第5卷第25期
2015年9月
技术探讨CONSTRUCTION
滨海地区矿山法地铁隧道钻爆振动分析与应用
：为了安全滨海地区地铁隧道施工中主要采用盾构掘进法施工。但如果遇到坚固岩层的时候需要采用传统钻爆开挖的方法进行施工，城市地铁有
于线路经过市区及主干道路上地面埋设各种管线及构造物，加上隧道埋深一般较浅，我们在施工中不得不去考虑爆破振动对建筑物和构筑物的影响和
破坏，尤其是地面还有天然气管道伴随敷设。
：地铁；矿山法；隧道；施工过程
：U231：A
1导言
地铁隧道钻爆施工类似于一般隧道施工，但地铁隧道工程的地质条件
及地面环境条件更复杂。首先地铁隧道一般埋深浅、钻爆开挖时候，爆破
振动引起上方软弱地层的坍塌会危及施工安全，甚至塌至地面影响地面安
全；由于某些隧道先于在建隧道完成，或者是两条隧道同时在建，但线间
距较小，先行开挖支护隧道容易受后开挖隧道爆破振动影响甚至破坏；地
铁隧道从城市主干道路或区域下方通过，地面大量建筑物和市政管网设施，
钻爆施工极易对地面及地中构筑物产生振动影响，严重的还会危及生命财
产安全。
2爆破产生的主要破坏和原理
2.1爆破产生的有害效应
工程爆破发展到今天除了爆炸理论及控制技术的研究，提高炸药能量
利用率以外，还要从另一方面研究降低爆破有害效应的影响，常见的爆破
有害效应包括爆破振动和塌落、空气冲击波、水下冲击波、噪音、不规则
运动抛撒物、滚石、粉尘、有害气体、临空面滑坡等。针对以上这些有害
效应我们应要大力发展爆破监测研制新仪器，提高监测水平和指标精度，
另一方面要不断加以总结归纳应用新的信息计算手段进行模拟测试，算法
优化，经验推导验证吸收新的技术成就，提高标准。这样才能有效解决和
减小破坏效应。
2.2爆破振动和塌落动的安全数据
根据《爆破安全规程》爆破振动安全允许范围标准见表1。
实际应用时，每个工程都会结合详细情况作出相应的安全规则，如深
圳市城市轨道交通9号线工程深圳湾公园站～下沙站（原滨海医院站～下
沙站区见）线路区见段左线ZDK4+341.983～ZDK4+745.432，右线
YDK4+329.7～YDK4+740.627长度803.105延长米为矿山法隧道段。隧道
埋深约13m，上方主要有中压燃气管线、长途（军用）光缆、雨污水、供
水等管线，东侧下穿3号人行通道，隧道顶距人行通道约7m。为了保护
管线尤其是燃气管线必须要严格控制爆破振动不能超过设计规划爆炸振
速控制规范：爆破振动速度小于2.5cm/s,爆破位置临近构筑物或地下箱涵
结构时候爆破振动速度小于1.5cm/s。在爆破时应对需求重点保护的建筑
物和管线进行监测，依据爆炸监测数据，调整爆破参数，以保证建筑物和
管线的安全，并只允许白天进行爆破。
3地铁隧道爆破的影响
3.1地铁矿山法隧道钻爆开挖中主要的有害效应就是爆破振动及盾构
筑物的破坏影响。炸药在岩土介质中爆炸，大部分能量将岩土破碎、移动
或抛掷，另一部分能量对周围的介质引起扰动，并以波动形式向外传播。
一般认为：在炸药禁区（药包半径10～15倍），传播为冲击波；在中区（药
包半径15～400倍）为应力波；在远区衰减为地震波。地震波是一种弹性
波，它包含在介质内部传播的体波和沿地面传播的面波。在一个接近地表
面的爆炸中，存在着四中波，即纵向压力波（P波）、纵向稀疏波（N波）、
剪切波（S波）和瑞利表面波（R波）。从理论上说，P波和N波都是纵
波，由于地层拉伸性质与压缩性质不同，使得压力波传播速度比稀疏波大
一些。这样在四种波中P波传播最快，N波比P波慢一点，S波比P波慢，
而R波传播最慢。各种波向外传播时，每一种波的能量密度都将随着离
开震源距离的增加而减小，这种能量密度（或振幅）因波阵面几何扩散而
减小的现象称为几何阻尼或几何扩散，具有多普勒效应相似的特点。经过
大量实验观测证明，在介质表面，纵波和横波的振幅与距离按1/r2比例减
小，，瑞利波的振幅与距离按1/r?比例减小，因此瑞利波随距离的衰减比
体波慢得多。
3.2在工程的爆破中在一定的区域范围内当爆破能量引起的振动达到
一定强度时就会对周边产生破坏，这种爆破振动波引起的破坏现象称为爆
破地震效应。爆破振动波幅值通常用于表述振动强度，振动幅值指标优质
点振动位移、振动速度、振动加速度。目前，许多国家采用质点振动速度
作为地震强度的判据。这是因为大量的现场试验和观测表明，质点振速大
小与爆破振动破坏程度的相关性最好，与传播地震波的岩土性质也有较稳
定的关系。在地铁建设设计规范中也采用该指标作为控制爆破振动的依据。
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我国《爆破安全规程》推荐采用的是前苏联MA撒道夫斯基由实验归纳出
爆破地面振动速度经验公式中与介质性质和爆源条件有关的系数K和衰
减指数α的经验公式。其计算公式v=K(3√Q￣/R)α其中v—地面质点峰
值振动速度，cm/s；Q-炸药量（齐爆时总装药量，延爆时最大的该段别装
药量），kg；R-观测（计算）点到爆源的距离，m；K、α衰减系数（见表
1.3-1）
另外Devine根据美国农业局对20个采石场和建设工地的爆破振动观
测数据进行的统计和分析，提出了振速的计算公式：v=K(R/Q?)-α式中，
K和α分别为现场的特征系数和衰减指数。等人根据欧洲采石
场的爆破振动观测数据进行了统计分析，提出的振速公式如下：v=K(Q/R2)
α。日本矿业会爆破振动研究委员会和物理探矿技术协会土木探矿研究会
发布的《爆破振动测试指南》中未涉及到爆破振速的计算公式，代之而行
的是各公司的规定。比较有名的有旭化成工业株式会社提出的：v=K*3√
Q2￣*R-α式中K-系数掏槽时候取500～1000，台阶爆破时候取200～
500）；α指数黏土层取2.5～3.0，岩石取2.0；Q范围10～3000kg；R取
30～1500m。大量观测表明，地形条件对爆破振动波传播和衰减的影响不
容忽视。
3.3作为爆破振动破坏判据的最佳物理量。要具备决定爆破振动破坏
力的主要因素和宏观烈度具有良好的相关性，与爆药量和爆心距离具有良
好相关性，关键的是还能够用简单仪器测定。按此标准可以作为爆破振动
的参数有地面振动峰值，目前国内外在考虑爆破振动破坏判据时采用的是
地面垂直最大振动速度、加速度、位移。因为大量现场观察表明，爆破振
动破坏程度与质点振速关联性最好。因而我国在确定爆破振动破坏判据时
就是以地面质点振动速度作为标准。由于无法考虑建筑物的动力和材料性
能。实际应用采用经验估算。我国爆破安全规程规定，地面建筑物的爆破
振动判据采取保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率。地铁施工时
质点振动速度的控制值为25mm/s，重要建筑物控制值小于15mm/s。
4降低爆破振动效应措施
从国内大量工程经验来分析结合本工程现场实际，作者认为采取以下
综合技术措施对降低爆破振动效应是有效的。
4.1采用毫秒延期爆破，限制一次或者一个段别的爆破最大药量。根
据设计当建筑物的允许临界质点振动速度［v］确定后利用我们前面提到
的经验公式推导计算出一次爆破最大用药量，即Qmax=R^3(v/K)3/α。
当设计药量大于该值时而又没有其他降振措施时候，采取分次爆破将一次
爆破药量用多段毫秒雷管延期起爆，使得爆破振动速度峰值减小为受影响
最大药量控制，这样，一次爆破规模可扩大很多倍而不会产生超强振动。
4.1.1以全断面周边孔装药为例取V=2.5，R=（13+r=3.5)，计算
Qmax=4.47kg～1.25kg,根据设计方案周边布控29个，单耗0.3kg/孔。单次
起爆孔数4～14个29个孔需要分成2～7次起爆，实际操作中按4个段别
布设满足要求。辅助孔32个，单耗0.8kg/孔。单次起爆孔数2～6个32
个孔需要分成5～16次起爆，实际操作中按6～8个段别布设网络满足要
求。掏槽孔15个32个，单耗1kg/孔。单次起爆孔数2～5个15个孔需要
分成3～7次起爆，实际按4个段别布设满足要求。
4.1.2对台阶法上台阶计算,根据设计方案周边布控25个，单耗0.3kg/
孔。单次起爆孔数4～14个需要分成2～6次起爆，实际操作中按4个段
别布设满足要求。辅助孔10个，单耗0.6kg/孔。单次起爆孔数2～8个需
要分成2～5次起爆，实际操作中按2个段别布设网络满足要求。下台阶
周边布控20个，单耗0.3kg/孔。单次起爆孔数4～14个20个孔需要分成
2～5次起爆，实际操作中按2个段别布设满足要求。辅助孔10个，单耗
0.6kg/孔。单次起爆孔数2～8个需要分成2～5次起爆，实际操作中按2
个段别满足要求。
4.2采用预裂爆破或者开挖减振沟槽。当围岩坚硬岩石时候采用预裂
爆破对周边孔洞进行松动预裂爆破，因为预裂爆破可以在单耗很小的情况
下达到岩层的松动效果，使装药总量减小控制振动，但是对于隧道钻爆来
说，预裂爆破对围岩的完整性要求高，受应力影响其装药量随着孔距孔数
的增加有时候不如分段进行，为了克服预裂爆破本身产生的振动，在爆破
体与保护物之间，钻凿不装药的单排或者双排的减振孔，也可以起到效果。
对于土层介质可以采取开挖预裂沟，尽可能深一点，以超过药包位置50cm
位好。
4.2.1在台阶法和全断面法的施工中，有时采用对辅助孔加深，不装
药的方式使其具备减振孔的作用，在周边孔实施预裂爆破，提高爆破稳定
性和可靠性。
4.3选择最小抵抗线方向。爆破中，在最小抵抗线方向上的爆破振动
强度最小，反之最大，侧向居中。在实际施工中最小抵抗线方向又是主炮
方向，从减振和控制飞石危害考虑，一般应该要使被保护对象位于最小抵
抗线两侧位置。
4.4可以增加布药的分散性和临空面。可以减小振动速度公式中K、
α值，减小爆破振动强度。实际施工中根据爆破的效果增大间排距离减少
孔数，分成台阶多次爆破利用前次爆破临空面，起到了很好的效果。另外
采用低爆速、低密度的炸药也可以改变振动速度，
4.5进行不断的爆破振动监测。时刻掌握这些建筑物在爆破振动作业
下的受力状况，为安全核算提供准确依据，现场要根据情况多次反复试验
证明效果达到最优。
结束语
深圳市城市轨道交通9号线工程深圳湾公园站～下沙站（原滨海医院
站～下沙站区间）区间矿山法钻爆施工方案经过审定批准为B级。进行了
专项安全评估。受地方政策影响，火工品供应时间为白天，周末节假日不
供应。地处主干道，爆破监测严格。安全风险大，现场管理人员经受住巨
大压力辛勤的努力顺利完成了该段施工任务。针对爆破作业如何控制振动
一直在总结。
第5卷第25期
2015年9月
技术探讨CONSTRUCTION
［1］汪旭光.爆破设计与施工［M］.北京:冶金工业出版社,2011
年.
[2］吴新霞，张文煊.浅谈建筑物爆破振动安全允许标准［J］.爆破，2008
（2）［3］汪旭光,郑炳旭.工程爆破名词术语［M］北京冶金工业出版
摄,2005年.
［4］罗俊成.深圳市城市轨道交通9号线工程施工图设计深圳:
广州地铁设计研究院有限公司,2013年.
此文章编码：2015S2038
