爆破振动安全判据浅析.pdf

第2 1 卷第2 期 2 0 0 4 年6 月 爆破 B L A S T I N G V o I ．2 1N o ．2 J u n ．2 0 0 4 文章编号1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 0 4 0 2 一0 0 9 8 一0 3 爆破振动安全判据浅析 花刚 福建高能建设工程有限公司，福州3 5 0 0 0 5 摘要就爆破安全振动的判据标准提出探讨。根据多年的工程实践，如单一考虑爆破的振动速度值的大 小．不能全面反映爆破地震对建筑物作用的内在规律。妊须考虑建筑物本身的自振频率和爆破地区地震波 的频率。因此爆破振动的频响效应是不可或缺的重要因素。 关键词爆破振动；安全判据；振动速度；振动频率；频响效应 中图分类号T D2 3 5 ．1文献标识码A A n a l y s i so ft h eS a f e t yC r i t e r i af o rB l a s t i n gV i b r a t i o n H U ．AG n 咒g F u j i a nP o w e r f u lC 0 n S t r u c t i n gE n g i n e e r i n gL i m i t e dC 0 m p a n y ，F u z h o u ，3 5 0 0 0 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h e ∞f e t yc r i t e r i af o rb l a s t i n g 讲b r a t i o ni sd i s c u S s e d ．O nt h e1 a s b0 ft h ee x p e r i e n c e Si ne n g i n e e r i n g ， t h et h e o r yc a n n o tf u l l yr e n e c tt h ei n h e r e n tI a wo fb I a s t i n gs y m p a t h e t i cv i b r a t i o ni fw eo n l yt a k ei n t oa c c o u n tt h e p e a kv e I o c i t y ．T h es y m p a t h e t i cv i b r a t i o no ft h eb u i l d i n ga n dt h eb l a s t i n gs y m p a t h e t i cv i b r a t i o ni sa ni n d i s p e n s a b I y i m p o r t a n tf a c t o ri nt h es a f e t yc r i t e r i a ． K e yw O r d s b l a S t i n gv i b r a t i o n ；∞f e t yc r i t 秭a ；v i b r a t i o nv e I o c i t y ；v i b r a t i o nf r e q u e n c y ；s y m p a t h e t i cv i b r a t i o n 1前 言 爆破地震效应是个十分复杂的问题，它不仅与 爆破本身 如炸药量、爆破类型、药包布置、装药结构 等 和爆区地质、地形等条件有关，还与建筑物的自 振特性有密切关系⋯。长期以来。国内外爆破工程 界对爆破地震效应进行了大量的研究工作，其中一 个突出的问题就是如何能够科学地确定爆破安全振 动判据【2J ，既符合爆破地震对建筑物作用的内在规 律，又便于在爆破工程实践中应用。 2 常用爆破振动安全标准的问题 目前国内对爆破安全振动判据的确定有不同的 观点，常用的是主要考虑震动速度值的大小，我国目 前在估算爆破震动安全时，较多应用爆破地震强度 收稿日期2 0 0 4 一0 3 一0 3 ． 作者简介花刚 1 9 6 9 一 ，男；福州福建高新建设工程有限公司工 程师． 随空间衰减规律的萨道夫斯基公式如下 V 点 警 。 式中，V 为需保护的建、构筑物基础振动速度值， c m ／s ；K 为与爆区地质条件有关系数；a 为衰减指 数；Q 为允许最大单段药量，k g ；R 为保护点与爆破 中心点距离。m 。 但在工程爆破中，采用以上单一的振动参数来 评价爆振效应是很不全面的，例如，爆破安全规 程 G B 6 7 2 2 ．8 6 8 ．2 ．1 规定一般砖房、非抗震的大 型砌块建筑物的爆破地震安全震速V 2 ～3 c m ／s 。对于城市控制爆破而言，R 1 0 ～2 0m 的情 况是很常见的，R 1 ～2m 的情况也屡见不鲜。若 按国家爆破安全规程规定的、厂，并选用规程推荐 的K ，口值，即V 3c m ／S ，K 2 0 0 ，a 1 ．6 计算 允许的同时起爆炸药量Q R 3 、，／K 3 几 O ．3 8 ～3 ．0 4 k g 。若R 2m 时，则Q 0 ．0 0 3k g 。而城 市控制爆破实际用药量远大于此计算药量，砖结构 万方数据 第2 1 卷第2 期花刚爆破振动安全判据浅析 9 9 民房没有任何损伤。但硐室大爆破时，若R l0 0 0 ～20 0 0m 时，则单响药量Q 3 8 0 ～30 4 0t 。很明 显，此药量又过大。在我国爆破工程史上，曾经出现 过爆破振动严重损伤建筑物事故。例如1 9 8 3 年，河 北涉县尾矿坝2 4 0t 爆破，距爆点约1 ．5 ～2 ．0k m 处民房受振而损伤，其中一座古庙宇横梁震落，导致 房屋赔偿费高达近百万余元。而按计算，这些地方的 爆破震速都远小于规程规定的安全震速，应是安全 的。这就是说，单一采用基础振动速度值而忽略建筑 物本身的自振特性即频率因素，来衡量爆破震动对 建筑物的损伤程度是不够的。众所周知，当基础振动 频率厂接近于建筑物固有振动频率时，建筑物就会 发生共振现象而损坏【1 ．2 J 。 3振动频率效应引入和单响药量的确 定 根据多年来从事的各种类型爆破实践经验，能 得出这样的结论，建、构筑物在爆破震动作用下的破 坏，除了施加于基础振动强度之外，振动频率效应是 个重要因素，即爆破振动对建筑物的破坏不仅与振 动速度有关，还与振动的频率有关。爆破频率的频 响效应是不可或缺的重要因素⋯。 爆破地震对建、构筑物影响必须考虑基础振动 频率效应。引进建筑物振动动力系数J 9 ，得出建、构 筑物振动频响效应p ，由频响效应J 9 ，爆破区域岩石 中纵波波速C 。，横波波速C 。，地震波速度和频率随 空间衰减规律参数，以及建筑物损伤允许振动速度。 通过计算机程序计算，决定药量等级C ，由药量等级 C 及R 求得单响最大药量Q 。Q C R 3 ／2 。 例如土质地基城区控爆C 。 11 0 0m ／S ，C 。 8 0 0m ／S ，建筑物的固有频率3H z ，安全允许震速为 3c m ／S ，由计算机程序进行计算。药量等级C 的结果 见表l 。 从1 9 9 2 年开始增加了爆破振动频率效应及药 量等级来参与爆破振动的安全评定，采用这种安全 控制的新技术已在金温铁路9 次大爆破，福建福清、 泉州、舟山东港、绍兴、上杭紫金山、首钢迁安铁矿、 湖北十堰竹溪电站等4 0 余例硐室大爆破都取得了 十分成功的实践，得到了充分的验证。 表1 药量等级表 4工程实例 4 ．1 工程概况 深沪镇红山石方硐室控爆工程位于深沪镇城区 内，爆区周围建筑林立。东侧民房距爆区仅3 0m ，南 侧民房距爆区3 8m ，爆区距西侧部队营房仅5 0m ， 爆破条件十分复杂。 爆区为一较平缓的小山，山体平均高度约1 6 m ，地形自然坡度为1 5 ～2 5 。，为使之具备较好的爆 破临空面，在爆区范围内，予先采用浅孔控制爆破方 法开挖出临空面。 爆区除上部有0 ．1 ～0 ．3m 厚的土层外，下部 均为新鲜坚硬的细粒花岗岩，厂 1 4 ～1 6 ，节理裂 隙不甚发育，经实测横波波速为C 。 35 0 0m ／S 。 4 ．2 爆破技术设计方案 爆区为深沪镇中心大道红山地段，一期爆破方 量为2 万m 3 。考虑到爆区周围建筑物近、方量大、 工期短以及地形条件等原因，设计上采用水压力硐 室松动微差控制爆破。水压硐室爆破既可有效减小 震害，又能满足深沪码头对石料块度的需求。根据 地形条件布置为南北走向的条形药包。本爆破采用 单层单排点线结合的药包布局，共布6 个条形药室， 总装药量53 6 8k g ，使用6 个段别的毫秒差电雷管， 最大单响药量为l2 5 0k g 。 4 ．3 爆振测试及分析 为监测爆破区附近建筑物的质点振动速度和爆 破振动频率，验证设计值与实测值之间的吻合程度， 并为今后爆破设计提供参考依据，对爆振进行了测 试，观测结果见表2 【3 I 。 表2 深沪硐室爆破振动测试成果表 万方数据 l O O 爆破 实测的厂、V 数值与设计基本吻合。 一般建筑物固有频率为3H z ，而本次爆破的震 动频率都在1 3H z 以上。由于频率较高，爆破地震 对建筑物效应非常小。爆后经检查，正对爆破方向 近3 0m 的石板楼面块石筑墙的易振型建筑物及背 向部队厨房，爆破振速高达7 ．3 6c m ／S ，不但无抹灰 脱落或掉块现象出现，甚至连原有宽为1 ～1 ．5c m 的裂缝也没有扩张。 若只按规定按爆破安全规程安全允许振速 、，计算，许用药量Q ；Q 1 ．2k g ，即3 0m 距离只 能进行1 ．2k g 药量的控制爆破，而实际为1 ．2 5t 。 从以上的典型工程实例看出，随着现代化建设， 邻近建筑群的爆破日益增多，如仍然采用单一的震 动速度来作为爆破振动安全评判标准，则将影响工 程建设速度并可能制约爆破技术的发展。 5结语 应用频响效应原理和药量等级系数评判振动安 全是简单、易行、有效的，与单一的震动速度判据相 比，更能反映出振动安全规律。工程实践证明，利用 爆破地震效应计算机程序，计算出药量等级C ，再根 据C 和R ，求得最大单响药量Q C R 3 ／2 是科学的， 可确保建、构筑物不被爆破地震损伤。而只用单一的 爆破震动速度值作为安全判据是不全面的。 参考文献 [ 1 ]娄建武．普通民房爆破振动破坏分析[ J ] ．爆破，2 0 0 0 ， 1 7 4 8 ～1 3 ． [ 2 ] 霍永基．建筑结构爆破震动效应及安全分析研究[ J ] ． 爆破，2 0 0 3 ，2 0 1 1 ～6 ． [ 3 】长沙有色设计院．深沪镇红山硐实爆破震动观恻报告 [ R ] ．1 9 9 3 ． [ 4 】李彬峰．爆破地震效应及其控制措施分析[ J ] ．爆破， 2 0 0 3 ，2 0 2 8 3 ～8 5 ． [ 5 ] 程康，徐学勇．爆破振动频率绎振动效应的试验研 究[ J ] ．爆破，2 0 0 3 ，2 0 3 7 9 ～8 1 ． 简讯井下煤仓施工采用中深孔光面爆破 最近，兖州矿业 集团 公司兴隆庄煤矿将中深孔光面爆破技术应用于井下煤仓的刷扩施 工，同时优化了劳动组织，取得了良好的效果，为我国井下煤仓的快速施工提供了可借鉴的经 验。 兴隆庄矿原先的煤仓施工工艺是光利用反井钻机钻孔和扩孔，再采用普通钻爆法刷扩至 设计掘进断面，最后支模板砌混凝土成井。通过分析，他们认为在煤仓施工的各个工序中，机 械化施工部分 即导孔、扩孔 的速度基本上已无大的潜力可挖，唯有从刷扩煤仓的工艺及组织 方面进行挖潜改进。这个矿在岩巷快速掘进中取得了显著的成绩，有着中深孔爆破、提高工时 利用率 即改变劳动组织形式 、光爆技术等方面的经验。为此，他们通过认真分析和现场实测 验证，决定将岩巷掘进的成功经验引入到煤仓的施工中。①将劳动组织形式由“三八”工作制 改为“四六”工作制，每个月可以多进行2 0 余个循环 每天3 个班刷矿煤仓，1 个班喷浆 。② 煤仓刷扩的循环进尺由原来的1 ．4m 左右提高到2 ．0m 左右；同时考虑到炮眼利用率，将眼 深加大到2 ．2m 左右；炮眼加深以后，为了不增加循环时间，煤仓内使用3 台风钻打眼。③设 计合理的爆破参数，保证光面爆破效果，使煤仓刷扩的毛断面成形规整，提高了成井速度。④ 由于眼深加大，为使炸药不出现拒爆现象，采用性能较好、爆力大、不拒爆的水胶炸药，特别适 用于中深孔爆破。这种新工艺在4 3 2 8 、l 煤仓和1 3 0 0 、1 煤仓施工应用，均极大提高了施工 速度，平均刷扩速度为班进2 ．1m 、日进6 ．0m ，比传统工艺掘进速度提高了3 3 ％，支护材料消 耗成本同比下降2 0 ％，有极大的推广价值。 李剑锋 万方数据