爆破测振技术有关问题的探讨.pdf

第2 6 卷第2 期 2 0 0 9 年6 月 爆破 B L A S T 矾G V 0 1 ．2 6N o ．2 J u n ．2 0 0 9 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 0 9 0 2 0 1 0 5 0 3 爆破测振技术有关问题的探讨 林世雄 成都中科测控公司，成都6 1 0 0 4 1 摘要根据长期对爆破测振仪的研制及爆破现场实测经验，深感爆破地震是“三大公害之首” 其次是 噪声与粉尘 ，由扰民最后发展成“民扰”的现象屡见不鲜，因此，正确客观地进行爆破测搌至关重要。通过 对地振波传播特征的描述，说明爆破振动参量与安全判据的关系，对爆破测振有关工艺进行了探讨。 关键词爆破测振；安全判据；低频传感器 中图分类号0 3 8 4文献标识码D 1 爆破地震波的传播特征与测试 爆破产生的地震波是一个频域宽阔，成分复杂 的振动波，它既沿地表又呈球形传播，加上作为传播 媒介的大地具有自身的非均匀性与复杂性，所以想 要简单准确地获得测试结果是很困难的引。 爆破产生的地震波是一种弹性波，它包含在介 质内部传播的体波和沿地面传播的面波，体波可分 为纵波和横波。纵波也叫P 波，其传播速度较快， 平均传播速度大约是横波 也称剪切波或S 波 的2 倍以上。虽然纵波的传播速度较快、频率较高，但对 于地面建筑的破坏力并不大，很容易被较疏松的土 壤、沙石层和卵石层迅速衰减，当然如果碰上较大范 围坚硬的岩石层其影响力也不可轻视。 经验证明横波的传播速度虽然较慢，频率较低， 但它沿地表以传播介质上下剪切的形式像水面波般 地横向圆形扩散传播，其破坏力是非常明显的。因此 在爆破测振中人们更关注的是横波即指向地心方向 的上下振动波，所以，只测垂直方向的振动，而不管径 向和水平方向的振动是片面的。垂向振动大于其它 方向的振动只是一般规律，就像离爆源近的质点振动 大于离爆源远的质点振动也只是一般规律一样。 由于受地质条件复杂性的综合影响地震波来回 反射与叠加的结果，时常会出现某一特定方向的振 动特别明显的现象；另外离爆源近的测点由于土质 收稿日期2 0 0 9 0 4 - 2 0 作者简介林世雄 1 9 4 8 一 ，男；成都成都中科测控公司总经理。高 级工程师。 松软或沟壑衰减测得的数据偏小，而另一端离爆源 较远的测点因大地介质的坚硬均匀使得测到的数据 反而更大，以上现象在现场实测中并不少见。因此 日本矿业会爆破振动研究委员会指出“原则上应 同时测定互相垂直的三个分量，而不是只测其中一 个方向。”美国矿业局也规定“爆破振动的破坏判 据应该是三个分量中最大的一个为准。”在这方面 我国现有的爆破安全规程 G B 6 7 2 2 2 0 0 3 对这 一问题没有明确的解释和规定，国内在实施过程中 往往是各行其是，只是在重要情况下测3 向，要求不 严时只测单向。 我们的观点是在有条件的情况下，应该以三矢 量合成的方向与数据为准。为此中科测控公司研制 出了T C 4 8 5 0 型爆破测振仪和与之匹配的三维传感 器，如图l 所示。 图lT C - 4 8 5 0 型爆破测振仪和与之匹配的三维传感器 2 爆破振动参数与安全判据的关系 爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 对爆破振动 万方数据 爆破 2 0 0 9 年6 月 安全允许标准采用的是“地面建筑物的爆破振动 判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主 振频率；水工隧道、交通隧道、矿山巷道、电站 厂 中心控制室设备、新浇大体积混凝土的爆破振动判 据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度。” 尽管国内外都有专家倡导用加速度值或速度值 作为安全判据，但是采用质点振动速度值与振动频 率以及振动持续时间相结合来作为安全判据更 好‘3 圳。 理由一虽然加速度能直接反映地震波对建筑 物的力学作用，但通过国内外大量的爆破试验测试 资料分析，地震波的弥散性很大，尤其是加速度和位 移。相对而言，地面质点的振动速度稳定性较好，而 且，它使爆破振动烈度与自然地震烈度相互参照，速 度传感器的标定与信号检测较容易，故采用振速作 为安全判据较为合理。 理由二在实际测试中加速度传感器均为压电 式，输出的是电荷量。故此现场需要信号调理与供 电，价格也较昂贵。而速度传感器均为磁电式，直接 输出电压量。现场无需供电，价格相对较低。所以从 实际操作中来看采用振速作为安全判据较为方便。 理由三若采用单一的质点振动速度作为安全 判据，并不科学合理；如一旦振动的频率与建 构 筑物的自振频率一致时很容易与其产生共振现象， 由工程经验知就算此时振动速度未达到安全标准以 上建 构 筑物也很容易发生破坏。显然振动的持 续时间越长，振动的破坏也就越大。 3 爆破振动测试测点布设 爆破地震效应监测时，不可能在每一处建 构 筑物设置振动测点，而只能针对性的选取具有代表 性的位置进行振动测试。因而，进行爆破振动测试， 应遵循以下原则 1 选取离爆区最近的建 构 筑物处布置振动测 点；2 选取居民争议最大处布置振动测点；3 在较为 重要的建 构 筑物处布置振动测点；4 在年久失修 抗震能力较弱的建 构 筑物处布置振动测点。 案例一2 0 0 5 年6 月8 日，陕西龙门钢铁集团 公司大西沟矿业公司在大西沟铁矿东部矿体进行的 千吨级土层剥离硐室大爆破中，中科测控公司的工 程技术人员用多台T C - 3 8 5 0 爆破测振仪准确记录了 本次大爆破引起周边环境的振动速度与频率，从而 为新的爆破设计与环保工作提供了宝贵的数据。爆 振实测中共布设了3 条测线各5 个点。测点的爆心 距最小1 4 0 ．7 7 4m ，最大4 7 1 。3 1 3n l ；测值均有垂直 向的，也有径向和切向的。 案例二2 0 0 9 年3 月中科测控工程检测技术人 员在云南丽江观音岩水电站左岸E L ．10 9 0m 混凝 土生产系统E L ．1 1 0m 以上边坡监测，采用了中科 测控公司研制的4 台T C - 4 8 5 0 测振仪和4 台T C ． 3 8 5 0 测振仪在现场一共布置了1 4 个测点，测点分 布如图2 所示。 图2 丽江某水电站左岸爆破边坡测点分布图 4 传感器的选择和安装 爆破地振波的主振频率为2 2 0 0H z ，其中 8 0 ％的能量分布在低频段，1 0 0H z 以上的能量基本 可以忽略。且随着爆破规模越大其主振频率就越 低，越接近天然地震 其主振频率一般在0 ．5 5 H z 。传感器是反应被测信号的关键设备，作为一 次仪表处于测振系统的最前端所以低频传感器对整 个测试的准确性至关重要 国内目前采用的主要是 振动速度传感器，选择的要素主要是①灵敏度要与 被测信号的强弱，以及二次仪表的量程相匹配，一般 为2 8V ／ m s ‘1 ；②频率响应要与测点的地质结 构与二次仪表的采样速率相匹配，一般为5 3 0 0 H z ；③从传感器的幅频特性曲线图上选择线性关系 好，保证使用范围恰是它的平直段；④要求传感器整 体轻小、坚固、稳定、可靠、易安装。建议在工程爆破 监测现场尽量使用三维一体传感器。 为了能正确反映所测信号，除了传感器本身的 性能指标满足一定要求外，传感器的安装、定位也是 极为重要的。为了可靠地得到爆破地震波或结构动 力响应的记录，传感器必须与被测点的表面牢固地 结合在一起，否则在爆破振动时往往会导致传感器 松动、滑落，使得信号完全失真。在工程测试中主要 采用以下方法固定传感器 1 若测点表面为坚硬岩石或混凝土可以采用 万方数据 第2 6 卷第2 期林世雄爆破测振技术有关问题的探讨 环氧砂浆、环氧树脂胶、石膏或其它强度粘合剂固 定；2 可在浇筑混凝土墩子时，先预埋固定螺栓，然 后再用压板将传感器底板与预埋螺栓紧固相连；3 如被测表面为土质时，可先将表面覆土夯实，将传感 器直接埋人夯实土中，用木锤将传感器与土体敲紧 使二者紧密接触。 传感器安装时，还应该注意定位方向，要使传感 器与所测量的振动方向一致，否则，也会带来测量误 差，若测量竖向分量，则使传感器的测振方向垂直与 地面；若测径向水平分量，则使传感器的测振方向垂 直于由测点至爆心连线方向。 5 爆破振动的安全评价 人们认为地震波的破坏作用主要取决于质点振 速，各国都制定了有关建筑物的安全振动标准，然 而，爆破地震对建筑物的影响不仅取决于振动位移 和速度，而且还与振动持续的时间和频率有关。建 筑物的自振频率较低，一般来说，在其他条件相同的 情况下，低频波比高频波对建筑物的危害大。 目前，国际上制定爆破振动安全标准时，都普遍 考虑了频率和振动速度的共同影响，如德国的 D I N 4 1 5 0 和美国矿业局 U S M B E 和露天矿山复垦管 理处 O S M R E 的标准，我国 G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 爆破 安全规程也是如此。 爆破振动的主频率一般在2 2 0 0H z 之问变 化，但某一次爆破产生的频率范围往往很有限。主 频率一般定义为最大振幅所对应的频率，它随不同 的产业而有所不同。在远距离的结构测试时，露天 矿较大的爆炸量所产生的主频率往往比建筑施工爆 破低。建筑施工爆破用的爆炸量较小，但由于结构 与爆源之问的距离特别近以及岩石到岩石的坚硬的 传播途径往往会产生较高频率。 主频率的大小也取决于传播介质，高频运动在 土壤中容易被滤掉或衰减掉，所以传播的距离往往 比岩石中短。此外，由于波导效应，地层能将某些频 率传播的更远。例如，剪切波会在土层内共振，由于 这些原因，在截面厚度大于2 3m 的土壤中测量 时。一般主频为1 4 0H z ，而在岩石中一般主频率 为1 0 一1 0 0H z 。’ 房屋结构的自振频率比较低，一般小于1 0 0 H z 。当爆破地震的主频率接近或等于房屋结构的 自振频率时，容易形成共振，从而导致结构破坏。 在评价爆破振动对建筑物安全的影响时，地震 波的频率是非常重要的。建议在生产爆破中，应通 过选择合理最大分段药量来控制爆破振动，减小对 周围建筑物的危害。 参考文献 [ 1 ] 孙秀民，汪进玉．爆破振动对建筑的影响评价[ J ] ．爆 破，2 0 0 8 ，2 5 2 7 3 - 7 6 。 [ 2 ]孙立，孙耀光，张晓明．建筑物拆除爆破对临近危楼 的振动影响[ J ] ．爆破，2 0 0 7 ，2 4 2 9 2 - 9 5 ． [ 3 ] 唐鸿卿，吴新霞．频率对爆破地震反应谱的影响[ J ] ． 爆破，2 0 0 8 ，2 5 4 1 7 ．1 9 ． [ 4 ] 唐飞勇，胡锐，赵明生，等．双因素判据在爆破地震 监测中的应用[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 2 8 9 - 9 1 ． 上接第1 0 1 页 4 后续爆破施工应针对不同的保护对象选定 合适的安全质点振动速度控制标准，加强施工期监 测，确保周围建筑的安全。 参考文献 [ 1 ] 水利水电工程爆破施工技术规范[ s ] ．北京中国电力 出版社，2 0 0 2 ． [ 2 ] G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 爆破安全规程[ S ] ．北京中国标准出 版社，2 0 0 4 ． [ 3 ] 顾毅成．爆破工程施工与安全[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 4 ． [ 4 ] 孙秀明，汪进玉．爆破振动对建筑物的影响评价研究 [ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 2 7 3 - 7 6 ． [ 5 ] 言志信，王永和，江平，等，．爆破地震测试及建筑结 构安全标准研究[ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 3 ， 2 2 1 1 9 0 8 1 9 0 9 ． [ 6 ]张继春，彭琼芳．岩体爆破地震波衰减规律的现场试 验与分析[ J ] ．辽宁工程技术大学学报自然科学版， 2 0 0 1 ，2 0 4 3 9 9 - 4 0 1 ． [ 7 ] 汪旭光，于亚伦．关于爆破震动安全判据的几个问题 [ J ] ．工程爆破，2 0 0 1 ，7 2 8 8 - 9 2 ． 万方数据