埋地管道爆破振动安全允许判据试验探究.pdf
第3 3 卷第2 期 爆破 V o l - 3 3N o 2 2 0 1 6 年6 月B L A S T I N G J u n .2 0 1 6 d o i 1 0 .3 9 6 3 /j .i s s n .1 0 0 1 - 4 8 7 X .2 0 1 6 .0 2 .0 0 3 埋地管道爆破振动安全允许判据试验探究 张紫剑1 ,赵昌龙1 , 2 ,张黎明2 ,赵明生1 ’3 1 .贵州新联爆破T 程集团有限公司,贵阳5 5 0 0 0 2 ;2 .贵州大学矿业学院,贵阳5 5 0 0 2 5 ; 3 .中国矿业大学 北京 ,北京1 0 0 0 8 3 l 摘要为了探究埋地管道的爆破振动安全允许判据而进行现场监测试验,试验利用T C - 4 8 5 0 N 测振仪和 D H 3 8 2 0 应变测试系统对埋地管道的爆破振动和管道应变分别进行监测。首先通过不同主振频率下的管道 最大轴向应变分析发现最大应变主要集中在3 5H z 以下,然后将主振频率小于3 5H z 和大于3 5H z 的峰值振 速统计量分别拟合分析。结果表明不同频率段的相关参数和萨氏公式有所不同,因此应在一定频率范围内 分别确定爆破振动安全允许峰值振速。实际施工过程中应结合具体情况确定爆破施工方案,而不能仅根据 模糊的法律规范条款简单决定爆破施工方案。 关键词爆破振动;埋地管道;主振频率;拟合分析;安全判据 中图分类号T D 2 3 5 .1文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 6 0 2 0 0 1 2 0 5 E x p e r i m e n t a lI n v e s t i g a t i o no fB l a s t i n gV i b r a t i o n S a f e t yC r i t e r i o no nB u r i e dP i p e l i n e Z H A N G Z i - j i a n l ,Z H A OC h a n g l o n 9 1 一,Z H A N GL i .m i n 9 2 ,Z H A OM i n g s h e n 9 1 3 1 .G u i z h o uX i n l i a nB l a s t i n gE n g i n e e r i n gG r o u pC oL t d ,G u i y a n g5 5 0 0 0 2 ,C h i n a ; 2 .S c h o o lo fM i n i n g ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g5 5 0 0 2 5 ,C h i n a ; 3 .C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y ,B e i j i n g10 0 0 8 3 ,C h i n a A b s t r a c t T h es i t em o n i t o r i n gw a st a k e nt oe x p l o r et h eb l a s t i n gv i b r a t i o ns a f e t yc r i t e r i o no ft h eb u r i e dp i p e l i n e , a n dt h eb l a s t i n gv i b r a t i o na n ds t r a i n o ft h ep i p e l i n eb u r i e dw a st e s t e dr e s p e c t i v e l yb yT C 一4 8 5 0 Nv i b r o m e t e ra n d D H 3 8 2 0s t r a i nt e s t i n gs y s t e m .F i r s t l y .t h em a x i m u ma x i a ls t r a i n sw e r ef o u n dt ob en om o r et h a n3 5H zb ya n g l i c i z i n g d i f f e r e n tm a i nv i b r a t i o nf r e q u e n c i e s .T h ep e a kv e l o c i t ys t a t i s t i c sw i t hd i f f e r e n tv i b r a t i o nf r e q u e n c i e s ,l e s st h a n3 5H z a n dm o r et h a n3 5H z ,w e r et a k e nt of i ta n da n a l y z er e s p e c t i v e l y .T h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e l a t e dp a r a m e t e r sa n d S a d a o v s kf o r m u l aw e r ed i f f e r e n ti nt h ed i f f e r e n tf r e q u e n c yb a n d s .T h e r e f o r e ,t h eb l a s t i n gv i b r a t i o ns a f e t yp e a kv e l o c i t y s h o u l d b ed e t e r m i n e ds e p a r a t e l yw i t h i nac e r t a i nf r e q u e n c yr a n g e .T h eb l a s t i n gc o n s t r u c t i o np r o g r a ms h o u l db ed e t e r - m i n e da c c o r d i n gt os p e c i f i ca c t u a ls i t u a t i o n ,b u tn o tb a s e do nv a g u el e g a ln o i l n sp r o v i s i o n so n l y . K e yw o r d s b l a s t i n gv i b r a t i o n ;p e a kp a r t i c l ev e l o c i t y ;b u r i e dp i p e l i n e ;f i t t i n ga n a l y s i s ;s a f e t yc r i t e r i o n 收稿日期2 0 1 6 0 5 1 9 作者简介张紫剑 1 9 7 3 一 ,男,山东l | 缶沂人,丁程师、工学学士,主 要从事工程爆破及民爆器材生产领域的安全管理工作, E m a i l s d y g z h a n g z j 1 6 3 .t o m 。 通讯作者赵昌龙 1 9 9 0 一 ,男,湖北恩施人,助理工程师、硕士研究 生,主要从事1 程爆破及安全技术研究, E .m a i l h b l o n g y u l 6 3 1 6 3 .c o g 。 基金项目黔科合重大专项字[ 2 0 1 5 ] 6 0 0 3 ;黔科合高G 字[ 2 0 1 5 ] 4 0 0 4 ;贵州省厂业和信息化发展专项基金计划 2 0 1 5 0 3 0 ;贵州省优秀青年科技人才培养项目黔科合 人字[ 2 0 1 3 3 0 ] 爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 1 4 中规定了土 坯房、民用建筑、商业建筑、隧洞、巷道等的爆破振动 安全允许标准,却缺少埋地管道的安全允许标准,地 下管网是城市的生命线,涉及输油、输气、输水、通讯 等方方面面,一旦受损会造成重大安全事故,如果爆 破施工区域与在役埋地管道毗邻,而爆破安全规 程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 1 4 和中华人民共和国石油天然 万方数据 第3 3 卷第2 期 张紫剑,赵昌龙,张黎明,等埋地管道爆破振动安全允许判据试验探究 1 3 气管道保护法并没有明确规定管道的安全允许振 速’2o 。在实际施工过程在役管道附近常常需要进 行爆破作业,因此,埋地管道的爆破振动峰值振速安 全范围仍有待研究。 学者们对管道最大安全峰值振速的研究方向各 不相同,蒲传金等人认为桩井爆破对邻近埋地管道 影响的主要因素是爆心距和桩井深度,只要采取有 效技术措施即可在管道5 0m 范围内实施桩井爆 破∞J 。戴联双等人对爆破施工区域周围管道进行 风险分析H 1 ,认为管道安全允许振动速度为7 ~ 1 5c m /s 。彭星煜、K o u r e t z i sG P 等人通过计算机模 拟分析爆破地震波对地下输气管道的影响,后者得 出了爆破地震波对管道的应力应变分布“ ’6J 。E s p a r z aE 等人通过试验检测管道应力应变从而得到 地下管道的动力响应【7J 。范芝宇等人利用测振仪 进行现场监测,从而优化复杂环境爆破施工方 案旧J 。王振洪等人建议采用一定频率下的爆破振 动最大峰值振速为天然气管道的安全判据pJ 。国 内外学者提出的管道受爆破振动影响的最大安全振 速从2 .5c m /s 至1 5c m /s 不等H 一’mJ ,由于将管道 进行开挖监测极可能造成“第三方破坏”,且监测难 度较大,因此采用一种较安全、可行的试验方法对埋 地管道的爆破振动安全允许范围进行探究。 1 试验概况 试验在大龙经济开发区高铁城棚户区山地场平 工程进行。爆破区域岩石以灰岩为主,普氏系数.厂 8 .0 ~1 0 且节理、岩溶较发育。试验过程中钻孑L 直 径为9 0m m ,主要采用5 段、7 段、1 5 段毫秒导爆管 雷管,西7 0m m 岩石乳化炸药,相关孑L 网参数如表1 所示。由于直接对在役管道开挖监测存在很大风 险,因此管道是试验前直埋敷设于爆区一侧地下,深 度1 .2m 。 2 试验方法 试验将爆破振动监测与埋地钢管应变监测相结 合,探究埋地管道的爆破振动安全允许范围。试验 步骤如图1 所示,选取4 根3m 长的D N l 0 0 热镀锌 钢管即管道①~管道④,先在管道表面平行于管道 轴向安装应变片,再直埋敷设于地面以下1 .2m 深 处,管道中部上方地表安装测振仪①~④,起爆后 T C - 4 8 5 0 N 测振仪和D H 3 8 2 0 应变测试系统分别记 录振动信号和应变信号。 表1 孔网参数 T a b l e1H o l es p a c ep a r a m e t e r s 参数名称参数选择 钻孔直径d 9 0m m 梯段高度月初定H 6 .0m 底板抵抗线形。。 3 .0m 炮孔底部超钻值h 。0 .5m ,炮孔实际钻孑L 长度L 6 .5f f l 堵塞长度h 。约2 .1m 炮孑L 间距n 3m 炮孔排距6梅花布孔2 .5 3 .0m 炸药单位耗药量q取经验值0 .4 0k ∥m 3 单孔装药量Q 约1 9 .5k g 最大段装药量 172.61.k59,案鬈器1K2。2000t m ’ 2 1 .] .爆o L 、亚巳愀l 二UJ 图1 试验步骤 F i g .1E x p e r i m e n tp r o c e d u r e 图2 试验现场照片 F i g .2 T e s ts c e n ep h o t o s 3 试验结果分析 试验共进行1 6 次,共得到1 6 组振动信号,其中 试验第4 、5 、6 次中仪器④未监测到有效振动信号。 万方数据 1 4爆破2 0 1 6 年6 月 1 6 组应变信号,其中通道2 和通道3 的个别应变信 号未监测成功。管道正上方地表的振动监测结果表 明,戈、y 、z 三向振动信号中最大峰值振速多为垂直地 表方向 即z 方向 的振速,相关文献及规范也常使 用z 方向最大峰值振速作为安全判据0 | 。文献 [ 11 ] 对管道轴向、环向应变监测发现管道受爆破 振动产生的轴向应变与环向应变较接近,轴向应变 略高于环向应变。综上所述,试验结果主要分析对 象是z 方向最大峰值振速K 及其主振频率Z 、管道 最大轴向应变。 3 .1 主振频率对管道应变的影响 管道轴向最大拉应变、最大压应变与相应的主 振频率列于表2 ,并按照主振频率由小到大依次排 序,应变是长度相对变化量,无量纲,仪器记录的应 变为微应变,即实际应变的1 0 6 ,轴向拉应变、轴向 压应变分别表示为s 一。见图3 。 表2 主振频率与管道轴向应变 T a b l e2M a i nv i b r a U o nf r e q u e n c ya n dp i p e l i n ea x i a ls t r a i n 编号 F /H z s 。占,编号上/H z占。s 。编号,/H z占,s 。 1 1 41 6 .33 0 .2 8 02 6 .3 41 3 33 0 .11 1 .8 58 .5 99 34 6 .32 4 .7 61 1 .6 1 1 5 21 6 .66 .3 4 05 .2 71 6 33 0 .93 6 .2 l4 3 .0 11 0 24 6 .33 .7 74 .9 2 5 21 8 .85 .8 1 02 .8 97 33 1 .22 4 .7 61 1 .6 l3 45 0 .O3 .6 95 .2 5 3 21 9 .56 .9 5 01 2 .0 27 23 2 .52 .8 l2 .0 03 35 1 .0一一 2 22 1 .92 0 .6 9 01 0 .6 91 5 43 2 .51 2 .9 54 .0 09 45 1 .0一一 4 22 2 .71 0 .4 7 01 4 .5 84 一l3 2 .91 3 .8 53 .0 71 45 3 .21 5 .2 3 1 2 42 2 .91 5 .0 8 04 .5 21 2 3 3 3 .3 6 .6 31 .4 42 35 3 .2一一 1 3 12 3 .69 .5 6 06 .8 15 13 4 .26 .1 72 .8 31 4 一l5 5 .61 9 .5 51 1 .1 3 8 12 3 .87 7 .0 1 03 1 .2 61 5 33 5 .23 7 .1 73 5 .8 01 35 6 .8一一 1 3 22 4 .02 .1 4 02 .0 91 0 一33 5 .71 3 .4 82 .6 72 45 6 .83 .8 25 .1 7 7 42 4 .51 4 .1 2 01 1 .8 91 4 3 3 6 .22 .3 22 .0 7 4 3 6 1 .0 一一 8 42 4 .51 2 0 .9 6 01 1 6 .1 l1 0 13 6 .89 .0 l6 .1 79 一l6 1 .02 .8 90 .7 9 1 5 12 4 .55 .9 9 55 .2 71 13 8 .52 8 .5 96 5 .4 02 16 2 .5 一 一 3 12 5 .09 0 .8 5 07 7 .2 51 0 4 3 9 .7 8 .1 4 6 .3 05 36 2 .5 一一 8 22 5 .04 5 .0 7 52 7 .1 8l l 一33 9 .74 .9 82 .7 26 26 2 .51 .2 8O .6 0 1 6 一l2 5 .31 8 .5 4 07 .3 11 1 24 0 .31 .0 31 .9 76 36 4 .1一一 1 3 42 7 .51 7 .1 4 01 .1 71 4 24 1 .72 .2 61 .7 61 6 28 9 .38 .2 l8 .3 3 1 2 12 7 .81 3 .1 6 54 .3 61 4 44 1 .72 5 .8 61 7 .8 99 29 2 .6 一 一 8 32 8 .72 0 .9 1 01 3 .5 6l 一24 2 .4一一4 4 9 .9 83 .0 l 1 6 42 9 .18 5 .4 3 02 8 .8 66 一l4 3 .14 .3 22 .4 65 40 .2 60 .9 5 7 12 9 .49 .3 3 09 .0 61 1 一l4 3 .96 .1 74 .9 16 4 2 .6 30 .4 9 1 2 22 9 .47 0 .6 6 51 9 .0 4 1 4 0 1 2 0 l O O 翥8 0 撂6 0 暴 4 0 2 0 0 1 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 主振频e 靼f /H z 图3 主振频率与轴向应变 F i g .3 M a i nv i b r a t i o nf r e q u e n c ya n da x i a ls t r a i n 如图3 所示,管道最大应变值主要出现在主频 2 0 3 5H z 范围内,当主频超过4 5H z 后,管道应变 值减小。说明主振频率是影响管道应变的因素之 一,应将不同主振频率范围的最大峰值振速作为埋 ,n 、a 地管道安全允许标准。根据萨氏公式移 K f 普l 、n , 变形可得y A 戤,其中A I nK ,B d 。同理按 照频率由小到大的顺序排列z 方向的质点最大峰值 ,n 、 振速v z 的相关统计量戈 1 n f 昔} ,Y 1 n K ,列于表3 。 、』L , 将两个不同频率段的统计量分别进行拟合分 析。如图4 所示,黑色、红色拟合曲线分别表示.f ≤ 3 5H z 、f z 3 5H z 两个频率段的统计量拟合曲线,其 万方数据 第3 3 卷第2 期张紫剑,赵吕龙,张黎明,等埋地管道爆破振动安全允许判据试验探究 1 5 相关性系数尺接近1 ,拟合效果较好,不同频率段拟合分析结果如表4 所示。 表3 主振频率与最大峰值振速的相关统计量 T a b l e3M a i nv i b r a t i o nf r e q u e n c ya n dr e l a t e ds t a t i s t i c so ft h em a x i m u mp e a kv e l o c i t y ,≤3 5H z上≤3 5H z f 3 5H z 编号上 戈 Y 编号, z ,编号, x Y 1 1 41 6 .32 .8 40 .2 97 一l2 9 .42 .2 l0 .7 91 4 44 1 .72 .9 60 .8 6 1 5 21 6 .62 .4 01 .0 61 2 22 9 .42 .6 l0 .6 0l 一24 2 .41 .6 32 .2 9 5 21 8 .8一1 .7 41 .9 21 3 33 0 .1 2 .7 60 .3 5l l l4 3 .93 .1 3O .1 9 3 21 9 .5一1 .2 l3 .0 61 6 33 0 .92 .3 l1 .3 39 34 6 .32 .9 70 .0 8 2 22 1 .9一1 .4 73 .1 77 33 1 .22 .5 70 .7 41 0 24 6 .32 .5 30 .6 6 4 22 2 .7一1 .7 71 .9 57 23 2 .52 .2 90 .9 23 45 0 .02 .3 2O .8 6 1 2 42 2 .92 .9 70 .1 81 5 43 2 .52 .4 81 .5 23 35 I .02 .1 61 .7 9 1 3 12 3 .62 .6 90 .6 74 13 2 .9一1 .4 21 .6 29 45 1 .03 .0 70 .0 2 8 一l2 3 .82 .3 80 .9 91 2 33 3 .32 .8 70 .5 5l 一45 3 .22 .5 80 .5 2 1 3 22 4 .02 .6 90 .2 45 一l3 4 .2一1 .7 51 .9 22 35 3 .22 .3 01 .5 0 7 42 4 .52 .6 71 .4 2f 3 5H z1 4 一l5 5 .62 .3 00 .5 3 8 42 4 .52 .8 70 .8 31 5 33 5 .22 .4 41 .1 3l 一35 6 .8 2 .4 41 .4 2 1 5 一l2 4 .52 .4 01 .7 21 0 33 5 .72 .8 l1 .0 82 45 6 .82 .4 40 .9 2 3 12 5 .0一1 .1 83 .4 51 4 33 6 .22 .9 60 .3 24 36 1 .02 .1 11 .7 9 8 22 5 .02 .4 80 .5 81 0 一l3 6 .82 .4 51 .7 29 一l6 1 .02 .6 20 .4 l 1 6 一l2 5 .3一1 .7 92 .6 l1 一l3 8 .50 .9 53 .5 62 一l6 2 .50 .6 93 .6 5 1 3 42 7 .52 .8 20 .6 31 0 43 9 .72 .9 l1 .1 25 36 2 .51 .9 9 2 .4 l 1 2 一l2 7 .82 .5 41 .3 21 l 一33 9 .72 .9 l0 .3 26 36 4 .12 .5 51 .3 l 8 32 8 .72 .7 6 00 .8 3l l 一24 0 .33 .0 90 .2 21 6 28 9 .32 .0 61 .5 6 1 6 42 9 .12 .4 l1 .6 31 4 24 1 .72 .9 80 .9 9 ■/≤3 5 H z 拟合曲线1 y 4 .7 5 1 .4 9 x/ 相关性系数R 0 .8 8 ./√ f 3 5H zI ∥ 拟合曲线2 y 5 .3 2 1 .7 6 x ∥ 相关性系数R 0 .9 1 ∥ l 孓∥I I 一3 .02 .62 .4一1 .8一1 .4一1 .00 .6 X l n [ 9 1 /3 /R ] 图4不l 司频率段峰值振速拟合分析 F i g .4 P e a kv e l o c i t yf i ta n a l y s i si nd i f f e r e n tf r e q u e n c i e s 综上所述,埋地管道随主振频率不同,受到爆破 振动影响程度也不同。试验证明埋地管道受爆破 振动影响,宜采用一定频率范围的质点峰值振动速 度作为安全允许判据。根据文献[ 1 1 ] 中理论计算 得到该场地下管道的地表可承受最大峰值振速为 7 .4 9c m /s ,主振频率较小时安全允许振速也相对较 小,则根据表4 可得一定频率范围的垂直方向最大 峰值振速如表5 所示。 表4 相关参数拟合结果 T a b l e4R e l a t e dp a r a m e t e rf i t t i n gr e s u l t s 表5 T a b l e5 管道地表峰值振速安全允许范围 T h es a f e t yr a n g eo fp e a kp a r t i c u l a r v i b r a t i o no fp i p e l i n e 4 结论 通过现场监测试验探究埋地管道的爆破振动安 全允许判据,结果表明第一,埋地管道最大轴向应 变主要集中在爆破振动主振频率小于3 5H z 时,当 ■ ,, 旃 ..-..........-..........-..........-.....................r.........Lr.........Lr.........L..........-........-...L.“. O 5 0 5 O 5 O 5 0 5 0 5 0 4 3 3 2 2 ,●o 加一。 万方数据 爆破2 0 1 6 年6 月 主振频率超过4 5H z 时,埋地管道轴向应变明显变 小,由此证明确定埋地管道的爆破振动安全允许判 据应考虑主振频率的影响,即将一定频率范围的最 大峰值振速作为埋地管道的安全允许判据较为合 理。第二,分别拟合分析主振频率.疋≤3 5H z 和.f 3 5H z 两个频率段的最大峰值振速,得到两个频率 段的相关参数、萨氏公式及最大安全允许峰值振速。 综上所述,埋地管道的爆破振动安全允许峰值振速 受多方面因素影响爆破区域地质条件、管道埋设方 式、管道自身属性、管道内部载体、管道工作状态等, 因此,实际施工过程中不能仅参照个别法律、法规、 规范就判断是否可以进行爆破施工或决定爆破施工 方案,而应根据施工现场实际情况进行全面监测,还 需考虑在役管道工作状态、管道受损风险等因素,从 而选择并优化爆破施工,采取有效防震措施。 [ 2 ] [ 3 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 4 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 爆破安全规程[ s ] . 中华人民共和国石油天然气管道保护法[ s ] .北京法 律出版社.2 0 1 0 . 蒲传金,郭王林,廖涛,等.桥桩爆破对埋地天然气 管道影响控制措施分析[ J ] .爆破,2 0 1 5 3 2 1 7 2 1 7 5 . 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