地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的多維度探究與實(shí)踐應(yīng)對(duì)一、引言1.1研究背景與意義隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展，地下空間的開發(fā)與利用日益廣泛，如地下交通隧道、礦山井巷、水利水電工程中的地下廠房和導(dǎo)流隧洞等地下硐室工程不斷涌現(xiàn)。在這些地下硐室建設(shè)與運(yùn)營過程中，常常會(huì)遇到地表爆破施工的情況，比如露天礦山開采時(shí)的爆破作業(yè)、城市建設(shè)中拆除建筑物的爆破等，其產(chǎn)生的震動(dòng)不可避免地會(huì)傳播至地下，對(duì)地下硐室的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。爆破震動(dòng)是一種由炸藥爆炸產(chǎn)生的瞬態(tài)地震波，它在傳播過程中會(huì)引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。當(dāng)這種震動(dòng)傳播到地下硐室時(shí)，會(huì)使硐室圍巖產(chǎn)生應(yīng)力和變形。如果震動(dòng)強(qiáng)度過大或持續(xù)時(shí)間過長，可能導(dǎo)致硐室圍巖出現(xiàn)裂縫、剝落、坍塌等破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響硐室的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。例如，在一些露天礦山開采中，由于地表爆破震動(dòng)的影響，導(dǎo)致下方的地下井巷出現(xiàn)了不同程度的破壞，不僅增加了維修成本和安全隱患，還影響了礦山的正常生產(chǎn)進(jìn)度；在城市地鐵建設(shè)中，鄰近的地表爆破施工如果控制不當(dāng)，可能對(duì)已建成的地鐵隧道造成損害，危及地鐵的運(yùn)行安全。研究地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響具有極其重要的工程意義。從保障工程安全角度來看，準(zhǔn)確掌握地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響規(guī)律，能夠?yàn)楸剖┕し桨傅膬?yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。通過合理調(diào)整爆破參數(shù)，如炸藥單耗、起爆順序、孔網(wǎng)參數(shù)等，可以有效降低爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響，確保地下硐室在爆破施工過程中的安全穩(wěn)定。這有助于減少因爆破震動(dòng)導(dǎo)致的工程事故和經(jīng)濟(jì)損失，保障工程建設(shè)的順利進(jìn)行。從理論發(fā)展角度而言，深入研究地表爆破震動(dòng)與地下硐室之間的相互作用機(jī)制，能夠豐富和完善爆破工程與地下工程領(lǐng)域的理論體系。目前，雖然在爆破震動(dòng)傳播規(guī)律和地下硐室力學(xué)分析等方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，但對(duì)于兩者相互作用的復(fù)雜過程和影響因素，仍存在許多有待進(jìn)一步探索和明確的問題。本研究將有助于填補(bǔ)這方面的理論空白，推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在爆破震動(dòng)傳播理論研究方面，國外起步較早。20世紀(jì)中葉，一些學(xué)者基于彈性波理論，對(duì)爆破震動(dòng)在均勻介質(zhì)中的傳播進(jìn)行了理論推導(dǎo)，建立了初步的傳播模型，為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法逐漸成為研究爆破震動(dòng)傳播的重要手段。如有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）、離散元法（DEM）等被廣泛應(yīng)用于爆破震動(dòng)傳播模擬。通過這些數(shù)值方法，能夠模擬復(fù)雜地質(zhì)條件下爆破震動(dòng)的傳播過程，分析不同因素對(duì)震動(dòng)傳播的影響。在地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的研究中，國外學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注了爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室穩(wěn)定性的影響機(jī)制。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬，分析了爆破震動(dòng)參數(shù)（如峰值振速、頻率等）與地下硐室圍巖應(yīng)力、變形之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，地下硐室的穩(wěn)定性不僅與爆破震動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)，還與硐室的形狀、尺寸、埋深以及圍巖的力學(xué)性質(zhì)等因素密切相關(guān)。例如，對(duì)于深埋硐室，其在爆破震動(dòng)作用下的受力和變形特征與淺埋硐室存在明顯差異。同時(shí)，國外學(xué)者還開展了一些關(guān)于爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室長期影響的研究，探討了長期的爆破震動(dòng)作用是否會(huì)導(dǎo)致地下硐室圍巖的疲勞損傷和長期穩(wěn)定性降低。國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)70年代，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)模開展，相關(guān)研究取得了豐碩成果。在理論研究方面，我國學(xué)者結(jié)合國內(nèi)工程實(shí)際，對(duì)爆破震動(dòng)傳播理論進(jìn)行了深入研究和完善。提出了一些適合我國地質(zhì)條件的爆破震動(dòng)傳播模型和計(jì)算公式，如考慮地質(zhì)介質(zhì)非線性特性的爆破震動(dòng)傳播模型。在數(shù)值模擬方面，國內(nèi)學(xué)者不僅熟練運(yùn)用國際上通用的數(shù)值模擬軟件，還自主研發(fā)了一些具有針對(duì)性的數(shù)值模擬程序，能夠更準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜地質(zhì)條件下地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，國內(nèi)眾多學(xué)者通過在各類工程現(xiàn)場(chǎng)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，獲取了大量的爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，深入研究了地表爆破震動(dòng)在不同地質(zhì)條件下的傳播規(guī)律以及對(duì)地下硐室的影響規(guī)律。例如，在一些大型水利水電工程中，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析了地表爆破施工對(duì)地下廠房、導(dǎo)流隧洞等地下硐室的影響，為工程爆破施工方案的優(yōu)化提供了重要依據(jù)。此外，國內(nèi)學(xué)者還針對(duì)爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的控制措施進(jìn)行了大量研究，提出了諸如優(yōu)化爆破參數(shù)、采用減震隔震技術(shù)等一系列有效的控制方法。盡管國內(nèi)外在地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的研究方面已經(jīng)取得了顯著成果，但仍存在一些不足之處。現(xiàn)有研究中對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下（如斷層、節(jié)理發(fā)育的巖體）爆破震動(dòng)的傳播規(guī)律以及對(duì)地下硐室的影響機(jī)制研究還不夠深入，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)估爆破震動(dòng)在這類地質(zhì)條件下對(duì)地下硐室的影響。在研究方法上，雖然數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到了廣泛應(yīng)用，但數(shù)值模擬模型的準(zhǔn)確性和可靠性仍有待進(jìn)一步提高，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的代表性和完整性也存在一定的局限性。此外，對(duì)于爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室長期穩(wěn)定性的影響研究還相對(duì)較少，缺乏系統(tǒng)的理論和方法。在實(shí)際工程應(yīng)用中，如何將研究成果更好地轉(zhuǎn)化為具體的工程設(shè)計(jì)和施工指導(dǎo)，也是需要進(jìn)一步解決的問題。1.3研究內(nèi)容與方法本研究主要從以下幾個(gè)方面展開：地表爆破震動(dòng)傳播規(guī)律及影響因素分析：通過理論分析和數(shù)值模擬，深入研究地表爆破震動(dòng)在不同地質(zhì)條件下的傳播特性，包括震動(dòng)波的衰減規(guī)律、頻率特性等。同時(shí)，分析影響爆破震動(dòng)傳播的因素，如地質(zhì)構(gòu)造（斷層、節(jié)理等）、巖石力學(xué)性質(zhì)、爆破參數(shù)（炸藥量、起爆方式等），明確各因素對(duì)震動(dòng)傳播的影響程度和作用機(jī)制。地下硐室在爆破震動(dòng)作用下的響應(yīng)分析：建立地下硐室的力學(xué)模型，運(yùn)用數(shù)值模擬軟件，模擬不同爆破震動(dòng)條件下地下硐室圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布情況。分析硐室的形狀、尺寸、埋深以及支護(hù)結(jié)構(gòu)等因素對(duì)其在爆破震動(dòng)作用下響應(yīng)的影響，揭示地下硐室在爆破震動(dòng)作用下的破壞機(jī)理和演化過程。地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室穩(wěn)定性的評(píng)估方法研究：綜合考慮爆破震動(dòng)參數(shù)和地下硐室的結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)條件，建立科學(xué)合理的穩(wěn)定性評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法。結(jié)合工程實(shí)際案例，驗(yàn)證評(píng)估方法的準(zhǔn)確性和可靠性，為工程實(shí)踐提供有效的穩(wěn)定性評(píng)估工具。降低地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的措施研究：根據(jù)研究成果，提出一系列針對(duì)性的降振措施，如優(yōu)化爆破參數(shù)（調(diào)整炸藥單耗、孔網(wǎng)參數(shù)、起爆順序等）、采用減震隔震技術(shù)（設(shè)置減震溝、使用減震材料等）、加強(qiáng)地下硐室的支護(hù)結(jié)構(gòu)等。通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)比分析不同降振措施的效果，為實(shí)際工程選擇最優(yōu)的降振方案。在研究方法上，本研究將采用多種方法相結(jié)合的方式：文獻(xiàn)調(diào)研法：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，全面了解地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)現(xiàn)有研究成果和存在的問題，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。數(shù)值模擬法：利用有限元軟件（如ANSYS、LS-DYNA等）和有限差分軟件（如FLAC3D等），建立地表爆破震動(dòng)傳播和地下硐室響應(yīng)的數(shù)值模型。通過數(shù)值模擬，模擬不同工況下爆破震動(dòng)的傳播過程和地下硐室的受力變形情況，分析各種因素對(duì)爆破震動(dòng)傳播和地下硐室穩(wěn)定性的影響。數(shù)值模擬方法能夠直觀地展示爆破震動(dòng)與地下硐室相互作用的過程，為研究提供定量分析數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法：選擇典型的工程現(xiàn)場(chǎng)，開展地表爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)和地下硐室響應(yīng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。在爆破施工現(xiàn)場(chǎng)布置震動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，如測(cè)振儀、加速度傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爆破震動(dòng)的參數(shù)（峰值振速、頻率、持續(xù)時(shí)間等）。同時(shí)，在地下硐室內(nèi)部及圍巖中布置應(yīng)力、應(yīng)變和位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)地下硐室在爆破震動(dòng)作用下的響應(yīng)情況。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲取真實(shí)的工程數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，為研究提供實(shí)際工程依據(jù)。統(tǒng)計(jì)分析法：對(duì)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立爆破震動(dòng)參數(shù)與地下硐室響應(yīng)之間的定量關(guān)系模型。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，如回歸分析、相關(guān)性分析等，分析各因素之間的相關(guān)性和影響規(guī)律，確定影響地下硐室穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。通過統(tǒng)計(jì)分析，提高研究結(jié)果的可靠性和科學(xué)性，為工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。二、地表爆破震動(dòng)與地下硐室相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1地表爆破震動(dòng)原理地表爆破震動(dòng)源于炸藥爆炸瞬間釋放的巨大能量。當(dāng)炸藥在巖土介質(zhì)中爆炸時(shí)，首先在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的爆轟產(chǎn)物，這些產(chǎn)物迅速膨脹，對(duì)周圍的巖土介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和壓縮作用。在這一過程中，炸藥的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化為三部分能量：一部分能量用于破碎和拋擲巖土體，使其發(fā)生位移和變形，形成爆破漏斗等爆破效果；一部分能量以熱能的形式散失在周圍介質(zhì)中；而另一部分能量則以地震波的形式向四周傳播，這便是引發(fā)地表爆破震動(dòng)的根源。地震波是一種彈性波，它在傳播過程中通過介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)來傳遞能量。根據(jù)傳播方式和特性的不同，地震波主要分為體波和面波。體波又可進(jìn)一步細(xì)分為縱波（P波）和橫波（S波）?？v波是由介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的疏密振動(dòng)產(chǎn)生的，其傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向一致?？v波傳播速度較快，能夠在固體、液體和氣體等各種介質(zhì)中傳播。當(dāng)縱波傳播到地表時(shí)，會(huì)使地表質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。橫波是由介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的剪切振動(dòng)產(chǎn)生的，其傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直。橫波傳播速度相對(duì)較慢，只能在固體介質(zhì)中傳播。橫波到達(dá)地表時(shí)，會(huì)使地表質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)。面波是體波傳播到地表后，在地表附近的介質(zhì)中產(chǎn)生的次生波。面波的傳播速度最慢，但能量相對(duì)集中，對(duì)地表結(jié)構(gòu)的破壞作用較大。常見的面波有瑞利波（R波）和勒夫波（L波）。瑞利波使地表質(zhì)點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)，其長軸垂直于地面；勒夫波使地表質(zhì)點(diǎn)做水平橫向振動(dòng)。描述地表爆破震動(dòng)的參數(shù)眾多，其中峰值振速、頻率和持續(xù)時(shí)間是最為關(guān)鍵的參數(shù)。峰值振速指的是在爆破震動(dòng)過程中，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的最大值。它直接反映了爆破震動(dòng)的強(qiáng)度，是評(píng)估爆破震動(dòng)對(duì)建（構(gòu)）筑物影響的重要指標(biāo)。根據(jù)大量的工程實(shí)踐和研究，峰值振速越大，對(duì)建（構(gòu)）筑物的破壞可能性就越高。例如，在一些爆破工程中，當(dāng)峰值振速超過一定閾值時(shí)，建筑物的墻體可能會(huì)出現(xiàn)裂縫，門窗會(huì)發(fā)生變形甚至損壞。頻率是指單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)，單位為赫茲（Hz）。爆破震動(dòng)的頻率成分較為復(fù)雜，涵蓋了從低頻到高頻的多個(gè)頻段。不同頻率的震動(dòng)對(duì)建（構(gòu)）筑物的影響方式和程度有所不同。一般來說，低頻震動(dòng)更容易引起建（構(gòu)）筑物的整體晃動(dòng)，而高頻震動(dòng)則對(duì)建（構(gòu)）筑物的局部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。例如，當(dāng)爆破震動(dòng)的頻率與建筑物的固有頻率接近時(shí)，容易引發(fā)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑物的振動(dòng)響應(yīng)急劇增大，從而加劇建筑物的破壞。持續(xù)時(shí)間是指從爆破震動(dòng)開始到結(jié)束的時(shí)間間隔。雖然爆破震動(dòng)持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，通常在幾十毫秒到幾百毫秒之間，但它對(duì)建（構(gòu)）筑物的累積損傷效應(yīng)不容忽視。較長的震動(dòng)持續(xù)時(shí)間可能會(huì)使建（構(gòu)）筑物在多次振動(dòng)作用下逐漸積累損傷，降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。2.2地下硐室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)地下硐室按用途分類，涵蓋礦山井巷（豎井、斜井、巷道）、交通隧道、水工隧道、地下廠房（倉庫）、地下軍事工程等。不同類型的地下硐室在結(jié)構(gòu)形式上各有特點(diǎn)。豎井通常為圓形或矩形斷面，其垂直于地面，主要用于礦山開采中的人員、設(shè)備和物料的提升運(yùn)輸，以及通風(fēng)等功能。斜井的斷面形狀也多為圓形、矩形或梯形，與地面成一定角度傾斜，同樣在礦山開采中承擔(dān)著運(yùn)輸和通風(fēng)等任務(wù)，相較于豎井，斜井在施工和運(yùn)輸方面可能具有一定優(yōu)勢(shì)，如施工難度相對(duì)較低，運(yùn)輸設(shè)備的布置和運(yùn)行更為方便。巷道則是礦山井巷中連接各個(gè)作業(yè)地點(diǎn)的通道，其斷面形狀較為多樣，包括矩形、梯形、拱形等。矩形巷道適用于頂板穩(wěn)定、側(cè)壓較小的情況，施工方便，空間利用率高；梯形巷道能較好地適應(yīng)頂板有一定下沉變形的情況，常用于回采巷道等；拱形巷道由于其結(jié)構(gòu)力學(xué)性能良好，能夠承受較大的地壓，在深部開采或地壓較大的區(qū)域應(yīng)用廣泛。交通隧道，如公路隧道、鐵路隧道，多采用圓形、馬蹄形或城門洞形斷面。圓形斷面在承受均勻地壓時(shí)具有較好的力學(xué)性能，能夠充分發(fā)揮材料的抗壓強(qiáng)度，且施工相對(duì)簡(jiǎn)單，常用于盾構(gòu)法施工的隧道；馬蹄形斷面結(jié)合了圓形和矩形的特點(diǎn)，在滿足交通功能需求的同時(shí)，能較好地適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，對(duì)于承受較大的垂直和側(cè)向地壓都有較好的效果；城門洞形斷面則是在公路和鐵路隧道中較為常見，其頂部為拱形，底部為矩形，這種形狀既能提供較大的凈空面積滿足交通通行要求，又能利用拱形結(jié)構(gòu)的力學(xué)優(yōu)勢(shì)承受地壓。水工隧道，如引水隧洞、導(dǎo)流隧洞等，為滿足水流通過的要求，常采用圓形或城門洞形斷面。圓形斷面對(duì)于水流的阻力較小，能夠減少水頭損失，保證水流的順暢通過，在有壓引水隧洞中應(yīng)用廣泛；城門洞形斷面則在無壓水工隧道中較為常見，其頂部拱形可承受地壓，底部矩形便于水流的匯集和排放。地下廠房作為放置大型機(jī)械設(shè)備的場(chǎng)所，其空間跨度和高度較大，通常采用大跨度的拱形或矩形結(jié)構(gòu)，并結(jié)合柱、梁等支撐體系。大跨度拱形結(jié)構(gòu)能夠充分利用拱形的力學(xué)性能，承受較大的頂部荷載，為廠房內(nèi)部提供寬敞的空間；矩形結(jié)構(gòu)則便于設(shè)備的布置和安裝，同時(shí)在廠房的設(shè)計(jì)中，會(huì)根據(jù)設(shè)備的重量、運(yùn)行振動(dòng)等因素，合理設(shè)置柱、梁等支撐體系，以確保廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。地下硐室的受力特性較為復(fù)雜，主要承受來自圍巖的壓力。圍巖壓力是指地下硐室開挖后，因圍巖變形或破壞而作用在硐室支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力。圍巖壓力的大小和分布與多種因素密切相關(guān)。地質(zhì)條件是影響圍巖壓力的重要因素之一，包括巖石的力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地下水等。堅(jiān)硬完整的巖石，其自身承載能力較強(qiáng)，對(duì)硐室支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力相對(duì)較小；而軟弱破碎的巖石，如遇斷層、節(jié)理發(fā)育的巖體，其完整性和強(qiáng)度受到破壞，容易發(fā)生變形和坍塌，從而對(duì)硐室支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的壓力。地下水的存在會(huì)降低巖石的力學(xué)性能，使巖石軟化、強(qiáng)度降低，同時(shí)還可能產(chǎn)生動(dòng)水壓力，進(jìn)一步增加圍巖壓力。硐室的形狀和尺寸也對(duì)其受力特性有顯著影響。不同形狀的硐室，其周邊應(yīng)力分布存在差異。例如，圓形硐室周邊應(yīng)力分布相對(duì)均勻，在均勻地壓作用下，其受力狀態(tài)較為理想；而矩形硐室的角部容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致角部巖石更容易發(fā)生破壞。硐室的尺寸越大，其周邊圍巖的變形和破壞范圍也越大，相應(yīng)地，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力也會(huì)增大。硐室的埋深同樣對(duì)其受力特性有著重要影響。隨著埋深的增加，上覆巖層的重量增大，地應(yīng)力也隨之增大，導(dǎo)致硐室圍巖所承受的壓力增大，對(duì)硐室的穩(wěn)定性提出了更高的要求。2.3爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的理論分析從應(yīng)力應(yīng)變角度來看，當(dāng)爆破震動(dòng)傳播至地下硐室圍巖時(shí)，會(huì)打破圍巖原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)。在均勻、連續(xù)且各向同性的彈性巖體中，根據(jù)彈性力學(xué)理論，爆破震動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力波可使圍巖內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)力發(fā)生變化。假設(shè)巖體中某點(diǎn)在爆破震動(dòng)前的初始應(yīng)力狀態(tài)為\sigma_{0ij}（i,j=1,2,3，分別表示三個(gè)坐標(biāo)軸方向），爆破震動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力增量為\Delta\sigma_{ij}，則該點(diǎn)在爆破震動(dòng)作用下的總應(yīng)力\sigma_{ij}=\sigma_{0ij}+\Delta\sigma_{ij}。當(dāng)總應(yīng)力超過巖體的強(qiáng)度極限時(shí)，圍巖就會(huì)發(fā)生破壞。在實(shí)際工程中，地下硐室圍巖往往存在節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面，這些不連續(xù)面會(huì)對(duì)應(yīng)力分布產(chǎn)生顯著影響。節(jié)理面的存在使得應(yīng)力在傳播過程中發(fā)生折射、反射和繞射現(xiàn)象。當(dāng)應(yīng)力波遇到節(jié)理面時(shí)，一部分能量會(huì)被反射回去，另一部分能量則會(huì)透過節(jié)理面繼續(xù)傳播，但傳播方向和強(qiáng)度會(huì)發(fā)生改變。這導(dǎo)致圍巖內(nèi)的應(yīng)力分布變得更加復(fù)雜，在節(jié)理面附近容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。例如，當(dāng)節(jié)理面與應(yīng)力波傳播方向垂直時(shí)，反射應(yīng)力波與入射應(yīng)力波疊加，可能使節(jié)理面附近的應(yīng)力顯著增大，從而加劇圍巖的破壞。此外，節(jié)理的存在還會(huì)降低巖體的整體強(qiáng)度和剛度，使得圍巖更容易在爆破震動(dòng)作用下產(chǎn)生變形和破壞。在振動(dòng)響應(yīng)方面，地下硐室在爆破震動(dòng)作用下的振動(dòng)響應(yīng)特性可通過動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行分析。將地下硐室及其圍巖視為一個(gè)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，爆破震動(dòng)作為外部激勵(lì)，使該系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論，系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)可表示為：\mathbf{M}\ddot{\mathbf{u}}+\mathbf{C}\dot{\mathbf{u}}+\mathbf{K}\mathbf{u}=\mathbf{F}(t)其中，\mathbf{M}為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣，\mathbf{C}為阻尼矩陣，\mathbf{K}為剛度矩陣，\mathbf{u}為位移向量，\dot{\mathbf{u}}為速度向量，\ddot{\mathbf{u}}為加速度向量，\mathbf{F}(t)為隨時(shí)間變化的爆破震動(dòng)荷載向量。通過求解上述動(dòng)力學(xué)方程，可以得到地下硐室在爆破震動(dòng)作用下的位移、速度和加速度響應(yīng)。爆破震動(dòng)的頻率特性對(duì)地下硐室的振動(dòng)響應(yīng)具有重要影響。當(dāng)爆破震動(dòng)的頻率與地下硐室的固有頻率接近時(shí)，會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象。共振時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)會(huì)急劇增大，導(dǎo)致地下硐室的變形和應(yīng)力大幅增加。地下硐室的固有頻率與硐室的形狀、尺寸、埋深以及圍巖的力學(xué)性質(zhì)等因素密切相關(guān)。例如，對(duì)于圓形硐室，其固有頻率可通過理論公式進(jìn)行計(jì)算，與硐室半徑、圍巖彈性模量和泊松比等參數(shù)有關(guān)。在實(shí)際工程中，需要準(zhǔn)確計(jì)算地下硐室的固有頻率，并合理調(diào)整爆破參數(shù)，避免爆破震動(dòng)頻率與硐室固有頻率接近，以防止共振現(xiàn)象的發(fā)生。此外，爆破震動(dòng)的持續(xù)時(shí)間也會(huì)對(duì)地下硐室的振動(dòng)響應(yīng)產(chǎn)生累積效應(yīng)。雖然單次爆破震動(dòng)持續(xù)時(shí)間較短，但多次爆破的累積作用可能會(huì)使地下硐室的損傷逐漸積累，降低其穩(wěn)定性。三、地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響因素分析3.1爆破參數(shù)的影響3.1.1炸藥量炸藥量是影響地表爆破震動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，與地下硐室的響應(yīng)密切相關(guān)。在實(shí)際工程中，炸藥量的增加會(huì)導(dǎo)致爆破釋放的總能量增大，從而使爆破震動(dòng)的強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。大量的工程實(shí)踐和研究表明，爆破震動(dòng)的峰值振速與炸藥量之間存在著明顯的正相關(guān)關(guān)系。以某露天礦山開采工程為例，該礦山在進(jìn)行臺(tái)階爆破時(shí)，分別采用了不同的炸藥量進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)一次爆破的炸藥量為50kg時(shí)，通過布置在地下硐室附近的測(cè)振儀監(jiān)測(cè)到，地下硐室圍巖的峰值振速為5cm/s；當(dāng)炸藥量增加到100kg時(shí)，地下硐室圍巖的峰值振速增大到8cm/s；而當(dāng)炸藥量進(jìn)一步增加到150kg時(shí)，峰值振速達(dá)到了12cm/s。從這些數(shù)據(jù)可以清晰地看出，隨著炸藥量的增加，地下硐室圍巖所受到的爆破震動(dòng)峰值振速顯著增大。當(dāng)峰值振速超過一定閾值時(shí)，就會(huì)對(duì)地下硐室的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。在該礦山的地下硐室中，當(dāng)峰值振速達(dá)到10cm/s以上時(shí)，硐室圍巖出現(xiàn)了明顯的裂縫，部分巖石開始剝落，這表明地下硐室的結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到了破壞，其穩(wěn)定性下降。為了更深入地研究炸藥量與爆破震動(dòng)峰值振速以及地下硐室響應(yīng)之間的關(guān)系，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析。利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立了包含地表爆破區(qū)域和地下硐室的數(shù)值模型。模型中考慮了巖石的力學(xué)性質(zhì)、炸藥的爆炸特性以及爆破震動(dòng)的傳播過程。在模擬過程中，設(shè)置不同的炸藥量，分別為30kg、60kg、90kg。通過模擬計(jì)算得到了不同炸藥量下地下硐室圍巖的峰值振速和應(yīng)力分布情況。模擬結(jié)果顯示，隨著炸藥量從30kg增加到60kg，地下硐室圍巖的峰值振速從3cm/s增大到6cm/s，圍巖內(nèi)部的最大主應(yīng)力也從1MPa增大到2MPa；當(dāng)炸藥量進(jìn)一步增加到90kg時(shí)，峰值振速達(dá)到了9cm/s，最大主應(yīng)力增大到3MPa。這與實(shí)際工程中的監(jiān)測(cè)結(jié)果趨勢(shì)一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了炸藥量對(duì)爆破震動(dòng)強(qiáng)度和地下硐室響應(yīng)的重要影響。從模擬結(jié)果的應(yīng)力云圖中可以直觀地看到，隨著炸藥量的增加，地下硐室圍巖中的高應(yīng)力區(qū)域逐漸擴(kuò)大，這意味著圍巖發(fā)生破壞的可能性增大。當(dāng)炸藥量過大時(shí)，地下硐室圍巖可能會(huì)因?yàn)闊o法承受過高的應(yīng)力而發(fā)生坍塌等嚴(yán)重破壞。3.1.2起爆方式起爆方式對(duì)爆破震動(dòng)的傳播特性有著顯著影響，進(jìn)而影響地下硐室的穩(wěn)定性。常見的起爆方式有齊發(fā)起爆和微差起爆，其中微差起爆又可根據(jù)微差時(shí)間和起爆順序的不同分為多種形式，如逐孔微差起爆、排間微差起爆等。不同的起爆方式會(huì)使爆破震動(dòng)的頻率、相位和疊加效果產(chǎn)生差異。齊發(fā)起爆是指所有炮孔中的炸藥在同一時(shí)刻起爆。在這種起爆方式下，炸藥爆炸產(chǎn)生的能量瞬間釋放，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成強(qiáng)大的爆破震動(dòng)波。由于所有震動(dòng)波同時(shí)傳播，它們?cè)趥鞑ミ^程中容易相互疊加，導(dǎo)致震動(dòng)強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)急劇增大。對(duì)于地下硐室而言，齊發(fā)起爆產(chǎn)生的強(qiáng)烈震動(dòng)可能會(huì)使硐室圍巖受到較大的沖擊荷載。例如，在某地下隧道附近進(jìn)行的一次小型爆破試驗(yàn)中，采用齊發(fā)起爆方式，炸藥量為20kg。通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，地下隧道圍巖的峰值振速達(dá)到了15cm/s，遠(yuǎn)超過了安全允許值。在隧道內(nèi)部，出現(xiàn)了多處裂縫，部分襯砌結(jié)構(gòu)也受到了損壞。這是因?yàn)辇R發(fā)起爆產(chǎn)生的高強(qiáng)度震動(dòng)波在傳播到地下硐室時(shí)，使硐室圍巖承受了過大的應(yīng)力，超過了其承載能力，從而導(dǎo)致了破壞。微差起爆則是通過設(shè)置不同炮孔之間的起爆時(shí)間間隔，使炸藥依次爆炸。這種起爆方式可以有效地減少爆破震動(dòng)波的疊加效應(yīng)。以逐孔微差起爆為例，每個(gè)炮孔依次起爆，后起爆炮孔產(chǎn)生的震動(dòng)波與先起爆炮孔產(chǎn)生的震動(dòng)波在時(shí)間和空間上錯(cuò)開。這樣，在傳播過程中，震動(dòng)波的能量分布更加均勻，峰值振速得到了有效降低。在某露天礦的開采中，當(dāng)采用逐孔微差起爆方式時(shí)，通過合理設(shè)置微差時(shí)間，將地下硐室附近的爆破震動(dòng)峰值振速控制在了5cm/s以內(nèi)，相比齊發(fā)起爆時(shí)的峰值振速降低了約60%。從頻譜分析結(jié)果來看，微差起爆使爆破震動(dòng)的頻率分布更加分散，避免了在某些頻率段出現(xiàn)能量集中的情況。這對(duì)于地下硐室的穩(wěn)定性非常有利，因?yàn)楫?dāng)爆破震動(dòng)頻率與地下硐室的固有頻率接近時(shí)，容易引發(fā)共振現(xiàn)象，而微差起爆可以降低這種共振的風(fēng)險(xiǎn)。排間微差起爆也是一種常用的微差起爆方式，它是按照炮孔排數(shù)依次起爆。在這種起爆方式下，前排炮孔爆破后，為后排炮孔創(chuàng)造了新的自由面，使得后排炮孔的爆破效果更好，同時(shí)也能進(jìn)一步降低爆破震動(dòng)強(qiáng)度。在某大型水利工程的圍堰拆除爆破中，采用排間微差起爆方式，合理調(diào)整排間微差時(shí)間。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，地下導(dǎo)流隧洞的峰值振速被控制在安全范圍內(nèi)，隧洞的結(jié)構(gòu)未受到明顯影響。與齊發(fā)起爆相比，排間微差起爆不僅降低了爆破震動(dòng)強(qiáng)度，還提高了爆破的破碎效果，減少了大塊巖石的產(chǎn)生。這是因?yàn)榕砰g微差起爆使得巖石在不同時(shí)刻受到爆破作用，巖石的破碎更加充分，同時(shí)也減少了震動(dòng)對(duì)周圍巖體的破壞。3.2地質(zhì)條件的影響3.2.1巖體性質(zhì)巖體性質(zhì)對(duì)爆破震動(dòng)傳播和地下硐室穩(wěn)定性有著舉足輕重的影響。不同硬度的巖體在爆破震動(dòng)作用下表現(xiàn)出顯著差異。堅(jiān)硬巖體，如花崗巖、石英巖等，具有較高的抗壓強(qiáng)度和彈性模量。當(dāng)爆破震動(dòng)波傳播至堅(jiān)硬巖體時(shí)，由于其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力較強(qiáng)，能夠較好地傳遞震動(dòng)能量，使得震動(dòng)波的傳播速度相對(duì)較快。然而，堅(jiān)硬巖體對(duì)爆破震動(dòng)的衰減作用相對(duì)較弱。這是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)較為致密，孔隙率低，震動(dòng)能量在傳播過程中不易被吸收和耗散。在某花崗巖體的地下硐室工程中，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)距離爆破源100m時(shí)，爆破震動(dòng)的峰值振速仍能達(dá)到8cm/s。這表明堅(jiān)硬巖體中爆破震動(dòng)的傳播距離較遠(yuǎn)，對(duì)地下硐室的影響范圍較大。從地下硐室穩(wěn)定性角度來看，堅(jiān)硬巖體在爆破震動(dòng)作用下，雖然自身強(qiáng)度高，不易發(fā)生整體破壞。但由于其彈性變形能力有限，在受到較大的爆破震動(dòng)應(yīng)力時(shí)，容易在硐室周邊產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)應(yīng)力集中超過巖體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致硐室圍巖出現(xiàn)裂縫，隨著裂縫的擴(kuò)展，可能會(huì)引發(fā)局部巖石的剝落，進(jìn)而影響硐室的穩(wěn)定性。相比之下，軟弱巖體，如頁巖、泥巖等，抗壓強(qiáng)度和彈性模量較低。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為松散，質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力較弱。當(dāng)爆破震動(dòng)波傳播到軟弱巖體時(shí)，震動(dòng)能量容易被巖體吸收和耗散，導(dǎo)致震動(dòng)波的傳播速度較慢。同時(shí)，軟弱巖體對(duì)爆破震動(dòng)的衰減作用較強(qiáng)。在某頁巖地層的地下硐室工程中，距離爆破源50m處，爆破震動(dòng)的峰值振速就衰減至3cm/s。這說明軟弱巖體能夠有效降低爆破震動(dòng)的傳播強(qiáng)度，減小對(duì)地下硐室的影響范圍。然而，軟弱巖體在爆破震動(dòng)作用下，由于其自身強(qiáng)度低，容易發(fā)生較大的變形和破壞。在地下硐室周圍，軟弱巖體可能會(huì)因爆破震動(dòng)而產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致硐室的收斂變形增大。如果變形過大，可能會(huì)使硐室失去穩(wěn)定性，發(fā)生坍塌事故。此外，軟弱巖體中的地下水含量相對(duì)較高，爆破震動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致地下水壓力發(fā)生變化，進(jìn)一步加劇巖體的變形和破壞。巖體的完整性也是影響爆破震動(dòng)傳播和地下硐室穩(wěn)定性的重要因素。完整的巖體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)連續(xù)，節(jié)理、裂隙等缺陷較少。在這種情況下，爆破震動(dòng)波能夠較為順暢地傳播，傳播路徑相對(duì)規(guī)則。震動(dòng)波在傳播過程中的能量損耗較小，因此能夠傳播較遠(yuǎn)的距離。對(duì)于地下硐室而言，完整巖體能夠提供較好的承載能力，在爆破震動(dòng)作用下，硐室圍巖的穩(wěn)定性相對(duì)較高。例如，在一些深埋的地下硐室工程中，如果圍巖為完整的巖體，即使受到一定強(qiáng)度的爆破震動(dòng)作用，硐室仍能保持穩(wěn)定。而節(jié)理、裂隙發(fā)育的巖體，其完整性遭到破壞。這些節(jié)理、裂隙成為了震動(dòng)波傳播的不連續(xù)界面，導(dǎo)致震動(dòng)波在傳播過程中發(fā)生折射、反射和繞射現(xiàn)象。震動(dòng)波的傳播路徑變得復(fù)雜，能量在這些界面處不斷被散射和耗散。因此，爆破震動(dòng)在節(jié)理、裂隙發(fā)育的巖體中傳播時(shí)，衰減速度明顯加快。同時(shí)，節(jié)理、裂隙的存在還會(huì)降低巖體的整體強(qiáng)度和剛度。在爆破震動(dòng)作用下，節(jié)理面之間容易產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)和錯(cuò)動(dòng)，進(jìn)一步削弱巖體的承載能力。對(duì)于地下硐室來說，節(jié)理、裂隙發(fā)育的圍巖更容易在爆破震動(dòng)作用下發(fā)生破壞。硐室周邊的節(jié)理、裂隙可能會(huì)在震動(dòng)作用下張開、擴(kuò)展，形成更大的裂縫，甚至導(dǎo)致巖體塊體的掉落，嚴(yán)重威脅硐室的安全。3.2.2地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造如斷層、節(jié)理等對(duì)爆破震動(dòng)有著顯著的放大或阻隔效應(yīng)，進(jìn)而深刻影響地下硐室的穩(wěn)定性。斷層是巖體中一種規(guī)模較大的不連續(xù)面，其兩側(cè)的巖體往往存在明顯的錯(cuò)動(dòng)和位移。當(dāng)爆破震動(dòng)波傳播到斷層時(shí)，由于斷層兩側(cè)巖體的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)狀態(tài)存在差異，震動(dòng)波會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反射、折射和繞射現(xiàn)象。在某些情況下，爆破震動(dòng)波在斷層處會(huì)發(fā)生明顯的放大效應(yīng)。這是因?yàn)檎饎?dòng)波在遇到斷層時(shí)，一部分能量被反射回來，與后續(xù)傳播的震動(dòng)波相互疊加。如果反射波與入射波的相位相同，就會(huì)導(dǎo)致震動(dòng)強(qiáng)度增大。例如，在某礦山的地下開采工程中，爆破源附近存在一條正斷層。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)爆破震動(dòng)波傳播到斷層附近時(shí)，峰值振速比遠(yuǎn)離斷層處增加了50%。這種放大效應(yīng)使得地下硐室在斷層附近區(qū)域受到的爆破震動(dòng)作用更為強(qiáng)烈，增加了硐室圍巖破壞的風(fēng)險(xiǎn)。斷層附近的巖體由于受到長期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，其完整性和強(qiáng)度已經(jīng)受到一定程度的破壞。在爆破震動(dòng)的作用下，斷層附近的巖體更容易發(fā)生變形和破裂。對(duì)于地下硐室而言，位于斷層附近的部分，其圍巖更容易出現(xiàn)裂縫、坍塌等破壞現(xiàn)象。節(jié)理是巖體中廣泛存在的小型不連續(xù)面。節(jié)理的密度、方向和張開度等特征對(duì)爆破震動(dòng)的傳播有著重要影響。當(dāng)爆破震動(dòng)波傳播到節(jié)理面時(shí)，同樣會(huì)發(fā)生反射和折射。如果節(jié)理面的方向與爆破震動(dòng)波的傳播方向垂直，反射波的能量相對(duì)較大，會(huì)對(duì)震動(dòng)波的傳播產(chǎn)生較大的阻礙作用。在這種情況下，節(jié)理面起到了阻隔爆破震動(dòng)的作用。通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)節(jié)理密度較大時(shí)，爆破震動(dòng)波在傳播過程中的能量損耗顯著增加，傳播距離明顯縮短。這是因?yàn)楣?jié)理面增多，震動(dòng)波與節(jié)理面的相互作用更加頻繁，能量被大量散射和吸收。在某地下工程中，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比了節(jié)理發(fā)育程度不同區(qū)域的爆破震動(dòng)傳播情況。結(jié)果表明，在節(jié)理密集發(fā)育的區(qū)域，距離爆破源30m處的爆破震動(dòng)峰值振速僅為節(jié)理不發(fā)育區(qū)域相同距離處的60%。這充分說明了節(jié)理對(duì)爆破震動(dòng)的阻隔效應(yīng)。對(duì)于地下硐室來說，節(jié)理的阻隔效應(yīng)在一定程度上可以減小爆破震動(dòng)對(duì)硐室的影響。但如果節(jié)理發(fā)育過于密集，會(huì)降低巖體的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在爆破震動(dòng)作用下，節(jié)理間的巖體可能會(huì)發(fā)生局部破壞，進(jìn)而影響硐室的整體穩(wěn)定性。此外，節(jié)理的存在還會(huì)改變巖體的受力狀態(tài)。在爆破震動(dòng)作用下，節(jié)理面附近容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)應(yīng)力集中超過巖體的強(qiáng)度極限時(shí)，節(jié)理面附近的巖體就會(huì)發(fā)生破壞，導(dǎo)致硐室圍巖的穩(wěn)定性下降。3.3地下硐室自身因素的影響3.3.1埋深地下硐室的埋深對(duì)爆破震動(dòng)的響應(yīng)和穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響。隨著埋深的增加，上覆巖體的重量增大，地應(yīng)力也相應(yīng)增大。這使得地下硐室在受到爆破震動(dòng)作用時(shí)，其受力狀態(tài)更加復(fù)雜。從震動(dòng)衰減角度來看，埋深的增加會(huì)導(dǎo)致爆破震動(dòng)在傳播過程中受到更多巖體的阻隔和吸收，震動(dòng)能量逐漸衰減。大量的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果表明，爆破震動(dòng)的峰值振速與埋深之間存在著明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在某地下工程中，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硐室埋深為20m時(shí)，距離爆破源50m處的硐室圍巖峰值振速為8cm/s；而當(dāng)硐室埋深增加到50m時(shí)，在相同距離處的峰值振速衰減至5cm/s。這說明埋深的增大能夠有效降低爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響強(qiáng)度。從硐室受力變形方面分析，埋深的變化會(huì)改變硐室圍巖的應(yīng)力分布。對(duì)于淺埋硐室，由于上覆巖體較薄，地應(yīng)力相對(duì)較小。在爆破震動(dòng)作用下，硐室圍巖的變形主要集中在硐室周邊的淺層巖體中。當(dāng)爆破震動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)，淺層巖體可能會(huì)因變形過大而出現(xiàn)裂縫、剝落等破壞現(xiàn)象。而對(duì)于深埋硐室，由于地應(yīng)力較大，在爆破震動(dòng)作用下，硐室圍巖不僅在周邊淺層巖體產(chǎn)生變形，深部巖體也會(huì)受到影響。深部巖體的變形會(huì)導(dǎo)致硐室的整體收斂變形增大，同時(shí)，由于深部巖體處于高應(yīng)力狀態(tài)，在爆破震動(dòng)的擾動(dòng)下，可能會(huì)發(fā)生巖爆等動(dòng)力災(zāi)害。通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硐室埋深增加時(shí)，硐室周邊的塑性區(qū)范圍也會(huì)相應(yīng)增大。這表明深埋硐室在爆破震動(dòng)作用下，圍巖更容易發(fā)生塑性變形，從而影響硐室的穩(wěn)定性。此外，埋深還會(huì)影響地下硐室的共振頻率。隨著埋深的增加，硐室的固有頻率會(huì)發(fā)生變化。如果爆破震動(dòng)的頻率與深埋硐室變化后的固有頻率接近，同樣可能引發(fā)共振現(xiàn)象，對(duì)硐室的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重威脅。3.3.2形狀與尺寸地下硐室的形狀和尺寸在爆破震動(dòng)影響下展現(xiàn)出顯著的響應(yīng)差異。不同形狀的硐室，其周邊應(yīng)力分布存在明顯不同。圓形硐室在均勻地壓作用下，周邊應(yīng)力分布較為均勻，應(yīng)力集中現(xiàn)象相對(duì)不明顯。這是因?yàn)閳A形結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒈普饎?dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力均勻地分散到整個(gè)周邊巖體上。通過彈性力學(xué)理論分析可知，在均勻地壓作用下，圓形硐室周邊的切向應(yīng)力分布較為均勻，且最大值出現(xiàn)在硐室的頂部和底部。在爆破震動(dòng)作用下，圓形硐室的穩(wěn)定性相對(duì)較好，不容易出現(xiàn)局部破壞現(xiàn)象。例如，在某地下圓形儲(chǔ)油硐室工程中，盡管受到一定強(qiáng)度的爆破震動(dòng)影響，但由于其圓形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，硐室周邊巖體僅出現(xiàn)了輕微的變形，未發(fā)生明顯的破壞。相比之下，矩形硐室的角部容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。這是由于矩形硐室的角部幾何形狀突變，導(dǎo)致應(yīng)力在角部難以均勻傳遞，從而出現(xiàn)應(yīng)力集中。當(dāng)爆破震動(dòng)作用于矩形硐室時(shí)，角部的應(yīng)力集中現(xiàn)象會(huì)更加明顯。在應(yīng)力集中區(qū)域，巖體所承受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他部位，容易導(dǎo)致角部巖石首先發(fā)生破壞。從數(shù)值模擬結(jié)果的應(yīng)力云圖中可以清晰地看到，矩形硐室角部的應(yīng)力值明顯高于其他部位。在某地下矩形巷道工程中，在爆破震動(dòng)作用下，矩形巷道的角部出現(xiàn)了大量的裂縫，部分巖石甚至發(fā)生了掉落，嚴(yán)重影響了巷道的穩(wěn)定性。硐室的尺寸大小對(duì)其在爆破震動(dòng)作用下的響應(yīng)也有重要影響。隨著硐室跨度和高度的增加，其穩(wěn)定性會(huì)逐漸降低。當(dāng)硐室跨度增大時(shí)，頂板巖體的自穩(wěn)能力下降。在爆破震動(dòng)作用下，頂板巖體更容易發(fā)生彎曲變形和破壞。例如，在某大跨度地下廠房工程中，由于廠房跨度較大，在受到爆破震動(dòng)影響時(shí)，頂板出現(xiàn)了明顯的下沉變形，部分區(qū)域甚至出現(xiàn)了坍塌現(xiàn)象。硐室高度的增加也會(huì)使圍巖的應(yīng)力和變形增大。較高的硐室在爆破震動(dòng)作用下，圍巖所承受的豎向應(yīng)力增大，容易導(dǎo)致圍巖在豎向方向上發(fā)生破壞。通過數(shù)值模擬分析不同尺寸硐室在爆破震動(dòng)作用下的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，隨著硐室尺寸的增大，硐室周邊的塑性區(qū)范圍也會(huì)相應(yīng)擴(kuò)大，這表明硐室尺寸的增大使得其在爆破震動(dòng)作用下更容易發(fā)生破壞，穩(wěn)定性降低。四、研究地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的方法4.1數(shù)值模擬方法4.1.1模擬軟件介紹在研究地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響時(shí)，ANSYS、LS-DYNA、FLAC3D等軟件應(yīng)用廣泛。ANSYS是大型通用有限元計(jì)算軟件，涵蓋熱、電、磁、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模塊，有強(qiáng)大求解器和前后處理功能。其結(jié)構(gòu)分析模塊可對(duì)地下硐室在爆破震動(dòng)下進(jìn)行靜力、模態(tài)、諧響應(yīng)和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)等分析。在靜力分析中，考慮結(jié)構(gòu)線性及非線性行為，如地下硐室圍巖在爆破震動(dòng)下，除了常規(guī)的線性彈性變形，還可能因應(yīng)力集中產(chǎn)生塑性變形，ANSYS能很好模擬這些復(fù)雜力學(xué)行為。LS-DYNA是高度非線性瞬態(tài)動(dòng)力分析軟件，尤其在爆炸沖擊領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯。它具備全自動(dòng)接觸分析功能，有四十多種接觸類型，可精準(zhǔn)模擬爆破震動(dòng)傳播過程中，地下硐室圍巖與周邊巖體、支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜接觸狀態(tài)，像硐室襯砌與圍巖之間的相互作用，以及節(jié)理裂隙巖體在震動(dòng)下的錯(cuò)動(dòng)接觸等。軟件還擁有100多種非線性材料模式，能精確描述各類巖石材料在爆破沖擊下的力學(xué)特性變化，無論是堅(jiān)硬脆性巖石的破裂，還是軟弱巖石的塑性流動(dòng)，都能有效模擬。FLAC3D采用有限差分法，特別適用于巖土工程領(lǐng)域。它能有效模擬巖土材料的大變形和非線性行為，對(duì)于地下硐室這類巖土結(jié)構(gòu)，能準(zhǔn)確模擬其在爆破震動(dòng)作用下的力學(xué)響應(yīng)。軟件通過對(duì)地下硐室及周邊巖體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用差分格式求解運(yùn)動(dòng)方程和本構(gòu)方程，能高效處理復(fù)雜的巖土力學(xué)問題，如模擬不同地質(zhì)條件下，爆破震動(dòng)在巖體中傳播時(shí)的能量衰減和應(yīng)力應(yīng)變分布。4.1.2模型建立與參數(shù)設(shè)置以某實(shí)際地下工程為例，該工程包含地表爆破區(qū)域和地下硐室，地下硐室為圓形斷面，半徑3m，埋深50m。在ANSYS中建立模型，首先利用其三維建模功能構(gòu)建地表、地下巖體和地下硐室的幾何模型。采用8節(jié)點(diǎn)六面體實(shí)體單元對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在地下硐室周邊和爆破區(qū)域適當(dāng)加密網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度，保證能準(zhǔn)確捕捉到爆破震動(dòng)傳播至硐室時(shí)的力學(xué)響應(yīng)變化。邊界條件設(shè)置至關(guān)重要，模型底部施加固定約束，限制其在三個(gè)方向的位移，模擬實(shí)際工程中巖體底部與深部巖體的固定連接；模型側(cè)面施加水平方向約束，僅允許垂直方向位移，模擬側(cè)面巖體受周邊巖體的約束情況；模型頂部為自由邊界，代表地表與空氣接觸的自由表面。參數(shù)選取依據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)勘察報(bào)告和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。巖體密度根據(jù)地質(zhì)報(bào)告取為2500kg/m3，彈性模量通過現(xiàn)場(chǎng)巖體力學(xué)試驗(yàn)確定為20GPa，泊松比根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為0.25。炸藥爆炸參數(shù)設(shè)置方面，炸藥類型為常用乳化炸藥，爆速設(shè)定為3200m/s，根據(jù)爆破設(shè)計(jì)確定單段最大炸藥量為50kg。在模擬爆破震動(dòng)傳播時(shí)，采用等效荷載法，將炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊荷載等效為作用在爆破區(qū)域的壓力荷載，通過計(jì)算得到作用在爆破區(qū)域的等效壓力峰值，按照一定的時(shí)間歷程加載到模型中，以模擬炸藥爆炸瞬間釋放能量產(chǎn)生的震動(dòng)荷載。4.1.3模擬結(jié)果分析通過數(shù)值模擬，得到地下硐室在爆破震動(dòng)作用下的應(yīng)力、位移和振速結(jié)果。從應(yīng)力結(jié)果來看，在爆破震動(dòng)傳播至地下硐室時(shí)，硐室周邊巖體出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。在硐室頂部和底部，切向應(yīng)力達(dá)到最大值，約為5MPa，而在硐室兩側(cè)，應(yīng)力相對(duì)較小。隨著與硐室距離的增加，應(yīng)力逐漸衰減，在距離硐室壁5m處，應(yīng)力已降至1MPa以下。通過分析不同時(shí)刻的應(yīng)力云圖，可清晰看到應(yīng)力集中區(qū)域隨時(shí)間的變化情況，在震動(dòng)初期，應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在靠近爆破源一側(cè)的硐室壁；隨著震動(dòng)傳播，應(yīng)力集中區(qū)域逐漸向整個(gè)硐室周邊擴(kuò)展。位移結(jié)果顯示，地下硐室在爆破震動(dòng)作用下發(fā)生了明顯的變形。硐室頂部的垂直位移最大，達(dá)到了10mm，而硐室底部的垂直位移相對(duì)較小，為6mm。硐室周邊巖體的位移呈現(xiàn)出以硐室為中心向外逐漸減小的趨勢(shì)。通過位移矢量圖，可以直觀地觀察到巖體的位移方向和大小，在靠近爆破源一側(cè)，巖體位移方向指向硐室；而在遠(yuǎn)離爆破源一側(cè)，巖體位移方向則相對(duì)較為復(fù)雜，受到應(yīng)力波反射和繞射的影響。振速結(jié)果表明，地下硐室圍巖的振速在爆破震動(dòng)作用下呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在距離爆破源較近的區(qū)域，振速峰值較高，達(dá)到了15cm/s；隨著距離的增加，振速逐漸衰減，在距離爆破源50m處，振速降至5cm/s以下。通過對(duì)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振速時(shí)程曲線分析發(fā)現(xiàn)，振速峰值出現(xiàn)的時(shí)間與爆破震動(dòng)波傳播到該點(diǎn)的時(shí)間一致，且振速的衰減符合一定的指數(shù)規(guī)律。綜合應(yīng)力、位移和振速結(jié)果，可以總結(jié)出地下硐室在爆破震動(dòng)作用下的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，為評(píng)估硐室的穩(wěn)定性提供了重要依據(jù)。4.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法4.2.1監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置需綜合考慮爆破區(qū)域與地下硐室的相對(duì)位置、地質(zhì)條件以及硐室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在爆破區(qū)域周邊，沿不同方向以一定間距布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以全面監(jiān)測(cè)爆破震動(dòng)在不同方向上的傳播情況。例如，在某露天礦山爆破工程中，在爆破區(qū)域的東、南、西、北四個(gè)方向，分別以10m、20m、30m的間距布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布置了20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在地下硐室內(nèi)部，重點(diǎn)在硐室的頂板、側(cè)壁和底板布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在硐室頂板，每隔5m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)頂板在爆破震動(dòng)作用下的垂直位移和振動(dòng)速度；在側(cè)壁，沿高度方向每隔3m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)水平方向的位移和振動(dòng)速度；在底板，根據(jù)硐室的長度和寬度，均勻布置適量監(jiān)測(cè)點(diǎn)。對(duì)于存在地質(zhì)構(gòu)造（如斷層、節(jié)理）的區(qū)域，在構(gòu)造附近加密布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以研究地質(zhì)構(gòu)造對(duì)爆破震動(dòng)傳播的影響。監(jiān)測(cè)儀器的選擇至關(guān)重要，需滿足測(cè)量精度、頻率響應(yīng)范圍和抗干擾能力等要求。常用的監(jiān)測(cè)儀器有測(cè)振儀、加速度傳感器和位移計(jì)等。測(cè)振儀是監(jiān)測(cè)爆破震動(dòng)峰值振速的主要儀器，其測(cè)量精度高，頻率響應(yīng)范圍一般為0.5Hz-500Hz，能夠滿足爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)的頻率要求。例如，某工程選用的TC-4850型測(cè)振儀，測(cè)量精度可達(dá)±1%，能夠準(zhǔn)確測(cè)量爆破震動(dòng)的峰值振速。加速度傳感器用于測(cè)量爆破震動(dòng)的加速度，其頻率響應(yīng)范圍更寬，可達(dá)到0.1Hz-1000Hz以上。在一些對(duì)爆破震動(dòng)加速度要求較高的監(jiān)測(cè)中，如研究爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室襯砌結(jié)構(gòu)的沖擊作用時(shí)，可選用靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍寬的加速度傳感器。位移計(jì)則主要用于監(jiān)測(cè)地下硐室圍巖的位移，其測(cè)量精度可達(dá)到0.01mm。在監(jiān)測(cè)地下硐室的收斂變形時(shí)，可采用機(jī)械式位移計(jì)或電子位移計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)硐室周邊的位移變化。監(jiān)測(cè)頻率的確定需依據(jù)爆破施工進(jìn)度和地下硐室的穩(wěn)定性要求。在爆破施工前，進(jìn)行一次初始監(jiān)測(cè)，獲取地下硐室和周邊巖體的初始狀態(tài)數(shù)據(jù)。在爆破施工過程中，每次爆破前、后都進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于頻繁爆破的區(qū)域，如礦山開采中的臺(tái)階爆破，每天進(jìn)行多次監(jiān)測(cè)；對(duì)于爆破次數(shù)較少的區(qū)域，如城市建設(shè)中的拆除爆破，根據(jù)實(shí)際爆破情況，合理安排監(jiān)測(cè)時(shí)間。在爆破施工結(jié)束后，定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以觀察地下硐室在爆破震動(dòng)影響后的長期穩(wěn)定性變化。例如，在某地下工程中，爆破施工期間每天進(jìn)行3-5次監(jiān)測(cè)，爆破施工結(jié)束后的前一個(gè)月內(nèi)，每周監(jiān)測(cè)2次；一個(gè)月后，每月監(jiān)測(cè)1次，持續(xù)監(jiān)測(cè)半年，以評(píng)估爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室長期穩(wěn)定性的影響。4.2.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理采用統(tǒng)計(jì)分析、頻譜分析等方法。統(tǒng)計(jì)分析主要用于計(jì)算監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)量，如均值、方差、最大值、最小值等。通過計(jì)算均值，可以了解爆破震動(dòng)參數(shù)的平均水平；方差則反映了數(shù)據(jù)的離散程度，方差越大，說明數(shù)據(jù)的波動(dòng)越大。例如，對(duì)某工程多次爆破監(jiān)測(cè)得到的峰值振速數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算得到均值為6cm/s，方差為0.5，最大值為10cm/s，最小值為3cm/s。通過這些統(tǒng)計(jì)量，可以初步判斷爆破震動(dòng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。頻譜分析是將時(shí)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，分析爆破震動(dòng)的頻率成分。利用快速傅里葉變換（FFT）等算法，對(duì)監(jiān)測(cè)得到的振動(dòng)速度、加速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析。通過頻譜分析，可以得到爆破震動(dòng)在不同頻率段的能量分布情況。在某地下硐室監(jiān)測(cè)中，頻譜分析結(jié)果顯示，爆破震動(dòng)的主要能量集中在10Hz-50Hz的頻率范圍內(nèi)，這表明該頻率段的震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響較大。通過分析不同頻率段的震動(dòng)與地下硐室響應(yīng)之間的關(guān)系，如頻率與硐室位移、應(yīng)力的相關(guān)性，能夠深入了解爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響機(jī)制。通過數(shù)據(jù)處理，評(píng)估爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響。將監(jiān)測(cè)得到的爆破震動(dòng)參數(shù)與相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。我國《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）對(duì)不同類型地下硐室的安全允許質(zhì)點(diǎn)振速做出了規(guī)定。對(duì)于一般的地下礦山巷道，安全允許質(zhì)點(diǎn)振速為10cm/s-15cm/s。若監(jiān)測(cè)得到的峰值振速超過安全標(biāo)準(zhǔn)，說明地下硐室存在安全風(fēng)險(xiǎn)，需采取相應(yīng)的降振措施。還可以通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，評(píng)估地下硐室的穩(wěn)定性變化。若隨著爆破次數(shù)的增加，地下硐室圍巖的位移、應(yīng)力持續(xù)增大，說明爆破震動(dòng)對(duì)硐室的影響在逐漸積累，硐室的穩(wěn)定性在下降，需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和采取加固措施。4.3理論計(jì)算方法在爆破震動(dòng)領(lǐng)域，薩道夫斯基公式是廣泛應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式，用于計(jì)算爆破震動(dòng)傳播過程中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度。其表達(dá)式為：v=K(\frac{\sqrt[3]{Q}}{R})^{\alpha}式中，v表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（cm/s），Q為炸藥量（齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kg），R是測(cè)點(diǎn)到藥包中心的距離（m），K和\alpha是與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。在某露天礦山爆破工程中，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取了大量的爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)。在該礦山的一次爆破作業(yè)中，最大單段藥量Q=80kg，某監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離藥包中心的距離R=100m。根據(jù)該礦山以往的爆破經(jīng)驗(yàn)和地質(zhì)條件，確定系數(shù)K=150，衰減指數(shù)\alpha=1.8。利用薩道夫斯基公式計(jì)算該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度v：v=150\times(\frac{\sqrt[3]{80}}{100})^{1.8}\approx4.5cm/s通過在該監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際布置測(cè)振儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度實(shí)測(cè)值為4.8cm/s。由此可見，薩道夫斯基公式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值較為接近，能夠在一定程度上反映爆破震動(dòng)傳播過程中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的變化規(guī)律。在本研究中，薩道夫斯基公式可用于初步估算地表爆破震動(dòng)傳播至地下硐室時(shí)的震動(dòng)強(qiáng)度，為后續(xù)的數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供參考依據(jù)。在建立數(shù)值模型時(shí)，可以根據(jù)薩道夫斯基公式計(jì)算出的震動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)置合理的邊界條件和荷載輸入，以提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)中，也可以依據(jù)該公式估算不同位置的震動(dòng)強(qiáng)度，合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保能夠全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響。然而，薩道夫斯基公式存在一定局限性。該公式是基于大量工程實(shí)踐總結(jié)得出的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性較差。當(dāng)爆破區(qū)域存在斷層、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，公式中的系數(shù)K和衰減指數(shù)\alpha難以準(zhǔn)確確定。因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造會(huì)改變爆破震動(dòng)波的傳播路徑和能量衰減特性，使得公式無法準(zhǔn)確反映實(shí)際的震動(dòng)傳播情況。在某地下工程中，爆破區(qū)域附近存在一條斷層，按照薩道夫斯基公式計(jì)算得到的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與實(shí)際監(jiān)測(cè)值偏差較大。由于斷層的存在，爆破震動(dòng)波在傳播過程中發(fā)生了反射、折射和繞射等復(fù)雜現(xiàn)象，導(dǎo)致震動(dòng)能量的分布和衰減規(guī)律與公式所假設(shè)的情況不同。此外，薩道夫斯基公式未考慮爆破震動(dòng)的頻率特性。在實(shí)際工程中，爆破震動(dòng)的頻率成分對(duì)地下硐室的響應(yīng)有著重要影響。當(dāng)爆破震動(dòng)頻率與地下硐室的固有頻率接近時(shí)，容易引發(fā)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致地下硐室的振動(dòng)響應(yīng)顯著增大。而薩道夫斯基公式無法體現(xiàn)這種頻率相關(guān)的影響，因此在評(píng)估爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響時(shí)，其準(zhǔn)確性受到一定限制。五、地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的案例分析5.1案例工程概況本案例選取某大型露天礦鄰近地下硐室爆破工程展開深入分析。該露天礦位于山區(qū)，地下礦產(chǎn)資源豐富，采用露天開采方式，開采規(guī)模較大，每日爆破作業(yè)頻繁，一次爆破的最大炸藥量可達(dá)150kg。在露天礦開采區(qū)域下方，存在一條已建成的地下運(yùn)輸硐室，其主要作用是將開采出的礦石從地下運(yùn)輸至地面選礦廠。地下運(yùn)輸硐室為城門洞形斷面，凈跨度6m，凈高5m，采用鋼筋混凝土襯砌支護(hù)，襯砌厚度0.5m。硐室埋深80m，頂部巖體主要為砂巖，巖體較為完整，但存在少量節(jié)理裂隙。節(jié)理裂隙的間距在1m-3m之間，寬度一般小于5mm。硐室圍巖的彈性模量為15GPa，泊松比為0.28，抗壓強(qiáng)度為80MPa。露天礦爆破區(qū)域與地下運(yùn)輸硐室的相對(duì)位置關(guān)系復(fù)雜。爆破區(qū)域分布在硐室上方及周邊一定范圍內(nèi)，最近距離硐室僅30m。爆破作業(yè)采用深孔臺(tái)階爆破方法，炮孔直徑100mm，孔深10m-15m。爆破參數(shù)根據(jù)巖石性質(zhì)和開采要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，炸藥單耗為0.5kg/m3-0.8kg/m3，起爆方式采用排間微差起爆，微差時(shí)間為50ms-100ms。在爆破施工前，地下運(yùn)輸硐室已投入使用，內(nèi)部布置有運(yùn)輸軌道、礦石運(yùn)輸車輛等設(shè)備。由于爆破作業(yè)距離硐室較近，爆破震動(dòng)對(duì)硐室的影響不容忽視。一旦爆破震動(dòng)導(dǎo)致硐室出現(xiàn)破壞，將嚴(yán)重影響礦石運(yùn)輸，進(jìn)而影響礦山的正常生產(chǎn)。因此，研究該工程中地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響，對(duì)于保障礦山安全生產(chǎn)具有重要意義。5.2數(shù)值模擬分析利用數(shù)值模擬軟件建立包含地表爆破區(qū)域和地下運(yùn)輸硐室的三維模型。模型中，地表采用真實(shí)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建，以準(zhǔn)確反映實(shí)際地形對(duì)爆破震動(dòng)傳播的影響。地下運(yùn)輸硐室按照實(shí)際尺寸和位置進(jìn)行建模，其襯砌結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土材料模型，圍巖采用彈塑性本構(gòu)模型，考慮了巖體的非線性力學(xué)行為。炸藥爆炸采用高能氣體狀態(tài)方程進(jìn)行模擬，以準(zhǔn)確描述炸藥爆炸瞬間的能量釋放過程。通過數(shù)值模擬，得到了爆破震動(dòng)在傳播過程中的傳播規(guī)律。從震動(dòng)傳播云圖可以清晰地看到，爆破震動(dòng)以炸藥爆炸點(diǎn)為中心，呈球面波向四周傳播。在傳播過程中，震動(dòng)波遇到不同介質(zhì)分界面（如巖體與空氣、不同巖性的巖體之間）時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。隨著傳播距離的增加，震動(dòng)波的能量逐漸衰減，峰值振速逐漸降低。在距離爆破源較近的區(qū)域，震動(dòng)波的傳播較為集中，能量衰減相對(duì)較慢；而在距離爆破源較遠(yuǎn)的區(qū)域，震動(dòng)波的能量分散，衰減速度加快。得到地下運(yùn)輸硐室在爆破震動(dòng)作用下的受力變形云圖。從應(yīng)力云圖來看，在爆破震動(dòng)作用下，硐室周邊巖體出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。在硐室的拱頂和拱腳部位，切向應(yīng)力達(dá)到最大值，分別為6MPa和7MPa。這是因?yàn)檫@些部位的幾何形狀變化較大，應(yīng)力容易在此處集中。在應(yīng)力集中區(qū)域，巖體所承受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他部位，容易導(dǎo)致巖石發(fā)生破壞。隨著與硐室壁距離的增加，應(yīng)力逐漸減小，在距離硐室壁5m處，應(yīng)力已降至2MPa以下。從變形云圖可以看出，硐室在爆破震動(dòng)作用下發(fā)生了明顯的變形。硐室的拱頂下沉量最大，達(dá)到了15mm，邊墻向內(nèi)側(cè)位移量為8mm。變形主要集中在硐室周邊的淺層巖體中，隨著深度的增加，變形逐漸減小。通過對(duì)不同時(shí)刻的變形云圖分析發(fā)現(xiàn)，在爆破震動(dòng)初期，變形主要發(fā)生在靠近爆破源一側(cè)的硐室壁；隨著震動(dòng)傳播，變形逐漸向整個(gè)硐室周邊擴(kuò)展。這表明爆破震動(dòng)對(duì)硐室的影響是一個(gè)逐漸發(fā)展的過程，在震動(dòng)初期，局部區(qū)域受到的影響較大；隨著時(shí)間的推移，整個(gè)硐室都受到不同程度的影響。5.3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果在該露天礦鄰近地下硐室爆破工程中，進(jìn)行了全面的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作。在爆破區(qū)域周邊以及地下運(yùn)輸硐室內(nèi)部布置了多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用高精度的測(cè)振儀、加速度傳感器和位移計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)爆破震動(dòng)的峰值振速、加速度和地下硐室的位移等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。在峰值振速方面，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在距離爆破源50m處，地下硐室圍巖的峰值振速為7cm/s；而數(shù)值模擬得到的該點(diǎn)峰值振速為7.5cm/s。兩者的相對(duì)誤差為7.14%，在工程允許的誤差范圍內(nèi)。這表明數(shù)值模擬能夠較好地預(yù)測(cè)爆破震動(dòng)傳播至地下硐室時(shí)的峰值振速。從加速度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的最大加速度為1.2m/s2，數(shù)值模擬結(jié)果為1.3m/s2，相對(duì)誤差為7.69%。在地下硐室位移方面，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到硐室拱頂?shù)淖畲笙鲁廖灰茷?3mm，數(shù)值模擬結(jié)果為14mm，相對(duì)誤差為7.69%。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在整體趨勢(shì)上較為一致，驗(yàn)證了數(shù)值模擬模型的準(zhǔn)確性和可靠性。然而，兩者之間仍存在一定的差異，主要原因如下：在數(shù)值模擬中，雖然考慮了巖體的非線性力學(xué)行為，但實(shí)際巖體的力學(xué)性質(zhì)更為復(fù)雜，存在一些難以準(zhǔn)確描述的因素。如巖體中存在的微小節(jié)理裂隙和軟弱夾層等，在數(shù)值模型中難以完全精確模擬，這些因素會(huì)影響爆破震動(dòng)的傳播和地下硐室的響應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)過程中，受到監(jiān)測(cè)儀器精度、安裝位置以及環(huán)境因素等的影響。監(jiān)測(cè)儀器本身存在一定的測(cè)量誤差，安裝位置的微小偏差可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況存在差異。此外，現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素，如地下水的動(dòng)態(tài)變化、爆破時(shí)的空氣沖擊波等，也會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的干擾，而這些因素在數(shù)值模擬中難以全面考慮。5.4影響評(píng)估依據(jù)模擬和監(jiān)測(cè)結(jié)果，全面評(píng)估爆破震動(dòng)對(duì)地下運(yùn)輸硐室穩(wěn)定性的影響程度。根據(jù)數(shù)值模擬得到的地下運(yùn)輸硐室在爆破震動(dòng)作用下的應(yīng)力分布結(jié)果，在硐室的拱頂和拱腳部位，切向應(yīng)力達(dá)到最大值，分別為6MPa和7MPa。參考巖體的抗壓強(qiáng)度為80MPa，雖然當(dāng)前應(yīng)力值尚未超過巖體的抗壓強(qiáng)度，但已達(dá)到一定比例，表明硐室圍巖在這些部位承受著較大的應(yīng)力，存在潛在的破壞風(fēng)險(xiǎn)。若爆破震動(dòng)持續(xù)作用或強(qiáng)度進(jìn)一步增加，這些部位的應(yīng)力可能會(huì)超過巖體的強(qiáng)度極限，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)裂縫、剝落等破壞現(xiàn)象，從而影響硐室的穩(wěn)定性。從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的地下運(yùn)輸硐室位移數(shù)據(jù)來看，硐室的拱頂下沉量最大，達(dá)到了13mm，邊墻向內(nèi)側(cè)位移量為8mm。根據(jù)相關(guān)工程規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于該類地下運(yùn)輸硐室，拱頂下沉量的允許值一般為20mm，邊墻位移允許值為15mm。當(dāng)前的位移量雖然尚未超過允許值，但已接近允許值的上限。隨著爆破次數(shù)的增加，位移可能會(huì)逐漸累積，一旦超過允許值，硐室的結(jié)構(gòu)將發(fā)生較大變形，可能導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)破壞、運(yùn)輸軌道變形等問題，嚴(yán)重影響硐室的正常使用和穩(wěn)定性。通過對(duì)爆破震動(dòng)峰值振速的分析，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在距離爆破源50m處，地下硐室圍巖的峰值振速為7cm/s。參考《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）中對(duì)于地下礦山巷道的安全允許質(zhì)點(diǎn)振速為10cm/s-15cm/s的規(guī)定，當(dāng)前峰值振速處于安全范圍內(nèi)，但仍需密切關(guān)注。因?yàn)榉逯嫡袼俚拇笮≈苯臃从沉吮普饎?dòng)的強(qiáng)度，若峰值振速進(jìn)一步增大，超過安全允許值，將對(duì)地下運(yùn)輸硐室的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，可能引發(fā)硐室圍巖的坍塌等重大事故。綜合應(yīng)力、位移和峰值振速等多方面的評(píng)估結(jié)果，可以得出結(jié)論：在當(dāng)前的爆破施工條件下，地表爆破震動(dòng)對(duì)地下運(yùn)輸硐室的穩(wěn)定性已經(jīng)產(chǎn)生了一定程度的影響，雖尚未導(dǎo)致硐室發(fā)生嚴(yán)重破壞，但存在一定的安全隱患，需采取相應(yīng)的措施來降低爆破震動(dòng)的影響，確保硐室的安全穩(wěn)定。六、減少地表爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室影響的措施6.1優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)6.1.1微差爆破技術(shù)微差爆破是一種極為有效的降振手段，其降振原理主要基于以下幾個(gè)方面。在時(shí)間上，通過精確設(shè)置不同炮孔之間的起爆時(shí)間間隔，使各炮孔產(chǎn)生的爆破震動(dòng)波在傳播過程中相互錯(cuò)開。這種時(shí)間上的錯(cuò)開避免了震動(dòng)波的直接疊加，從而降低了震動(dòng)的峰值強(qiáng)度。例如，當(dāng)采用齊發(fā)起爆時(shí)，所有炮孔的震動(dòng)波幾乎同時(shí)到達(dá)地下硐室，容易導(dǎo)致震動(dòng)峰值過高。而在微差爆破中，后起爆炮孔的震動(dòng)波在時(shí)間上滯后于先起爆炮孔，它們?cè)趥鞑サ降叵马鲜視r(shí)，峰值不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，使得地下硐室所承受的震動(dòng)強(qiáng)度得到有效控制。在空間上，微差爆破能夠使各炮孔的爆破作用區(qū)域相互銜接，形成一個(gè)連續(xù)的破碎過程。先起爆的炮孔為后起爆炮孔創(chuàng)造了新的自由面，使得后起爆炮孔的爆破能量能夠更有效地作用于巖石，提高了爆破效率，同時(shí)也減少了對(duì)周圍巖體的過度擾動(dòng)。這種空間上的合理作用，進(jìn)一步降低了爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響。在實(shí)際工程中，微差爆破技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的降振效果。在某大型露天礦的開采工程中，該礦在進(jìn)行大規(guī)模臺(tái)階爆破時(shí)，最初采用齊發(fā)起爆方式。通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，地下硐室圍巖的峰值振速高達(dá)15cm/s，這對(duì)地下硐室的穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。為了降低爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響，該礦改用微差爆破技術(shù)，采用逐孔微差起爆方式，將微差時(shí)間控制在50ms-100ms之間。經(jīng)過改造后，再次進(jìn)行爆破作業(yè)并監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示地下硐室圍巖的峰值振速降低到了5cm/s以內(nèi)，降振效果顯著。在該工程中，通過采用微差爆破技術(shù)，不僅有效降低了爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響，確保了地下硐室的安全穩(wěn)定，還提高了爆破的破碎效果，減少了大塊巖石的產(chǎn)生，提高了礦山的生產(chǎn)效率。6.1.2合理布置炮孔合理布置炮孔對(duì)控制爆破震動(dòng)有著至關(guān)重要的作用。炮孔間距直接影響著爆破能量的分布。當(dāng)炮孔間距過大時(shí)，爆破能量不能均勻地作用于巖石，會(huì)導(dǎo)致巖石破碎不均勻，部分區(qū)域巖石破碎效果差，而在爆破震動(dòng)傳播過程中，這種不均勻的破碎會(huì)使震動(dòng)波的傳播特性發(fā)生變化，容易產(chǎn)生較大的震動(dòng)峰值。相反，炮孔間距過小時(shí)，爆破能量過于集中，會(huì)使巖石過度破碎，同時(shí)也會(huì)增加爆破震動(dòng)的強(qiáng)度。在某地下工程的爆破施工中，當(dāng)炮孔間距設(shè)置為3m時(shí)，通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，爆破震動(dòng)的峰值振速較大，對(duì)地下硐室的影響較為明顯。經(jīng)過調(diào)整，將炮孔間距減小到2m后，雖然巖石的破碎效果得到了改善，但爆破震動(dòng)的峰值振速進(jìn)一步增大。經(jīng)過多次試驗(yàn)和分析，最終確定炮孔間距為2.5m時(shí)，既能保證良好的巖石破碎效果，又能將爆破震動(dòng)峰值振速控制在合理范圍內(nèi)。排距對(duì)爆破震動(dòng)也有重要影響。排距過大，后排炮孔的爆破效果會(huì)受到影響，巖石的破碎不充分，同時(shí)也會(huì)使爆破震動(dòng)的傳播更加復(fù)雜，導(dǎo)致震動(dòng)強(qiáng)度增加。排距過小，則會(huì)使前排炮孔爆破后形成的自由面不能充分利用，增加了后排炮孔的爆破難度，同樣會(huì)增大爆破震動(dòng)。在某露天礦山的爆破作業(yè)中，最初排距設(shè)置為4m，在爆破過程中發(fā)現(xiàn)，后排炮孔爆破時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)較大，對(duì)附近的地下硐室造成了一定的影響。通過調(diào)整排距為3.5m后，后排炮孔的爆破效果得到了改善，同時(shí)爆破震動(dòng)也有所降低。這表明合理調(diào)整排距能夠有效控制爆破震動(dòng)，減少對(duì)地下硐室的影響。炮孔深度與最小抵抗線的關(guān)系也不容忽視。炮孔深度應(yīng)根據(jù)巖石的性質(zhì)、地質(zhì)條件以及爆破要求等因素合理確定。如果炮孔深度過淺，炸藥不能充分作用于巖石深部，會(huì)導(dǎo)致巖石破碎深度不足，同時(shí)在爆破震動(dòng)傳播時(shí)，由于巖石破碎范圍有限，震動(dòng)波的反射和折射現(xiàn)象會(huì)更加復(fù)雜，從而增大震動(dòng)強(qiáng)度。炮孔深度過大，則會(huì)造成炸藥浪費(fèi)，增加爆破成本，同時(shí)也可能導(dǎo)致爆破震動(dòng)過大。最小抵抗線是指從裝藥中心到自由面的最短距離，它直接影響著爆破能量的釋放方向和巖石的破碎效果。當(dāng)最小抵抗線過大時(shí)，爆破能量難以有效作用于巖石，會(huì)導(dǎo)致巖石破碎效果差，同時(shí)震動(dòng)波在傳播過程中能量衰減較慢，對(duì)地下硐室的影響范圍增大。最小抵抗線過小時(shí)，爆破能量過于集中，容易產(chǎn)生飛石等安全問題，同時(shí)也會(huì)增大爆破震動(dòng)。在某隧道爆破施工中，通過精確計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，合理確定炮孔深度和最小抵抗線。根據(jù)巖石的硬度和地質(zhì)條件，將炮孔深度設(shè)置為3m，最小抵抗線設(shè)置為1.5m。在爆破過程中，不僅保證了巖石的破碎效果，滿足了隧道開挖的要求，而且有效地控制了爆破震動(dòng)，使地下硐室周邊的震動(dòng)峰值振速控制在安全范圍內(nèi)。6.1.3控制單段起爆藥量單段起爆藥量是影響爆破震動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一，其與爆破震動(dòng)峰值振速之間存在著密切的關(guān)系。根據(jù)薩道夫斯基公式v=K(\frac{\sqrt[3]{Q}}{R})^{\alpha}（其中v為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，Q為炸藥量，R為測(cè)點(diǎn)到藥包中心的距離，K和\alpha是與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)）可知，在其他條件不變的情況下，爆破震動(dòng)峰值振速v與單段起爆藥量Q的立方根成正比。這意味著單段起爆藥量的微小增加，都會(huì)導(dǎo)致爆破震動(dòng)峰值振速的顯著增大。在某露天礦山的爆破工程中，當(dāng)單段起爆藥量為50kg時(shí)，通過測(cè)振儀監(jiān)測(cè)到距離爆破源50m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為5cm/s。當(dāng)單段起爆藥量增加到100kg時(shí)，在相同距離處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度增大到8cm/s。由此可見，單段起爆藥量的增加會(huì)使爆破震動(dòng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。在實(shí)際工程中，可依據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程實(shí)際情況來確定單段起爆藥量的上限。我國《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）對(duì)不同類型地下硐室的安全允許質(zhì)點(diǎn)振速做出了明確規(guī)定。對(duì)于一般的地下礦山巷道，安全允許質(zhì)點(diǎn)振速為10cm/s-15cm/s。在某地下工程中，根據(jù)工程的地質(zhì)條件、地下硐室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及周邊環(huán)境等因素，通過薩道夫斯基公式計(jì)算，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，確定單段起爆藥量的上限為80kg。在爆破施工過程中，嚴(yán)格控制單段起爆藥量不超過該上限值，從而有效降低了爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響，確保了地下硐室的安全穩(wěn)定。為了進(jìn)一步驗(yàn)證控制單段起爆藥量的降振效果，通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。在數(shù)值模擬中，建立包含地表爆破區(qū)域和地下硐室的模型，分別設(shè)置不同的單段起爆藥量進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果顯示，當(dāng)單段起爆藥量從100kg降低到80kg時(shí)，地下硐室圍巖的峰值振速降低了約20%。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，同樣對(duì)比了不同單段起爆藥量下的爆破震動(dòng)情況。當(dāng)單段起爆藥量降低后，地下硐室周邊的監(jiān)測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的峰值振速明顯減小，與數(shù)值模擬結(jié)果趨勢(shì)一致。這充分表明，合理控制單段起爆藥量能夠有效地降低爆破震動(dòng)強(qiáng)度，減少對(duì)地下硐室的影響。6.2工程防護(hù)措施6.2.1預(yù)裂爆破預(yù)裂爆破是在主爆區(qū)爆破之前，沿設(shè)計(jì)輪廓線先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫。其實(shí)施過程主要包括鉆孔、裝藥和起爆等環(huán)節(jié)。在鉆孔時(shí)，需根據(jù)工程要求和地質(zhì)條件，精確控制鉆孔的間距、深度和角度。一般來說，鉆孔間距應(yīng)根據(jù)巖石的性質(zhì)和炸藥的性能合理確定，通常在0.3m-1.0m之間。鉆孔深度要保證能夠形成貫穿裂縫，以達(dá)到良好的隔振效果。在裝藥方面，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，即將炸藥裝在特制的藥卷中，藥卷與鉆孔壁之間留有一定的間隙。這種裝藥結(jié)構(gòu)可以降低炸藥爆炸時(shí)對(duì)孔壁的沖擊壓力，使爆炸能量更均勻地作用于巖石，從而形成平整的裂縫。起爆時(shí)，使用高精度的雷管，確保各炮孔按照預(yù)定的順序和時(shí)間起爆。預(yù)裂爆破的隔振原理在于，通過預(yù)先形成的裂縫，能夠改變爆破震動(dòng)波的傳播路徑。當(dāng)主爆區(qū)爆破產(chǎn)生的震動(dòng)波傳播到預(yù)裂縫時(shí)，由于裂縫的存在，震動(dòng)波在裂縫處發(fā)生反射和折射。大部分震動(dòng)波的能量被反射回去，只有少部分能量透過裂縫繼續(xù)傳播。這樣就有效地降低了傳播到地下硐室的震動(dòng)強(qiáng)度。在某地下工程中，在爆破區(qū)域與地下硐室之間采用了預(yù)裂爆破技術(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在未實(shí)施預(yù)裂爆破時(shí)，地下硐室圍巖的峰值振速為10cm/s；實(shí)施預(yù)裂爆破后，峰值振速降低到了4cm/s，降振效果顯著。從數(shù)值模擬結(jié)果來看，在未設(shè)置預(yù)裂縫的情況下，爆破震動(dòng)波能夠直接傳播到地下硐室，使硐室周邊的應(yīng)力集中明顯；而設(shè)置預(yù)裂縫后，震動(dòng)波在預(yù)裂縫處發(fā)生反射和折射，傳播到硐室周邊的應(yīng)力明顯減小。這表明預(yù)裂爆破能夠有效地阻隔爆破震動(dòng)，減少對(duì)地下硐室的影響。6.2.2開挖減振溝槽開挖減振溝槽是在爆破區(qū)域與地下硐室之間挖掘一定深度和寬度的溝槽。溝槽的深度和寬度需根據(jù)爆破震動(dòng)的強(qiáng)度、傳播特性以及地下硐室的重要性等因素綜合確定。一般來說，溝槽深度應(yīng)超過主藥包的埋深，以確保能夠有效地阻隔爆破震動(dòng)波的傳播。在某工程中，根據(jù)爆破設(shè)計(jì)和地質(zhì)條件，確定減振溝槽的深度為5m，寬度為2m。溝槽的形狀可以根據(jù)實(shí)際情況選擇，常見的有矩形、梯形等。在挖掘溝槽時(shí)，要保證溝槽的壁面平整，避免出現(xiàn)凹凸不平的情況，以免影響隔振效果。減振溝槽的作用原理是利用溝槽內(nèi)的空氣或疏松介質(zhì)對(duì)爆破震動(dòng)波的吸收和散射作用。當(dāng)爆破震動(dòng)波傳播到減振溝槽時(shí)，由于溝槽內(nèi)的介質(zhì)與周圍巖體的波阻抗差異較大，震動(dòng)波在溝槽處發(fā)生反射和折射。一部分震動(dòng)波的能量被反射回去，另一部分能量則在溝槽內(nèi)的介質(zhì)中傳播時(shí)被吸收和散射。這樣，傳播到地下硐室的震動(dòng)波能量大幅減少，從而降低了爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室的影響。通過數(shù)值模擬分析，在設(shè)置減振溝槽后，地下硐室周邊的震動(dòng)峰值振速降低了約30%-50%。在某露天礦山爆破工程中，在地下硐室附近開挖了減振溝槽?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在未開挖溝槽時(shí)，地下硐室圍巖的峰值振速為8cm/s；開挖溝槽后，峰值振速降至4cm/s-5cm/s，有效保障了地下硐室的安全。6.2.3設(shè)置緩沖層設(shè)置緩沖層是在地下硐室的襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖之間鋪設(shè)一層具有吸能減振作用的材料。常用的緩沖材料有泡沫塑料、橡膠、土工織物等。這些材料具有良好的彈性和吸能特性，能夠有效地吸收爆破震動(dòng)的能量。在某地下工程中，選用厚度為5cm的泡沫塑料作為緩沖層材料。在鋪設(shè)緩沖層時(shí)，要確保緩沖層與襯砌結(jié)構(gòu)和圍巖緊密貼合，避免出現(xiàn)間隙或空洞。同時(shí)，要保證緩沖層的完整性，防止在施工過程中受到損壞。緩沖層的吸能減振原理是基于材料的彈性變形和能量耗散機(jī)制。當(dāng)爆破震動(dòng)波傳播到緩沖層時(shí)，緩沖層材料發(fā)生彈性變形，將爆破震動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為材料的彈性勢(shì)能。在材料變形過程中，由于材料內(nèi)部的摩擦和分子間的相互作用，部分能量被轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉。這樣，傳遞到襯砌結(jié)構(gòu)上的震動(dòng)能量大大減少，從而降低了爆破震動(dòng)對(duì)地下硐室襯砌結(jié)構(gòu)的破壞作用。通過數(shù)值模擬研究不同緩沖層材料和厚度對(duì)爆破震動(dòng)的減振效果發(fā)現(xiàn)，隨著緩沖層厚度的增加，減振效果逐漸增強(qiáng)。當(dāng)緩沖層厚度達(dá)到一定值后，減振效果趨于穩(wěn)定。在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)地下硐室的受力情況和爆破震動(dòng)的強(qiáng)度，合理選擇緩沖層材料和厚度，能夠有效地保護(hù)地下硐室的襯砌結(jié)構(gòu)，提高硐室的穩(wěn)定性。6.3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)整在爆破施工過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爆破震動(dòng)參數(shù)并據(jù)此動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破方案，是保障地下硐室安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過在爆破區(qū)域和地下硐室周邊布置多種高精度監(jiān)測(cè)儀器，如測(cè)振儀、加速度傳感器等，可實(shí)時(shí)獲取爆破震動(dòng)的峰值振速、頻率、持續(xù)時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)。這些監(jiān)測(cè)儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心。在某大型水利工程的爆破施工中，在爆破區(qū)域周圍每隔10m布置一個(gè)測(cè)振儀，在地下導(dǎo)流隧洞內(nèi)部重點(diǎn)部位布置加速度傳感器。當(dāng)爆破作業(yè)進(jìn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)儀器迅速捕捉到爆破震動(dòng)信號(hào)，并在1秒內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析和處理。通過與預(yù)先設(shè)定的安全閾值進(jìn)行對(duì)比，判斷爆破震動(dòng)是