电子雷管起爆的降振原理及工程应用.pdf

铁道建筑
2015年第1期
Railway Engineering
43
文章编号:1003-1995(2015)01-0043-05
电子雷管起爆的降振原理及工程应用
?里,刘世波
(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081)
摘要:对高精度电子雷管减震的主要原理及效果进行研究。首先,利用波动理论分析了波形叠加达到干
扰降振的条件。其次,从爆破地震波之间相互叠加干扰降振的原理出发,研究了毫秒延时爆破波形叠加
千扰降振时延时间隔时差的计算方法。最后,将错相减震爆破设计应用到深圳地铁11号线基坑和隧道
爆破工程中,取得了理想的减震效果。
关键词:徽振动控制爆破地铁基坑电子雷管千扰降振
中图分类号:U455.41文献标识码:AD01:10.3969/j1iss.1003-1995.2015.01.10
数码电子雷管是一种可以任意调节以实现精确延1电子雷管降振原理
期发火时间的新型电子雷管,延期精度可以达到1ms,
同时具有很高的安全性,是近年来起爆器材领域里新1.1波的传播
进展之一,被称为爆破技术的一场革命。目前国内已
当两个或多个扰动同时传到某一点时,该点的总
研制出具有自主知识产权的高安全、高精度、宽延期状态参量等于这两个扰动或多个扰动在这点的参量代
范围、在线可编程的电子雷管,并已成功应用于多项数和,即所谓的波的叠加性。两波相遇时,质点振动速
交通、市镇、矿山等重点工程。其可显著地降低振动、度、振幅和应力发生叠加,但波的频率和波速不发生叠
改善爆破块度、提高炸药利用率和爆堆松散度的优点加,每个波仍继续按照原来的传播方向、速度传播。
已逐渐得到体现。
设波幅柑等、频率相近并满足连绫频散关系的两
电子雷管可以有效降低爆破振动的特性已得到广个谐波 un COS(o1t-k,x)和acos(o2t-k2x)沿相同方
泛的认可。国内外众多应用实践表明,使用电子雷管向传播,刘两者叠加的结果可以写成
可以降低振动30%-60%,但其减振的机理还处于探
L=2 Uo COS{っムoー△h?x)cos(ot-kx)(1)
讨阶段。郭学彬、甄育才等?通过试验和理论分析
论证了微差爆破干扰减震存在的条件。邢光武、魏小式中:△o=02-01,△ん=ん2ー-ん,の=(の1+の2)/2
林等3综合之前的研究成果,采用电算和提取子波(k1+k2)
的方法研究了精确延时千扰减震技术,为干扰减震技
由于频散关系是连续的,当o1接近于o2时,
术提供了新思路。田振农等]通过试验和理论分析,接近k2,则△k及△の均趋向于0。
认为错相减震的机理在于通过精确的起爆延时间隔设
可以看出式(1)的第1个因子是合成波形的包络
计使爆炸波到达被保护点时相位错开约1/2周期。线,通常称为波包或调制波,第2个因子为高频载波
陈继强、张光雄等°?通过对爆破地震波形的变化特这两个因子的传播速度通常是不同的,由这两个谐波
征和微差爆破地震波的段间叠加特性的分析,提出确组成的波群所携带的能量的传播速度,即振幅的传播
定微差爆破合理间隔时间应考虑距离因素的观点。郭速度或波包的传播速度,称为群速度。由式(1)的第
学彬等8认为使相邻段别的爆破地震波的主震相在
个因子可知群速度c。为
时间上错开,就可以获得较明显的降震效果。
△o/△k
本文利用波动理论分析波形叠加达到干扰降振的
当o1趋于o2时
条件,并在深圳地铁11号线进行了实际应用,取得很
c。=do/dh
好的减振效果。
在频散情况下,与相速度c=o/k一般不相同
所以波包内载波的相位在不断地变化。
收稿日期:2014-11-15;修回日期:2014-12-2
1.2系列谐波加
作者简介:薛里(1979-),男,山西襄垣人,副研究员,博士。
实际工程中出现的暂态波是具有连续频谱的一系
铁道建筑
January, 2015
列简谐波的叠加,考虑以频率。为中心的频带(o-当两个振动波锴峰叠加时,还是可以借和参照正弦
△o,o0+△o)内具有频谱密度U(o)和频散关系k(o)波在介质中传播的情况进行分析。设在弹性系统中传
的所有谐波的叠加,叠加的表达式为
播的两列简诸波具有相同的振幅、频率和传播方向,只
R
U(wexpli(At-(0)x)d(4
是相位不同。设两列波的振幅为U,频率为の,相位分
别为a和B,则它们的运动方程可写为
假设在频带宽度2△ω内,U(o)近似为常数U。,
yr=Ucos(ot+a)
(12)
在式(4)的积分区间内将波数k(o)在の。附近作泰勒
y2 =Ucos(at +3
(13)
展开,路去二阶以上极小值,可得
则线弹性系统上任一质点在t时刻振动的位移为
k(a)=ho
y= y1 +y2
式中:k。=k(n),/d
2U[cos(at +&)+cos(at+ B)
d
。将上式代入式
2Uco(6?
sin wt
(4)并完成积分运算后得到
Cos( Wnt
P
对式(14)进行分析:
式中
1≤y1≤1,-1≤y2≤1,t为任意值,即t∈
S
(6)(0,),所以有-1(14)满足叠加相消的条件,两列波叠加后振幅不增
(7)大,即小于等于两者中幅值较大的一个。而若要-1≤
y≤1,则需
根据以上条件,如
式中:U。=U(an),p为U。的幅角。对于给定时刻1果a-B满足
和t+△t,在合成波动中能量集中于一个主要波包,波
1+36)T<
(2+3ん)
(15)
包的包络线形状由式(5)中的因子F(tーx/c)控制,
并以群速度c向前传播。因此每个波群的包络线在则两列波是叠加相消的,此时的相位差也可认为是两
传播过程中是不变形的,如果在频带(の。-△o,の0+
列波开始传播的时间间隔。所以,对于主振周期为T
△a)上考虑频谱密度U(o)的变化,或在波数展开式的两列爆破振动波,当间隔时间△t满足
中计人高阶小量,则波包也可以散开,因此稳态波群只
(3ん+1)T
(3k+2)T
(16)
能在特定频带内形成。
在能产生叠加的情况下,两列振动波就能达到不同程
群速度与相速度的关系可由式(3)?出,注意到
度的叠加相消
=んc,并将波数k或角频率ω分别视作独立自变量,
在能产生叠加的情况下,两列振动波就能达到不
同程度的叠加相消。对于爆破振动,主振主要发生在
dん
(9)前面1~2幅波,后面的波振幅很小,因此主要是促使
或
前面的几幅波发生叠加,式(16)可改写为
(10)
くAtく
(17)
如果相速度与波数或频数无关,即无频散,则群速度与2工程应用
相速度相等。若取波长A为自变量,注意到ん
2m/A,可得
2.1工程概况
深圳市城市轨道交通11号线工程福永站一高架
(11)
区间分界段位于深圳市宝安区福永站至桥头站之间宝
通常,将de/dA>0情形称为正常频散。就正常频散而安大道下。福永站为地下2层车站,基坑深17m,开
言,