联体筒形圆仓爆破拆除的触地振动分析研究.pdf

第2 7 卷第2 期 爆破 V 0 1 ．2 7 N o ．2 2 0 1 0 年6 月B L A S T I N GJ u n ．2 0 1 0 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 0 ．0 2 ．0 0 7 联体筒形圆仓爆破拆除的触地振动分析研究水 高文乐1 , 2 ，王晨1 ，孙文进1 ’2 ，张春玉3 1 ．山东科技大学工程爆破研究所，青岛2 6 6 5 1 0 ；2 ．泰安科达爆破有限公司，泰安2 7 1 0 1 9 ； 3 ．济南黄河爆破工程有限公司，济南2 5 0 1 0 1 摘要高大建筑物爆破拆除时的振动是由炸药爆炸引起的振动和倒塌冲击触地产生的触地振动2 部分 组成的，触地振动所带来的影响往往远比炸药爆炸引起的振动影响要大。通过对某联体筒形圆仓群的爆破 拆除振动测试结果分析，研究分析了爆破拆除的触地振动的垂直速度及其主频的分布特点，并通过在仓体触 地位置采取覆盖3 ．5m 厚的黄土层和微差爆破技术等的减振措施，有效地控制了联体筒形圆仓倒塌的触地 振动，大大地减少了爆破振动对周围设施的影响。 关键词爆破拆除；触地振动；减振措施；高大建筑物 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 0 0 2 0 0 2 5 0 4 T o u c h d o w nV i b r a t i o nA n a l y s i sR e s e a r c ho nE x p l o s i v e D e m o l i t i o no fC o n j o i n e dC y l i n d r i c a lS i l o G A OW e n l e l ，一，W A N GC h e n l ，S U NW e n - f i n l ”，Z H A N GC h u n y u 3 1 ．I n s t i t u t eo fE n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，S D U S T ，Q i n g d a o2 6 6 510 ，C h i n a ； 2 ．T a i a nK e d aB l a s t i n gC oL t d ，T a i a n2 7 1 0 1 9 ，C h i n a ；3 ．J i n a nY e l l o wR i v e rB l a s t i n g E n g i n e e r i n gC oL t d ，J i n a n2 5 0 1 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ev i b r a t i o nc a u s e db yd e m o l i s h i n gt a l lb u i l d i n g si sc o m p o s e do ft h ee x p l o s i o nv i b r a t i o na n dt h e t o u c h d o w nv i b r a t i o n ，t h ei m p a c tc a u s e db yt h et o u c h d o w nv i b r a t i o ni so t i e nf a rg r e a t e rt h a nt h ee x p l o s i v ed e t o n a t i o n ． T h r o u g ha n a l y z i n gt h em o n i t o r e dv i b r a t i o nr e s u l t so nt h ec e r t a i nc o n j o i n e dc y l i n d r i c a ls i l o s ，t h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r - i s t i co fv e r t i c a lv e l o c i t ya n di t sm a i nf r e q u e n c yo ft o u c h t o w nv i b r a t i o nw 船a n a l y z e d ．T h r o u g ha d o p t i n gt h es h o c ka b s o r p t i o nm e 部u l “ e So fd e l a yt i n r i n ga n d3 ．5m s o i lc o v e r i n gi nt o u c hs i t e ，t h et o u e h t o w nv i b r a t i o nw a se f f e c d y0 0 1 1 仃o U e da n dt h ei m p a c to nt h es u r r o u n d i n gf a c i h t i e sw a sa l s og r e a t l yr e d u c e d ． K e yw o r d s e x p l o s i v ed e m o l i t i o n ；t o u c h d o w nv i b r a t i o n ；s h o c ka b s o r p t i o nm e a s u r e ；t a l lb u i l d i n g 0引言 爆破拆除高大建筑物时引起的振动由2 部分组 成一是炸药爆炸的部分能量转化为地震波，地震波 从爆源向外传播过程中引起的地面振动，称为爆破 振动；二是建 构 筑物倒塌冲击触地的瞬间，产生 收稿日期2 0 0 9 1 2 2 8 作者简介高文乐 1 9 6 6 一 ，男，教授，硕士，主要从事岩土工程和爆 破安全的教学与科研工作，E m a i l w e l l l e g a o 1 6 3 ．c o r n 。 基金项目国家自然科学基金 5 0 7 7 8 1 0 7 的触地冲击振动称为触地振动。大量工程实践表 明，爆破拆除高大建筑物时，爆破倒塌时产生的触地 振动所带来的影响远比爆破振动的影响大‘m 】。 l爆破振动的安全校核和减振措施 为了预测和估计爆破振动对建筑物的破坏，各 国研究者均认为，爆破前，应对炸药爆炸所产生的爆 破振速y 和仓体撞击地面产生的二次振动速度K 进行安全校核，以便提前采取相应的安全技术措施。 万方数据 爆破2 0 1 0 年6 月 1 ．1 炸药爆炸引起的振动 根据我国C B 6 7 2 2 2 0 0 3 爆破安全规程的 规定炸药爆炸产生的垂直振动预测公式L l3 ，3 扁“ V K f 巡1 1 、R ， 式中，y 为垂直振动速度，c m ／s ；K 、a 为与地形、地质 有关的系数，取K 3 3 ．6 ，0 [ 1 ．6 ；Q 为单响最大药 量，k g ；R 为测点到爆源的距离，m 。 公式 1 主要适用于埋于地下的集中药包的普 通爆破。大量观测数据表明，在公式 1 中增加修 正系数K ’作为爆破拆除建筑物时振动预测公式比 较符合实际，故爆破拆除建筑物时爆破引起的垂直 振动速度计算公式为 ，3 ／ - A “ 、8 V K ’K f 巡l 2 ＼R ／ 式中，K ’为拆除爆破衰减系数，取0 ．2 5 。 1 ．2 触地振动速度 建筑物冲击地面而引起的振动大小与被爆坍塌 物的质量、重心高度和触地点底层的刚度有关【1 ．3 】。 触地振动常用的公式 引净尺】芦 3 式中，K 、卢为衰减系数，一般取K t 3 ．3 7 ，J B 1 ．6 6 ； 盯为介质的破坏强度，M P a ；R 为冲击地面中心到建 筑物的最近距离，m ；g 为重力加速度，9 ．8 ∥s 2 。 1 ．3 安全减振措施 从减振控制手段讲，控制爆破振动危害的基本 方法有 4J 采用微差爆破技术，减小最大一段起爆 药量；采用分段折叠倒塌爆破技术，控制塌落振动； 改变倒塌触地点地层性质，减小触地振动强度；挖减 振沟截断或改变地震波的传播途径等。 1 采用微差爆破技术，减小单响爆振，分散释 放爆炸能量 由爆破振动预测公式知，反映爆破振动强度的 各物理量与装药量、爆心距、岩土性质及场地条件等 因素有关。在满足工程需要的前提下，采用微差爆 破技术，减少爆破时的单段起爆药量以减轻爆破地 震波的强度。合理的微差时间使先后2 段药包所产 生的地震能量在时间和空间上错开，特别是错开2 个地震波的主振相，可以大大降低地震强度。 2 采用分段折叠倒塌技术，控制塌落振动 高大建筑物整体倒塌时，巨大的重量会产生强 烈的触地冲击地震波。如果将建筑物用爆破技术解 体分段，各段以不同时间间隔落地，使其分段间隔落 地，这样就达到了减少了触地动能，降低触地振动的 目的。 3 铺垫缓冲层，改善触地介质性质 4 合理开挖减振沟，截波防振 爆破时，在被保护建筑物附近挖1 条一定深度 和宽度的沟槽，当减振沟的深度足够深时，沟槽可截 断地振波大部分向被保护建筑物传播的能量，起到 截波防振的效果。大量实测资料表明减振沟的减 震效果明显，可达到3 0 ％以上。 2 工程实例 2 ．1 工程概况 济钢焦化厂煤场旧储煤仓共由l O 个罐体组成， 其中8 个罐体整体连接，2 个通过仓顶上料通廊与 北边8 个罐体连接口J 。该料仓为圆筒形，筒体为钢 筋混凝土结构。简体坐落在6 根支柱构成的环形框 架之上，8 罐体支柱截面尺寸为6 0 0m mX6 0 0m m 、 6 5 0m m l1 0 0m m2 种，6 0 0n u n 6 0 0m m 内配筋 为1 2 根西2 5 ，6 5 0n l l n 11 0 0m i l l 内配筋为2 0 根 犯8 。2 罐体支柱截面尺寸为6 5 0n l l l lx6 5 0m m 、 7 0 0 ／／l n l 11 5 0m m 1 根 2 种，6 0 0m m 6 0 0m i l l 内 配筋为1 2 根西2 5 ，7 0 0m m 11 0 0m m 内配筋为2 0 根西2 8 。整个建筑物由1 0 个圆形料仓组成，总长 度为8 5n l ，宽度为8 ．1 0n l ，高度为3 2 ．5 6m ，圆形简 体高度2 4I n ，罐体下部出料漏斗底部距地面2 ．6m 。 储煤仓平面结构示意图见图1 。 图1 储煤仓平面结构示意图 单位l l l n l 煤仓东边下部距管道通廊 内部为煤气管道、 6k V 供电电缆2 条、氮气、氧气等 支柱2 ．2m ，上部 距管道0 ．6 5n l ，管廊底部距地面5 ．0n l ，其中柱煤气 管道距地面8 ．8m ，供电电缆距地面7 ．0m ；东边马 路对面为化纤生产区域；北边为职工澡堂；西边储煤 场距离铁路2 2 ．6m ；南边3 0m 为焦化厂电气一车 间，爆破环境十分复杂。 2 ．2 爆破方案设计 现场l O 个料仓按照一个整体建筑物进行爆破 设计。在储煤仓筒体下部支撑框架立柱钻孔爆破， 万方数据 第2 7 卷第2 期商文乐，王晨，孙文进，等联体筒形圆仓爆破拆除的触地振动分析研究 2 7 爆破缺口高度按照设计从西往东以次减小 5 ．0m 、 2 ．1 5m 、0 ．3m ；倒塌方向为正西；爆破器材雷管 采用非电毫秒延时雷管 延时时间第1 排为3 段，第 2 排为1 2 段、第3 排为1 4 段 ，炸药采用乳化炸药； 安全防护，采用近体防护，在爆破部位覆盖3 层草帘 子防止飞石，料仓仓体触地位置覆盖1 ．0 3 ．5m 的 土层减少触地振动，以保护地上、下管线。 爆破参数单排炮孔时采用“一”字形布置；多 排炮孔时采用梅花布置；炮孔间、排距及深度根据立 柱的不同尺寸选取，设计总装药量为4 4 ．3 6k g ，最大 一段齐爆药量为2 0k g 。 3 振动测试及结果分析 3 ．1 测点布置 济钢焦化煤场储煤仓爆破拆除工程的振动测试 主要是测试储煤仓爆破拆除爆破时和煤仓倒塌触地 时产生的振动对钢厂变电站、电气设备和微机房的 影响”】。测试点分别布置在被拆煤仓东侧4m 管 道通廊下部、煤仓南侧3 0m 电气车间和东侧1 2m 、 1 8m 化纤生产区电气设备附近 见图2 。 图2 测点布置图 单位m 以上6 个点分别布置1 台I D T S 3 8 5 0 型号的三 维爆破振动测量仪，每台仪器测垂直、水平径向和水 平切向3 个方向的振动速度和频率。 3 ．2 振动速度分析 3 ．2 ．1 垂直振动速度 取Q 2 0k g ，R 1 0m 代人公式 2 核算其振 动速度 V 腓f 鞫4 1 ．0 5c m ／s 2 、R ， 爆破安全规程中对爆破振动安全允许标准 车间的最大安全允许振速为5c m ／s 。 3 ．2 ．2 触地振动速度 对地面产生冲击作用的仓体总重肘 40 8 1 ．6 3 t ，质心高度日 1 6 ．7 5m ，取盯 1 0M P a ，R 5 0n l ， 代人公式 3 得 K 墨『。惮／尺1 ’2 ．3 8c m ／s 。～盯7 。 3 ．3 采用的安全减振措施 根据前面安全减振措施的理论分析，结合工程 实际，我们选择了合理的微差时间，分段爆破，这样， 错开了2 个地震波的主振相，大大降低了地震强度； 在筒形圆仓倒塌的范围内铺设了3 ．5I T I 厚的黄土缓 冲层 图3 ，降低了建筑物倒塌时的冲击振动并使 罐体倒塌后呈现西高东低的状态，有利于管廊的安 全，保护了周围建筑物的安全。 图3 3 ．5I n 厚的黄土缓冲层 3 ．4 测试结果分析 在时域内对地震信号进行分析，主要分析整个 地震波动的规律、最大振动速度以及振动速度随时 间的变化、地震持续时间和爆破网路的分段微差效 果∞圳。经对现场实测数据进行分析整理，获得实测 有效振动速度波形图6 组，典型实测振动速度波形 1 ’、3 。、6 4 测点 见图4 。波形图中的前段波形为爆 点 泓口觚口 撇 觚 № 氟 觋口 口 口 口 oc蛙OQ蛙u8 一 向一 方一塌一 倒一 万方数据 爆破2 0 1 0 年6 月 破振动波形图，后段波形为触地振动波形图。 2 ．0 03 ．0 04 ．0 05 ．0 0 6 ．1 4 ． t l s 嚣目一 t ／s b 3 ’测点爆破振动测试报告 ； 川删删一 2 ．o o3 ．o o4 ．o o5 ．0 06 ．1 4 t i e c 6 ．钡4 点爆破振动测试报告 图4 振动速度波形图 将测试数据结果列于表1 中。 表1 爆破测试结果 ‘。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。_ - 。。_ - 。- ●。●- - - 。_ - _ 。●- 。。。- 。_ - 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。●_ - 。- 。●。_ - - 。- _ - ●- 。_ - 。_ - - - 一 测点距离／m1 。 3 0 2 。 4 3 。 4 ∥ 4 5 。 1 2 6 。 1 8 垂直振影 1 ． L ／ ‘s - IJ 、, 0 ．3 5 1 ．2 61 ．4 51 ．4 31 6 0．94cm 频率／也 5 ．0 01 1 ．0 01 0 ．0 00 ．7 05 ．0 0 5 ．0 0 水亍径向。罗o ．c r 7 o ．3 8o ．8 90 ．9 0o ．4 4o ．7 5 【c m 。s 。 频髟也 7 ．0 00 ．2 07 ．0 01 4 ．0 01 1 ．0 01 2 ．0 0 水平切向振速／o ．o ．o ．o ．o ．o ． L一‘o - 1 ，、0 9 0 1 0 6 0 91 3 17ems 频- V - ／r k 7 ．0 02 0 ．0 04 0 9 ．0 01 6 ．0 08 ．0 07 ．O o 3 ．4 ．1 振动波形时间历程分析 图4 选取了测试得到的3 个典型的振动波形 图，由波形图的数据可清晰地看出，0S 是炸药爆炸 产生的振动信号；约1 ．7S 左右时是第2 个振动信 号，是仓体塌落触地产生的振动，一直持续到6s 左 右结束。从波形图可以看出，触地振动比爆破振动 的幅值大，持续时间长，由此可以得出，触地振动对 周围环境的影响比爆破振动的影响大。 3 ．4 ．2 振动速度分析 由表1 数据可以看出，距仓体质心最近的3 。、4 ’ 测点的振动速度相对最大，垂直振速约为1 ．4 5 e m ／s ，水平振速约为0 ．9 0c m ／s ，而距仓体质心最远 的1 。、6 。测点振速相对最小，由此我们可以得出，振 动速度随着距离的增加而衰减。测点的水平速度均 小于1c m ／s ，这说明爆破现场铺设的3 ．5i n 厚的黄 土垫层有效地吸收了一部分筒形圆仓塌落触地的冲 击能量，减振效果明显。 3 ．4 ．3 振动频率分析 由爆破振动报告中爆破近区6 个测点 1 。一6 4 测点 的垂直、径向和切向3 种振动主振频率可知 5 。、6 4 测点的爆破振动主振频率在5 1 2H z 范围内 变化，并且垂直主振频率分布集中，为5H z ；而2 。、 3 ’、4 。测点的主振频率分布较大，在0 ．2 2 0H z 范 围内，且在3 测点处出现最大值4 0 9H z 。这是因为， 1 。、5 。、6 。测点距离仓体质心较远，受到爆破振动和 触地振动影响较小，频率较小；而2 。、3 。、4 ’测点距离 仓体质心较近，且3 测点几乎位于仓体质心处，所以 受到爆破振动和触地振动影响较大，频率较高。但 是2 ’、3 。、4 ’测点除此最大频率外，其余频率均低于 2 0H z ，这是由于仓体倒塌在由3 ．5m 厚的黄土垫层 组成的软基上，因而产生低频振动。 4 结论 通过对测试结果及波形图的分析，6 个测点3 。测 点最大垂直振速为1 ．4 5c m ／s ，小于国家爆破安全规 程的标准，以上6 个测点测到的爆破振动速度和冲 击速度与设计方案理论计算基本相近。在对波形图 的分析中我们发现，随着地震波传播距离的增加，地 震振动强度衰减十分明显，爆破振动的作用小于触地 振动的作用，采取的微差爆破和铺垫3 ．5m 厚的黄土 层的措施可以有效降低爆破振动和触地振动。 参考文献 [ 1 ] 张世平，阎晋文．爆破拆除高大建筑物产生的震动危 害与减震方法[ J ] ．太原理工大学学报，2 0 0 6 ，3 6 7 6 8 5 - 6 8 7 ． [ 2 ] 高尔新，杨仁树．爆破工程[ M ] ．北京中国矿业大学 出版社，1 9 9 9 ． [ 3 ] 王瑞贵，卢文波．拆除爆破中触地诱发震动的震动模 型[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 1 2 5 - 2 9 ． [ 4 ]吕淑然，胡刚，杨军．建筑物倒塌触地震动模拟研 究[ J ] ．工程爆破，2 0 0 2 ，8 3 1 6 - 2 0 ． [ 5 ]张春玉．焦化厂十大储煤罐爆破拆除倒塌可靠性分析 [ J ] ．工程爆破，2 0 0 9 ，9 3 6 7 - 6 9 ． [ 6 ]吕淑然，杨军．高大建筑物定向爆破地震振动效应 监测与控制研究[ J ] ．工程爆破，2 0 0 3 ，2 0 3 7 1 - 7 3 ． [ 7 ]王迪安．7 9m 高烟囱拆除爆破振动与塌落触地振动对 比分析[ J ] ．工程爆破，2 0 0 6 ，1 2 1 8 6 - 8 9 ． [ 8 ] 徐泽沛．爆破拆除塌落过程及触地震动的分析研究 [ D ] ．长沙长沙理工大学硕士学位论文，2 0 0 4 ． 4 2 O 2 4 O o o 皿加 一．∞．gu一、譬飞 “ ∞笱∞笛册w0000加加加 一，g口一、钆}飞 万方数据