7%;基于地震波线性叠加原理,通过MATLAB 7.0编程,计算得到毫秒微差爆破不同爆心距处合理延时区间。结果表明,爆破振动信号能量与振动持续时间相关性高,在振动持时预测公式中引入信号能量,可提高预测精度;振动持续时间与比例速度负相关,与比例药量正相关;合理孔间延期时间往往不是某一具体值,而是一个或多个时间区间;不同爆心距处合理延期时间值不同。工程应用表明,给出的爆破振动持时预测公式与微差爆破延时优选方法切实可行。