深孔爆破振动测试分析与降振措施.pdf

第2 7 卷第1 期 2 0 1 0 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．1 M S X ．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 1 ．0 2 9 深孔爆破振动测试分析与降振措施 刘治峰，张戈平，王炳恒 河北省水利工程局，石家庄0 5 0 0 2 1 摘要西大洋水库石方开挖工程中采用了深孔爆破施工方案，因爆源距民房和水库大坝较近，为了确保 安全、减少民扰及确定最大单响药量，降低爆破振动，研究影响爆破振动的因素，对该工程前期爆破进行了爆 破振动监测。通过对实测数据的回归分析，得出了适用于该工程的爆破地震波传播经验公式，并分析了爆破 振动产生的原因、爆破地震波的特征及传播规律和影响地震波传播的因素，为该工程预测生产爆破地震强度 和采取降振、减振措施提供了理论依据，并提出了具体的降振措施。 关键词深孔爆破；爆破振动监测；频谱分析；降振措施 中图分类号T D 2 3 5 ．1 4文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 1 0 1 0 7 一0 4 D e e p - h o l eB l a s t i n gV i b r a t i o na n dD r o pS h o c kT e s t a n dA n a l y s i so fM e a s u r e s L I UZ h i - f e n g ，Z H A N GG e - p i n g ，W A N GB i n g - h e n g H e b e iW a t e rC o n s e r v a n c yE n g i n e e r i n gB u r e a u ，S h i j i a z h u a n g0 5 0 0 2 1 ，C h i n a A b s t r a c t D e e ph o l eb l a s t i n gm e t h o di se m p l o y e di nt h ec o n s t r u c t i o no fX i d a y a n gr e s e r v o i r ，t h eb l a s t i n gs o u r c 圮i s c l o s et ot h ep r i v a t er e s i d e n c ea n dr e s e r v o i rd a m ．T og u a r a n t e es a f e t y ，l e d u c et h ed i s t u r b a n c et or e s i d e n t s ，a s c e r t a i n t h en l s x i m u l ne x p l o s i v ea m o u n tp e rd e l a y ，r e d u c et h eb l a s t i n gv i b r a t i o n ，s t u d yt h ei n f l u e n c ef a c t o r so fb l a s t i n gv i b r a t i o n ，b l a s t i n gv i b r a t i o nm o n i t o r i n gw a sc a r r i e dd u r i n ge a r l i e rp e r i o db l a s t i n gc o n s t r u c t i o no ft h ep r o j e c t ，t h ee m p i r i c a l f o r m u l ao fb l a s t i n gs e i s m i cw a v ep r o p a g a t i o nw 髓o b t a i n e df o rt h ep r o j e c t ，t h e nt h e1 ．e a s o no fb l a s t i n gv i b r a t i o n ，t h e c h a r a c t e r i s t i ca n dp r o p a g a t i o nl a wo fb l a s t i n gs e i s m i cw a v ea n dt h ei n f l u e n c ef a c t o r so nb l a s t i n gv i b r a t i o nw e I ℃a n a - l y z e d ，w h i c hp r o v i d e st h eb a s i sf o rf o r e c a s t i n gt h ei n t e n s i t yo fb l a s t i n gv i b r a t i o na n ds e l e c t i n gv i b r a t i o na b s o r p t i o n m e t h o d ． K e yw o r d s d e e ph o l eb l a s t i n g ；b l a s t i n gv i b r a t i o nm o n i t o r ；s p e c t r u ma n a l y s i s ；v i b r a t i o na b s o r p t i o nm e a s u r e 0引言 随着国民经济的迅速发展，工程爆破行业也在 蓬勃发展，但爆破施工所引起的振动、飞石等爆破危 害对周围环境和人员都将产生不同程度的影响，其 中爆破振动带来的危害尤其显著，不仅对周围建筑 物等产生不良影响，还可能引起与附近居民的矛盾， 收稿日期2 0 0 9 1 0 2 9 作者简介刘治峰 1 9 6 3 一 。男，正高级工程师．工学学士．从事水利 水电工程施工技术管理和科研工作，E - m a i l h b s j r l z f 1 6 3 ． c o r n o 严重影响工程进度，并造成经济损失。目前大多采 取降低单响药量和总装药量的方法来降低爆破振 动，但这样影响了爆破规模的提高，限制了爆破技术 的发展。由于爆破地震波影响因素和传播介质的复 杂性，即使在相同的爆破条件下，爆破地震波强度在 同一地区进行多次监测，也存在不同程度的差异性， 而且偏差有时可能还很大。因此，有必要对产生爆 破地震波的原理、影响因素及传播规律等进行分析， 并对爆源附近建筑物的爆破地震效应进行监测及数 据分析，提出适宜该区域的爆破振动强度衰减公式， 为周围建筑物的安全防护提供科学依据引。 万方数据 1 0 8爆破2 0 1 0 年3 月 1 爆破振动与爆破地震波的传播 爆破引起的地面振动是个复杂的随机过程，为 了降低爆破振动，首先需要对爆破地震原理和地震 波传播规律有足够了解。 1 炸药包在岩土中爆炸时，爆轰作用形成的应 力波由爆源中心传播到破裂圈以外的范围时，以弹 性波的形式向外传播到地表，引起地表振动。引起 的地面以及地面上的物体产生振动和摇晃的现象及 后果产生地震效应。爆破振动的发生、传播，虽然时 间很短，但带来的危害会很大。 2 爆破地震波传播与药包的几何形状，埋置深 度，装药结构，地质构造，节理裂隙分布、走向，夹层 材料有关，其传播方向、途径、速度与特性随时空条 件不同复杂变化。总体来说有以下特点 ①地震波携带的能量很小，在炸药爆炸总能量 的1 0 ％以内。 ②爆破地震波与自然地震波不同。一是频率不 同，天然地震频率都很低，一般主振频率为0 ．5 5 H z ；爆破地震频率则较高，一般主振频率为5 5 0 0 H z ，且爆破规模越大，爆破振动频率越低⋯。二是 爆破地震波主振频率与传播介质特性有关，岩石越 坚硬其地震波中的高频成分越丰富；天然地震波衰 减慢。爆破地震波衰减很快。三是持续时间不同，天 然地震振动时间较长，而爆破地震持续时间很短。 ③爆破地震波的频率与炸药性质有关。实验证 明，低爆速炸药爆轰压力上升得慢，产生的爆破振动 较小；高爆速炸药爆轰压力上升得快，产生的爆破振 动相应较大。 ④爆破地震波在传播过程中，遇到断层、裂隙、 节理、沟壑时，其裂度明显降低。 2 衡量爆破振动强度指标的选取 衡量爆破振动强度的指标非常复杂，究竟用哪一 种指标最能反映爆破振动的强度，到目前，国内外专 家的看法还没有统一。但大量观测表明，爆破地震破 坏程度与振动速度大小的相关性比较密切，故在实际 工作中，大都采用质点振动速度作为衡量爆破地震强 度的标准H ⋯。用质点振动速度作为测试标准有如下 优点①随岩土性质改变而监测到的质点振动速度 结果比采用位移和加速度等判据变化较小；②与建筑 物的破坏特征关系较密切；③既可反映地震波能量的 大小，同时其测试方便可靠，规律性强。 大量工程实践表明，有时在爆源附近建筑物监 测到的质点振动速度超过了规程允许的最大允许振 动速度，但建筑物没有破坏；相反。距爆源较远的建 筑物的质点振动速度并没有超过规程允许的最大振 动速度，但建筑物却发生了破坏。这主要是由于大 多数l 一2 层结构的民用建筑物的固有频率为4 一 1 2H z ，高层建筑物的固有频率更低，当低频振动波 和建筑物的固有频率接近时，容易产生共振，使建筑 物破坏加剧。因此采用单一的质点振动速度指标来 衡量爆破振动的破坏效应，是有局限性的，所以还需 要分析地震波的频谱。 3 西大洋水库深孔爆破振动测试分析 3 ．1 工程概况 西大洋水库位于河北省唐县境内大清河南支唐 河出山口处，主坝为l 座碾压式土石坝，本次施工需 要在石料场爆破开挖石渣1 2 0 万I T l 3 。料场岩性为 太古界阜平群南营组花岗片麻岩，表层全- 强风化层 较浅，弱一微风化岩体较坚硬完整。局部岩体内发育 2 组节理，部分部位存在软弱夹层。 该工程采用深孔台阶微差爆破，爆破参数为孔 径9 0m r l l ，孔深1 0m ，孔距2 ．8 3 ．2m ，排距2 ．3 ～ 2 ．7I n ，采用岩石膨化硝铵炸药，炸药单位耗药量 O ．4 5 0 ．5 0k g ／m 3 ，单响最大药量为8 2 蚝，一次爆 破总装药量在5 1 0t 之间，采用塑料导爆管接力式 起爆网路。 料场附近环境较为复杂，东侧7 0 m 为水库防汛 通信塔，西侧1 0 2I T I 为保定市水源地办公楼，西南 1 2 0l n 为水库大坝及大量民房，对爆破安全要求很 高。因此，在爆破初期采取了必要的监测措施，对爆 破振动进行监控。监测的主要目的是验证爆破方案 的可行性及爆破设计参数的合理性和爆破对周围建 筑物振动影响范围和程度，并利用监测结果正确指 导施工。见图l 。 图l 料场平面位置示意图 单位m F i g ．1 S c h e m a t i cy a r df i a t u n i t m 3 ．2 测振仪器和测振方法 3 ．2 ．1 测振仪器 西大洋水库工程根据当地地质地形及有关爆破 参数估算的振动结果选取了T O P B O X 5 0 8 S 振动信 万方数据 第2 7 卷第1 期刘治峰，张戈平，王炳恒深孔爆破振动测试分析与降振措施术 号自记仪作为监测仪器。其系统为工程爆破振动 传感器一振动记录． 计算机一结果输出。该系统 具有对地震波进行记录、数据分析、结果输出、显示 打印、数据存储分析的功能。测试前，需要对监测仪 器进行标定。 3 ．2 ．2 测点选取及仪器安装 为观测到不同的爆破振速及摸清地震波衰减规 律，在离开爆源位置由近及远情况下，结合建筑物布 置测点。采取先用石膏将传感器和地面粘合在一 起，再用沙袋把传感器压住的安装方法，尽量减小监 测误差。然后把记录仪接上，在爆破开始前把电源 打开，准备开始采集数据J 。 3 ．3 监测结果分析 3 ．3 ．1 监测结果 炸药爆炸引起的岩石内部质点振动速度有垂 直、径向和切向3 个速度分量，但在高差不大、近距 离范围的情况下，一般是垂直振速对爆破地震起控 制作用，所以本次振动监测时采用垂直振速作为测 定的振速【3 】。将现场采集的振动信号接人计算机， 得到质点峰值振速见表l 。根据G B 6 7 2 2 叫0 0 3 爆破安全规程规定，可以看出这几次爆破的振速 均在安全振速范围以内，因此监测点建筑物没有受 到破坏，实际情况也证明了这点。 表1 爆破振动监测数据统计表 T a b l e1D e m o l i t i o nv i b r a t i o nm o n i t o rd a t as t a f f s t l e a lt a b l e 3 ．3 ．2 爆破质点峰值振动速度公式回归分析 根据G B 6 7 2 2 卅0 0 3 爆破安全规程的规 定，对目前应用最广泛的萨道夫斯基公式进行拟合， 即对公式中的参数K 、O t 进行回归分析，得到适宜该 工程场地的爆破地震传播公式。 根据萨道夫斯基经验公式1 6 J V K Q 1 力／R 4 1 式中，y 为质点振动速度，c m ／s ；Q 为炸药量，齐发爆 破时为总装药量，分段延时爆破时为最大一段装药 量，k g ；R 为爆破区药量分布几何中心至观测点或建 筑物的距离，m ；K 、a 为与地形、地质条件和爆破参 数有关的系数和衰减指数。 其中K 、a 值与爆区地形、地质条件和爆破条件 相关，但K 值更依赖于爆破条件的变化，a 值主要取 决予地形、地质条件的变化。爆破f 临空条件好，夹制 作用小，足值就小，反之就大；地形平坦，岩体完整、 坚硬，a 值趋小，反之破碎、软弱岩体，地形起伏，a 值趋大。K 值范围大部分在5 0 10 0 0 之内，q 值在 1 ．3 3 ．0 之间。 根据表1 监测数据用最小二乘法进行拟合，得 K 、a 的回归值为2 1 6 和1 ．8 5 ，因此，西大洋水库深 孔爆破质点振动峰值速度经验公式为 V 2 1 6 p 1 力／t 2 1 拈 2 3 ．3 ．3 最大单响药量控制 根据G B 6 7 2 2 ．2 0 0 3 爆破安全规程M J ，深 孔爆破保护对象为钢筋混凝土结构房屋时，取安全 振速为3 ．5c m ／s ；保护对象为一般砖房时，安全振 速取2 ．3c m ／s 。将式 2 可以变化为 Q ～ R 3 V ／K 珈 3 将最大允许振速及爆源与爆破保护对象的实际 距离一起代人式 3 ，即可求出爆破中的最大单响 药量见表2 。依此作为控制爆破单响药量的依据， 但实际爆破中使用的药量最好比计算得到的控制药 量稍低一些。 表2 最大单晌药量计算表 单位k g T a b l e2M o s tg r e a t l yo n l yl o u dd o s e c o m p u t a t i o nc h a r t u n i t k g 距离／m 3 05 07 09 0 混凝土结构 3 41 5 64 2 89 1 0 一般砖房 1 77 92 1 74 6 2 3 ．3 ．4 频谱分析 通过对爆破地震波进行频谱分析，可以求得爆 破振动信号的各种频率成分和它们的幅值及相位， 建筑物的振动破坏不仅取决于质点振动速度，还取 决于地震频谱和持续时间等因素。由表1 频谱分析 可知，西大洋水库深孔爆破振动频率普遍大于1 5 H z ，分布在1 8 5 2H z 之间，而建筑物频率一般都小 于1 2H z ，所以由西大洋水库爆破引起的高频振动 不会引起建筑物共振，不会破坏建筑物，实际情况也 证明了这一点。 4 降振措施 目前在爆破施工中，为确保安全，避免引起民事 纠纷，必须把爆破振动控制在规程允许的范围之内。 可以采取以下措施来控制和降低爆破地震效应 1 采用微差爆破技术。大量的实践表明，在总 装药量及其它条件相同的情况下，采用微差爆破比 齐发爆破相比，平均降振率为5 0 ％，微差段数越多， 效果越好。而且段间隔时间大于1 0 0i n s ，降振效果 比较明显，间隔时间小于1 0 0m s 时，各段爆破产生 的地震波不能显著分开。 万方数据 1 1 0爆破2 0 1 0 年3 月 2 采用预裂爆破，钻孔量比打防振孔要少，并 取得更好的降振效果，降振率可达3 0 ％一5 0 ％。 3 选取合适的炸药单耗。过大的单耗，会使爆破 振动和空气冲击波增大，并引起岩块过度移动或抛 掷。相反，炸药单耗过小，也会由于延迟和减小从临 空面反射回来的拉伸波效应，从而使爆破振动增大。 4 控制一次爆破的最大用药量。一次爆破的 最大用药量与爆破振动的强度成正比，一次爆破药 量越大，爆破振动强度越大。根据式 3 即可计算 一次爆破允许的最大用药量，当设计药量大于该值 且没有其他降振措施时，则必须减小一次爆破规模， 分次爆破。 5 爆破孑L 网参数设计要合理，确保使炸药均匀 地分布在被爆岩体中，防止能量过于集中，达到减小 爆破振动强度之目的。要求选取的孑L 网参数达到如 下要求一是炮孔密集系数要尽量大于l ；二是采用 大孔距小排距布孔方式，使炮孔间距与排距之比在 2 左右；三是减少炮孔超深。 6 创造良好的临空面。大量实践表明，靠近I 临 空面的炮孑L 爆破时产生的爆破振动小，因此，爆破施 工中必须创造充分的临空面，配合微差技术，使所有 炮孑L 均有良好的临空面，以便使炮孔爆破后，特别是 后排炮孔爆破后产生的压缩波可以从这些临空面反 射，获得最大的松动，以达到降低爆破振动的效果。 并且爆破后的爆渣应清理干净，避免压渣爆破‘3 I 。 7 加大工作面起爆长度，减少起爆排数。在不 降低爆破规模的情况下，降振效果明显。 5 结语 爆破地震效应是一个很复杂的问题，但经认真 分析和研究，抓住几个关键的影响因素，采取适当的 措施，完全可以减弱爆破振动影响。既使被保护对 象不受损坏，又可以避免因爆破引起与附近居民的 纠纷，确保正常的爆破生产秩序。 参考文献 ‘ [ 1 ] 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 ． ‘， [ 2 ] 陈泽观，林从谋，新爆破安全判据下房屋安全的监测 与控制[ J ] ．西部探矿工程，2 0 0 6 ，1 8 1 2 1 9 4 1 9 6 ． [ 3 ]陈俊庆．安托山深孔爆破振动测试与分析[ J ] ．工程爆 破，2 0 0 4 ，1 0 2 7 0 ．7 2 ． [ 4 ]张劲松，陈寿如．临近房屋采矿爆破振动监测和控制 [ J ] ．轻金属，2 0 0 2 1 8 1 0 ． [ 5 ] 汪庆桃，夏卫国，时党勇等．传感器的固定方法对爆破 测量结果的影响[ J ] ．工程爆破，2 0 0 2 ，8 1 1 - 3 ． 【6 ] 爆破安全规程 G B 6 7 2 2 2 0 0 3 [ s ] ．北京中国标 准出版社，2 0 0 4 ． 科技论文写作小知识摘要 摘要是以提供文献内容梗概为目的，不加评论和 补充解释，简明、确切地记述文献重要内容的短文。摘 要应具有独立性和自明性，并且拥有与文献同等量的 主要信息，即不阅读全文，就能获得必要的信息。一篇 完整的论文都要求写随文摘要，按摘要的不同功能来 划分，大致有如下3 种类型。 1 报道性摘要 报道性摘要是指明一次文献的主题范围及内容梗 概的简明摘要．相当于简介。报道性摘要一般用来反 映科技论文的目的、方法及主要结果与结论，在有限的 字数内向读者提供尽可能多的定性或定量的信息，充 分反映该研究的创新之处。科技论文如果没有创新内 容，如果没有经得起检验的与众不同的方法或结论，是 不会引起读者的阅读兴趣的；所以建议学术性期刊 或 论文集 多选用报道性摘要，用比其他类摘要字数稍多 的篇幅，向读者介绍论文的主要内容。以“摘录要点” 的形式报道出作者的主要研究成果和比较完整的定量 及定性的信息。篇幅以3 0 0 字左右为宜。 2 指示性摘要 指示性摘要是指明一次文献的论题及取得的成果 的性质和水平的摘要，其目的是使读者对该研究的主 要内容 即作者做了什么工作 有一个轮廓性的了解。 创新内容较少的论文，其摘要可写成指示性摘要，一般 适用于学术性期刊的简报、问题讨论等栏目以及技术 性期刊等只概括地介绍论文的论题，使读者对论文的 主要内容有大致的了解。篇幅以1 0 0 字左右为宜。 3 报道一指示性摘要 报道一指示性摘要是以报道性摘要的形式表述论 文中价值最高的那部分内容，其余部分则以指示性摘 要形式表达。篇幅以1 0 0 2 0 0 字为宜。 一般地说，向学术性期刊投稿，应选用报道性摘要 形式；只有创新内容较少的论文，其摘要可写成报道一 指示性或指示性摘要。论文发表的最终目的是要被人 利用。如果摘要写得不好，在当今信息激增的时代论 文进入文摘杂志、检索数据库，被人阅读、引用的机会 就会少得多，甚至丧失。一篇论文价值很高，创新内容 很多，若写成指示性摘要。可能就会失去较多的读者。 万方数据