随着我国交通基础建设的大规模展开,相应的隧道建设工程也会越来越多。由于地质条件等因素的影响,目前国内隧道掘进仍然以钻爆施工为主。爆破产生的危害效应严重影响了隧道的施工安全以及施工效率,爆破危害效应主要指的是爆破振动。由于隧道空间狭小,而且隧道多是处于地下,有些隧道埋深达数百米,现场爆破施工中一旦由于爆破施工引起地质灾害后果不堪设想。同时,爆破施工中隧道支护结构以及围岩离爆源非常近,爆破施工不当,产生的爆破振动可能会破坏隧道支护结构,同时也有可能造成周围的围岩塌方。这样即威胁到了隧道施工人员的安全,同时也会造成施工效率的降低,如果隧道地质条件差,爆破施工时往往还会带来更多问题。因此,对隧道内爆破振动效应进行深入研究无疑是必要且紧迫的。在爆破振动的安全判据方面,学者们做了大量的研究论证工作,从最初的振速单因素判据经由振速-频率双因素判据,逐渐发展为多因素安全判据。但是在实际应用中,大部分工程仍然以《爆破安全规程》(GB6722)为基础,辅以单一指标因素进行爆破施工的振动控制。另外,尽管学者们提出了很多种目标参数作为衡量爆破振动的依据,然而大多数参数指标依旧以爆破地震波特征为衡量手段,很少考虑结构本身对爆破地震波的响应,更无法将两者结合。尤其是对隧道工程而言,其本身在爆破施工过程中所产生的爆破振动分布相较其他工程就很复杂,此时隧道围岩以及支护结构所产生的振动响应更加不应被忽略,如果依然单纯的从爆破地震波特征或结构本身特征的角度出发,得到的安全判据显然不能精确全面的反应工程结构在爆破地震波作用下的实际危害情况,因此还需要从爆破振动能量的输入以及工程结构对能量的转化、耗散的角度进行安全判据的研究。本文以兴延高速公路隧道浇花峪段爆破工程实测数据为背景,利用非线性回归对试验数据进行处理,运用信号处理方法,从隧道爆破振动衰减规律、爆破振动作用下结构能量响应、隧道爆破安全判据及安全措施等几个方面对隧道内爆破振动效应展开深入的探索和分析,最终的研究成果希望能对隧道安全判据及其爆破振动主动控制提供有意义的参考,其主要成果如下:(1)不同作用炮孔起爆后引起的振速衰减规律有明显的差异,但分别对不同作用炮孔的振动幅值做萨道夫斯基公式回归分析,可以得到较好的相关性,利用其优化爆破设计方案,可较好地指导施工作业。掏槽爆破振动最强,因此降振的技术重点在于降低掏槽爆破振动,为此爆破设计时,可以适当降低掏槽爆破的单响药量,或分段错开掏槽爆破振动峰值,而不是简单地限制循环进尺。由实测振动数据的回归分析可以知道,掏槽眼爆破时的K值要远大于辅助眼和周边眼,因此,辅助眼和周边眼的药量完全可以大于掏槽眼。(2)当药量较大时,频谱曲线波峰较少,且频率带宽窄,且主要集中在低频区;当药量减小之后,频谱曲线波峰增多,并且出现多个波峰,频率带宽也在增加,高频区成分较多。当爆心距较小时,频谱曲线波峰较多,且频带较宽,且主要集中在高频区;当爆心距增加之后,频谱曲线波峰减少,频率带宽变窄,主要集中在低频区域;由于低频带接近隧道结构的自振频率,虽然爆心距增加振速随之衰减,但是,振动信号的优势频带也在接近自振频率,因此,爆心距增加也并不意味着结构更安全。(3)拱腰处频谱曲线主要集中在低频,自拱腰到边墙,拱腰到拱顶优势频带逐渐向高频靠拢,而且频带变宽。由于低频带接近隧道结构的自振频率,因此,在同一位置处,从主振频率的角度看,拱腰是隧道各位置处结构出现破坏风险最大的地方;同时随着爆心距增加,同一隧道断面处的拱顶、拱腰及边墙处的振速差别不大,因此在振速相差不大的情况下,拱腰处的主频最低,因此其出现破坏的风险最大。大部分隧道爆破振动信号超过九成的能量分布于200Hz以内的频带,说明在隧道爆破过程中,毫秒延期雷管的爆破振动信号虽然在频域内分布很广,但是能量大多集中在200Hz以内。(4)输入能量谱的峰值随着加速度峰值的增加而增加,并且呈平方关系,爆破地震波的主频增大,其输入能量谱的峰值将会以很小的幅度上升,单从这一点上来看,主频对输入能量峰值影响并不是很大,振动持续时间的增加,输入能谱的峰值也在增大,主要是外部振动一直在为结构输入能量,随着时间的推移,只要振动不停止,输入能量都会增加,这种增加的趋势以振动停止而结束。爆破振动输入能谱可以反映振动持续时间这一振动要素,输入能谱能很好的综合振动三要素对于结构的响应规律,这对于安全判据的完善无疑是一个重要的参考依据。(5)爆破振动作用下,当工程结构进入弹塑性阶段之后,能量的耗散方式开始改变,主要以阻尼耗能和滞回耗能为主,由于阻尼比在计算的过程中通常都是以定值的形式出现,而塑性变形所消耗的能量是不参与能量的转化最终耗散完全,因此在对工程结构累积损伤进行安全评价,以滞回耗能来衡量结构的累积损伤有着现实的指导意义。(6)以最大瞬时输入能量衡量首次超越破坏,以滞回耗能衡量累积损伤破坏,将二者相结合使用的安全判据具有科学性与全面性,该判断标准可以对现有的安全判据进行补充和完善。不同的距离会对叠加的振动波形造成很大的影响,因此,选择掏槽孔微差时间必须要考虑爆心距这个因素。