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【摘 要】 众所周知，自改开放以来，我国在城市交通方面取得了辉煌的成就，在市中心建设了许多技术先进的地下隧道工程。但是，因为各方面的技术还有待于进一步提高，城市在建的一些隧道工程的施工工作大部分均以爆破方法为主，这一方法虽然加快了隧道工程的施工进度，但是，在一定程度上，也使得其上或周围的一些建筑物处于不安全的境况。因此，采取一定的措施来加强对爆破震动效应进行预测和控制，从而达到使建筑物不受损坏的目的，这已经引起了业界强烈关注，并被业内人士当作隧道工程和爆破工程界中今后一段时间内必须解决的任务。本文首先就爆破施工在城市地铁隧道开挖中的应用情况作了简要说明，然后又阐述了爆破震动的传播规律以及地震波特性，最后对地震效应的安全距离作了分析。
【关键词】 隧道工程；爆破；爆破震动效应；地震波特性；安全距离
1 爆破施工在城市地铁隧道开挖中的应用情况介绍
爆破震动效应是控制爆破中重要的研究内容之一。现如今，全世界对地下矿山以及露天深孔、浅孔爆破振动波的传播特征、破坏作用以及降震措施进行了全面研究，并利用一定的方式方法来评价、预测爆破地震波的振动强度，及时对爆破设计方案作出调整，从而减少爆破震动效应的危害作用。与露天爆破以及城市拆除爆破相异，地铁隧道多为闹市中心的浅埋结构，爆破施工过程中的震动效应对地表建筑物的影响不小，如果采取过于保守的震动控制方案，虽然满足安全施工的要求，但同时会导致施工效率的骤然下降以及施工成本的快速增加，就经济角度而言，这是非常不合理的。因此，研究地铁隧道爆破震动效应，寻求经济合理的爆破施工设计方案，具有重要的理论意义和实用价值。
2 爆破震动的传播规律阐述及地震波特性研究
2.1爆破震动的传播规律阐述
炸药在岩土介质中爆炸之后，就会产生应力波，而爆破地震波就是爆源附近的应力波转换而来的。在以往的爆破地震效应研究中，往往把爆破地震波分为初级地震波和次级地震波两种波，并规定地下爆破仅仅产生初级地震波，而空气与水中爆炸或靠近地表的地下爆炸将产生初级与次级地震波，两者对结构的影响程度要是具体情况而定。
在工程爆破工程中，常見的介质主要是具有不均匀与不连续性质的岩土介质，因此，岩土介质所形成的波动现象极不好研究。爆炸能量由粉碎区传到破裂区，很多能量因扩散而传播开去，并在均匀介质中对于爆破点源以球面波的形式不断传播，而对于爆破线源则以柱面波的形式不断传播，随后，曲面半径越来越大，单位曲面上的能量则越来越小。此外，对于非理想弹性体，由于波的反射与折射及介质体中的内摩擦现象而出现能量吸收作用等扩散现象，故而，地震波的传播过程实质上就是一个地震波能量连续衰减的过程。
2.2地震波特性研究
爆破地震波具有一个明显的特点，即为当能量释放时，该过程延续的时间往往不长，此外，他还会显示一种突发性的短时间冲击振动特征。对岩土介质体而言，其内部由爆源向其周围的传播时，介质体的内阻尼造成地震波幅值不断变小，需要注意的是，这种阻尼作用的强弱往往受到地震波的频率特性的一定影响，如果高频振动阻尼作用很大时，并且较大区域内的质点振动高频的衰减率越大时，那么低频成份在一定程度上就会变大。
其实，之前我们已经讲过这一点，各种介质中的爆破地震波中的能量在爆炸释放的能量所占的比例不尽相同，分别为4%～21%，再者，靠近爆破区域的地方，其破坏效应远远要比距爆破区域较远的地方的破坏效应大得多，故而，人们经常对爆破地震波能量特征视而不见。爆破地震波和地壳运动引起的地震波不同，爆破地震波显示出许多特点，主要有：第一，其内频率的丰富性；第二，威胁频率或频率段的集中性；第三，低频爆破地震波的传播范围广。
3 地震效应的安全距离判定
3.1地震效应的安全距离
爆破地震波的作用有可能引起地面或地下建筑物、构筑物的破裂、倒塌，或造成隧道的冒顶片帮等事故。评价各种爆破对不同类型建（构）筑物和其他保护对象的振动影响，应采取不同的安全判据和标准。
现如今，我国对地面建筑物的爆破振动判据，主要是保护对象所在地的峰值振动速度和主振频率。对水工隧道、交通隧道、矿山巷道、电站中心控制室设备、新浇大体积混凝土的爆破振动判据，是采用保护对象所在地点的峰值振动速度。安全允许标准如下图所示。
需要注意的是，表1中的频率为主振频率，即为最大振幅所对应波的频率。频率范围可以根据以下两个因素而定，一是工程实测波形，二是现场实测波形。此外，这种频率范围的选取还可以考虑下列数据：硐室爆破小于20Hz；深孔爆破10—60Hz；浅孔爆破40—100Hz。
由表1可知，在确定建筑物的安全允许振速时，必须对下列因素进行充分考虑，这些因素主要有建筑物的作用、建筑质量、新旧程度、自振频率、地表地下条件等。对于省级以上（包括省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应由该领域的权威人士对此分析论证一下，并通知相关部门，由其对此进行批准。确定隧道、巷道的安全允许振速，必须充分考虑建筑物的重要性、围岩性质、断面形状、埋深、爆源方向、地震振动频率等要素。
3.2为减少爆破地震波对包去周围建筑物的影响，可采取下列措施：
（1）采用不耦合装药结构，应用低威力、低爆速炸药；
（2）不要使药量太集中，尽可能使炸药均匀分布在被爆介质中；
（3）采用毫秒延时爆破或秒延时爆破技术，减少齐发爆破的总炸药量或延时爆破药量最大一段的装药量；
（4）应用预裂爆破技术，或在爆源与被保护物之间挖掘减震沟槽。此外，也可布置单排或多排密集空孔。
4 结束语
以上，笔者对地铁隧道掘进爆破地表震动效应作了简要分析，进而又浅谈了地震波的传播规律及其特性，最后还给出了地震效应的安全距离，以期能为地铁隧道建设工程提供很好地指导作用。只有我们诸多同僚在此领域做到理论与实践更好地结合，地铁隧道建设工程一定会取得新的进展。
参考文献：
【1】卢文波，赖世骧，朱传云等.三峡工程岩石基础开挖爆破震动控制安全标准[J].爆炸与冲击，2001，21（1）：67-71
【2】房泽法，李恒勇，阳德伟，等.地铁开挖爆破参数优化及爆破震动测试分析[J].武汉理工大学学报，2010，32（21）：56-59
【3】陈寿如.两种质点振速预测公式的比较选择[C].第七届全国工程爆破学术会议论文集.乌鲁木齐：新疆青少年出版社，2001：702-706
【4】谢和平，彭瑞东，鞠杨.岩石变形破坏过程中的能量耗散分析[J].岩石力学与工程学报，2004，23（21）：365-370
【5】龙源，冯长根，徐全军，等.爆破地震波在岩石介质中传播特性与数值计算研究[J].工程爆破，2000，6（3）：2-7
【6】李玉民，倪芝芳.地下工程开挖爆破的地面振动特征[J].岩石力学与工程学报，1997，16（3）：274-278
【关键词】 隧道工程；爆破；爆破震动效应；地震波特性；安全距离
1 爆破施工在城市地铁隧道开挖中的应用情况介绍
爆破震动效应是控制爆破中重要的研究内容之一。现如今，全世界对地下矿山以及露天深孔、浅孔爆破振动波的传播特征、破坏作用以及降震措施进行了全面研究，并利用一定的方式方法来评价、预测爆破地震波的振动强度，及时对爆破设计方案作出调整，从而减少爆破震动效应的危害作用。与露天爆破以及城市拆除爆破相异，地铁隧道多为闹市中心的浅埋结构，爆破施工过程中的震动效应对地表建筑物的影响不小，如果采取过于保守的震动控制方案，虽然满足安全施工的要求，但同时会导致施工效率的骤然下降以及施工成本的快速增加，就经济角度而言，这是非常不合理的。因此，研究地铁隧道爆破震动效应，寻求经济合理的爆破施工设计方案，具有重要的理论意义和实用价值。
2 爆破震动的传播规律阐述及地震波特性研究
2.1爆破震动的传播规律阐述
炸药在岩土介质中爆炸之后，就会产生应力波，而爆破地震波就是爆源附近的应力波转换而来的。在以往的爆破地震效应研究中，往往把爆破地震波分为初级地震波和次级地震波两种波，并规定地下爆破仅仅产生初级地震波，而空气与水中爆炸或靠近地表的地下爆炸将产生初级与次级地震波，两者对结构的影响程度要是具体情况而定。
在工程爆破工程中，常見的介质主要是具有不均匀与不连续性质的岩土介质，因此，岩土介质所形成的波动现象极不好研究。爆炸能量由粉碎区传到破裂区，很多能量因扩散而传播开去，并在均匀介质中对于爆破点源以球面波的形式不断传播，而对于爆破线源则以柱面波的形式不断传播，随后，曲面半径越来越大，单位曲面上的能量则越来越小。此外，对于非理想弹性体，由于波的反射与折射及介质体中的内摩擦现象而出现能量吸收作用等扩散现象，故而，地震波的传播过程实质上就是一个地震波能量连续衰减的过程。
2.2地震波特性研究
爆破地震波具有一个明显的特点，即为当能量释放时，该过程延续的时间往往不长，此外，他还会显示一种突发性的短时间冲击振动特征。对岩土介质体而言，其内部由爆源向其周围的传播时，介质体的内阻尼造成地震波幅值不断变小，需要注意的是，这种阻尼作用的强弱往往受到地震波的频率特性的一定影响，如果高频振动阻尼作用很大时，并且较大区域内的质点振动高频的衰减率越大时，那么低频成份在一定程度上就会变大。
其实，之前我们已经讲过这一点，各种介质中的爆破地震波中的能量在爆炸释放的能量所占的比例不尽相同，分别为4%～21%，再者，靠近爆破区域的地方，其破坏效应远远要比距爆破区域较远的地方的破坏效应大得多，故而，人们经常对爆破地震波能量特征视而不见。爆破地震波和地壳运动引起的地震波不同，爆破地震波显示出许多特点，主要有：第一，其内频率的丰富性；第二，威胁频率或频率段的集中性；第三，低频爆破地震波的传播范围广。
3 地震效应的安全距离判定
3.1地震效应的安全距离
爆破地震波的作用有可能引起地面或地下建筑物、构筑物的破裂、倒塌，或造成隧道的冒顶片帮等事故。评价各种爆破对不同类型建（构）筑物和其他保护对象的振动影响，应采取不同的安全判据和标准。
现如今，我国对地面建筑物的爆破振动判据，主要是保护对象所在地的峰值振动速度和主振频率。对水工隧道、交通隧道、矿山巷道、电站中心控制室设备、新浇大体积混凝土的爆破振动判据，是采用保护对象所在地点的峰值振动速度。安全允许标准如下图所示。
需要注意的是，表1中的频率为主振频率，即为最大振幅所对应波的频率。频率范围可以根据以下两个因素而定，一是工程实测波形，二是现场实测波形。此外，这种频率范围的选取还可以考虑下列数据：硐室爆破小于20Hz；深孔爆破10—60Hz；浅孔爆破40—100Hz。
由表1可知，在确定建筑物的安全允许振速时，必须对下列因素进行充分考虑，这些因素主要有建筑物的作用、建筑质量、新旧程度、自振频率、地表地下条件等。对于省级以上（包括省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应由该领域的权威人士对此分析论证一下，并通知相关部门，由其对此进行批准。确定隧道、巷道的安全允许振速，必须充分考虑建筑物的重要性、围岩性质、断面形状、埋深、爆源方向、地震振动频率等要素。
3.2为减少爆破地震波对包去周围建筑物的影响，可采取下列措施：
（1）采用不耦合装药结构，应用低威力、低爆速炸药；
（2）不要使药量太集中，尽可能使炸药均匀分布在被爆介质中；
（3）采用毫秒延时爆破或秒延时爆破技术，减少齐发爆破的总炸药量或延时爆破药量最大一段的装药量；
（4）应用预裂爆破技术，或在爆源与被保护物之间挖掘减震沟槽。此外，也可布置单排或多排密集空孔。
4 结束语
以上，笔者对地铁隧道掘进爆破地表震动效应作了简要分析，进而又浅谈了地震波的传播规律及其特性，最后还给出了地震效应的安全距离，以期能为地铁隧道建设工程提供很好地指导作用。只有我们诸多同僚在此领域做到理论与实践更好地结合，地铁隧道建设工程一定会取得新的进展。
参考文献：
【1】卢文波，赖世骧，朱传云等.三峡工程岩石基础开挖爆破震动控制安全标准[J].爆炸与冲击，2001，21（1）：67-71
【2】房泽法，李恒勇，阳德伟，等.地铁开挖爆破参数优化及爆破震动测试分析[J].武汉理工大学学报，2010，32（21）：56-59
【3】陈寿如.两种质点振速预测公式的比较选择[C].第七届全国工程爆破学术会议论文集.乌鲁木齐：新疆青少年出版社，2001：702-706
【4】谢和平，彭瑞东，鞠杨.岩石变形破坏过程中的能量耗散分析[J].岩石力学与工程学报，2004，23（21）：365-370
【5】龙源，冯长根，徐全军，等.爆破地震波在岩石介质中传播特性与数值计算研究[J].工程爆破，2000，6（3）：2-7
【6】李玉民，倪芝芳.地下工程开挖爆破的地面振动特征[J].岩石力学与工程学报，1997，16（3）：274-278