钻孔爆破中质点振动速度的预测公式探讨.pdf

第2 0 卷第3 期 2 0 0 3 年9 月 爆破 B L A S T I N G V o l2 0N n3 S c D2 【| 0 3 文章编号1 0 叭4 8 7 X 2 0 0 3 0 3 0 0 7 5 0 4 钻孔爆破中质点振动速度的预测公式探讨 许海亮1 ，张继春1 ，郭建群1 ，2 I ．西南交通大学土木工程学院，P q 川成都6 1 0 0 3 1 ；2 中铁一局集团公司第二工程公司．河北唐山0 6 3 0 0 4 摘要以人和场汽埋隧道掘进爆破的地震波实测数据为基础．通过分析隧道迪墙和地表振动速度在不同 爆破条件下的变化特征发现，同一刹点的振动速度除了与药量、爆源距有关外，还与钻孔爆破的自由面奈件 有关。针时萨道夫斯基公式不能反映钻孔爆破的自由面尺寸的不足，提出了可体现自由面面积对爆破震动 强度产生较大影响这一特点的修正舟式。对实刹振动速度的预测计算表明，谊修正公式的准确率此萨道夫 斯基公式高8 0 ％．且对于质点振动速度大于0 ．5c m ／s 的测点．其相对误差不超过5 ％的测点数达9 0 ％以上， 而萨道夫斯基公式的相应值则小于】5 ％。 关键词诂孔爆破；振动速度预测公式 中围分类号T D2 3 51 4文献标识码A I n V e s t i g a t i o no nF o r m u l ao fP r e d i c t i n gt h eP a r t i c l e V i b r a t i o nV e l o c i t yi nD r i l I i n gB l a s t i n g X U H 矗f 一，妇”9 1 ，Z H 4 h f GJ f 一曲“n 1 ，G U O J i 口n 一口M ”1 ’2 1S c h 0 0 lo fC j v i lE n g i n e e r i n g ，s o u t h w e s tJ i a o t o n gu n i v e r s i t y ，c h e n g d u6 j 0 0 3 1 ，C h { 1 1 a 2T h eS e c o n dF n g i l l e e r i n gC 0 ，C h i n aR a i l w a yt h eF i r s tB u r e a uG r o u pc 0 ， T a n g s h a n0 6 3 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t O nt h eb a s bo fp r a c t i c a U ym e a s u r e dd a t af r o ms 西5 m i cw a v el nat u n n e ld r i v i n gb 【a 时i n g ．I thf o u n d ， f r o ma n a l y z i n gt h e v a d a t i D nc h a r a c t e r i s t i c so fv i b r a t i o nv e l o c i t e so ft u n n e ls b p ea 1 1 ds 幽c eu n d e rd i f f e r e n te 。p I o s i v e c o n d i t l o 埘，t 1 1 a tt h ev | b r a t i o nv d o c i t yo fam e a s u r c dp 0 I n ti sr e I a t e dt ot h ef r e eH l a c eo fd Ⅲ【i n gb l a s t i n gb e s i d e 5 1 h ed o s ea n db l a s t i n zd i s t a T 比eAr e v i s e d { D r m u l a ，w h i c hc a n 棚e c tt h ei n f l u e n c eo { f ㈣a c eo nv 出r a t i o ni n t e n s e ，；sp u tf o r w a r dT h ep r e d i c t i n gc a l c u h t i o nr e s u I l ss 1 1 0 wt h a tt h ea c c u r a c yi n c r e a s e sb y8 0 ％，t b em e a s I l r e d p a r t i c l c sn u m b c r r e a c h e s9 0 ％w l t hi t sr e I a t i v ee r r o rI d w e rt h a n5 ％a n dv l b r a t i o nv e 【。c i t yh 瞎h e rt 1 1 a n0 ．5c m ／s K e yw o r d s d r i l lL n gb I a s t 【n g ；v i b r a t i o nv e l o c i t y ；P r e d i 盯i o nf o r m u 【a 引言 准确地预测爆破引起的质点振动速度是有效控 制爆破震动危害的前提。由于影响爆破震动强度及 其传播特性的因素很多，难以用一个公式把这些因 素都考虑进去。目前，国内外较常用的爆破质点振 收稿日期2 0 0 3 一0 6 一1 3 作者简介许海亮 1 9 7 8 一 ，男；成都西南交通大学硕士研究生 速的预测公式就有十多个，这些公式多是从统计分 析出发，以大量的爆破工程实测数据为基础归纳总 结得到的”1 』，其中最常用的是萨道夫斯基公式。 该式虽然应用较广，但主要适用于集中装药爆破，且 在一些爆破工程中的回归计算效果并不理想，主要 表现在没有考虑高程差对质点振动速度的影 响【5 。] 和爆源远区的计算精度较低[ 8 ] 等。此外，对 于如何计算钻i L 爆破的振动速度问题，至今仍未很 好解决。 万方数据 7 6爆破 新近的现场实测结果发现，钴孔爆确中自由面 面积对爆破质点振动速度的影响较大。以萨道夫斯 基公式为基础，将自由面面积引入振动速度计算，提 出了适用于钻孔爆破的萨道矢斯基修正式。井结合 渝怀铁路人和场隧道掘进爆破的实测质点振动速度 数据，对提出的修正公式进行了验证。 2自由面面积对爆破振动速度的影响 萨道夹斯基公式是由前苏联科学院地球物理研 究所的M A 萨道夫斯基等通过研究集中药包的爆 破地震效应，按照大量实测数据和相似律原理得到 的经验公式”o 3 厂元 y K 半 a 1 “ 式中v 为质点振动速度，c m ／s ；K 为与爆破场地条 件有关的参数；Q 为单段装药量，k g ；R 为测点到药 包中心的距离，n 、；。为与地质条件有关的系数。 对丁钻孔爆破的振动计算，由于不同方向上药 包中心至其边缘的距离差异很大，即装药集中程度 小，因而按照萨道夫斯基公式计算质点振动速度的 准确性较差，有时甚至出现计算结果与实际不符合 的情况。 由 1 式可知，对于爆源位置不变的同一个振动 测点，爆破质点振动速度y 应随着单段装药量Q 的 增大而增大。然而，在钻孔爆破中却时常出现因自由 条件不同而与这一变化特点不符的情况。例如，隧道 拙进爆破，由于掏槽孔的自由面小、且钻孔方向与自 由面斜交甚至垂直，所受到的夹制作用较大，掏槽孔 爆破产生的震动效应往往要比装药量相同 有时更 大 的辅助孔、崩落} L 和周边孔大，即在一个延时段 内只用一个炮孔爆破比总装药量相同但由多个炮孔 同时爆破产生的震动要大。 图1 为渝怀铁路人和场隧道掘进爆破时，在地 表测得的一次掘进爆破不同爆源距处的振动速度幅 值变化曲线。从用l 可看出，在爆源距相同的情况 下 如2 84 m 测点 ，单段装药量为1 5 妇的崩落孔 爆破所引起的振动速度比装药量为1 4 ．4 妇的掏槽 孔爆破要小 前者仅为后者1 ／5 ，甚至比装药量为 1 08k 卫的辅助孔爆破的振动速度还要小。这说明 自由面条件 主要是爆破方向的自由面面积 对爆破 地震效应的影响较大，在计算钻7 L 爆破的振动速度 时需考虑自由面面积因素。因此，在用萨道夫斯基 公式计算钻孔爆破的质点振动速度时，有必要对其 进行修正。 图l隧道掘进爆破中地表振动速度测碡结果 3 修正的萨道夫斯基公式 31 修正公式的提出 人和场隧道掘进爆破采用全断面微差分段起 爆，一次爆破成形。通过对相近装药量、不同自由面 大小的现场实测质点振动速度的对比分析发现，质 点振动速度与一个延时段内炸药爆破作用的自由面 面积之问存在一定的变化关系。因此，可将一个延 时段内的爆破自由面面积参数A 引人萨道夫斯基 公式。鉴于在相同装药量的情况下，自由面面积与 爆破产生的质点振动速度成反变关系，从而将萨道 夫斯基公式修正为 尹万 v K 芸‘ 。A 9 2 n 式中口为面积指数，理论上为负值；其余符号同前。 3 ．2 修正公式的线性化 对 2 式两端取对数，可转化为 I n v K a l n Q 1 ，3 ／R 旦A 3 令y l n V ，X 1 l n Q 1 ／3 ／R ，x2 A ，则 3 式 可转化为如下的二元一次方程形式 Y d X l 8 X 2 K 对于1 次爆破的某一个振动速度测点而言，其 一组样本包括爆破药量Q 、爆源距R 、自由面面积 A 和该点的振动速度V 是已知的，多次爆破的多个 测点数据就组成了可以用回归方法确定 4 式中的 K 、。和口的样序列。这样，即可用 2 式进行钻孔爆 破的振动速度预测。 33 修正公式的验证 为说明提出的修正公式的准确性和可靠性，F 面用人和场隧道2 次全断面掘进爆破的震动效应现 场试验测得的数据进行分析、验证。 2 次爆破均采用微差分段延时起爆方法，其延 期时间完全可保证每一段别装药爆破产生的地震波 万方数据 第2 0 卷第3 期许海亮等钻扎爆破中质点振动速度的预洲公式探讨 7 7 形不发生相互叠加，因此，每个起爆段又可视为一次 爆破试验，共分为7 段起爆。振动速度测量在隧道 内进行，每次爆破沿隧道边墙的同一高度布置测点。 其中，第1 次爆破布置了5 个测点，第3 次爆破布置 丁3 个测点。2 次爆破试验共测得5 6 幅振动速度 波形．由此获得了5 6 组振动样本。 为避免回归计算样本与检验样本相同而人为提 高振动速度的预测精度，这里用第1 次爆破测得的 3 6 组振动数据作为回归计算样本．用第2 次爆破的 2 1 组振动数据作为检验样本。表l 列出的第1 次 爆破时各测点的振动速度幅值及相应的装药量、自 由面面积和爆源距。 表1 第1 波爆破试验的质点振动速度幅值Ic m ／s 及相关参数 用表l 中的数据样本分别按照公式 1 和提出的 修正公式 2 进行线性回归计算，求得萨道夫斯基公 式的衰减参数为K 4 3 5 ．5 、口 2 ．1 9 ，修正公式的衰 减参数为K 2 7 04 ，n 15 6 ，口 一05 6 2 。 分别用式 1 和式 2 计算第2 次爆破各测点的 振动速度幅值，表2 列出了第2 次爆破的质点振动 速度幅值及其相应的计算值。 表2 第2 次爆破试验的质点振动速度幅值f c m ／S 及其预测值 由表2 可知，由修正公式计算出的质点振动速 度比萨道夫斯基公式的计算值更接近于实测值，其 比例达8 0 ％以上。表3 列出了修正公式、萨道夫斯 基公式的预测值与实测值的误差分析结果。 对比表3 中数据，并结合表2 的实测值发现，对 于质点振动速度大于O ．5c m ／s 的测点，用修正公式 预测所产生的相对误差不超过5 ％的测点数达9 0 ％ 以上，而用萨道夫斯基公式预测的相应值小于 1 5 ％。因此，对于严格控制地震效应的钻孔爆破工 程，用给出的修正公式预测振动速度将更为准确和 合理。 需要指出的是，当质点振动速度小于0 ．5c m ／s 时，修正公式的预测误差较大。究其原因，一是修正 公式也有～定的适用范围，二是因测点处的振动速 度较小而导致测量误差增大。尽管如此，其预测值 总体上仍比萨道夫斯基公式更接近实测值。 综上所述，在用萨道夫斯基公式预测钻孔爆破 产生的质点振动速度时，为提高计算精度，在必要考 万方数据 7 8爆破 虑爆破自由面面积的影响而采用提出的修正公式。试验对公式的准确性进行了验证，至于是否具有普 当然．仅通过人和场隧道掘进爆破一个工点的现场适性，有待于在工程实践中进一步验证。 表3 修正公式和萨道夫斯基公式的预测误差 4 结论 1 用萨道夫斯基公式预测钻孔爆破的振动速度 会产生较大的误差，其原因在于忽略了爆破自由面 条件的影响。 2 提出的萨道夫斯基公式修正式y K Q 1 ／3 ／尺 M p 可用于钻孑L 爆破的振动速度计算， 由该式计算出的质点振动速度比萨道夫斯基公式的 计算值更接近于实测值，其比例达8 0 ％以上。 3 人和场隧道掘进爆破的实测振动数据的计算 分析表明，对于质点振动速度大于0 ．5c m ／s 的测 点，用修正公式预测所产生的相对误差不超过5 ％ 的测点数达9 0 ％以上，而用萨道夫斯基公式预测的 相应值小于1 5 ％。 参考文献 [ 1 ] 张继春．工程控制爆破[ M ] 成都西南交通大学出版 杜。2 0 0 1 ． 张世雄．预测爆破波振动强度的经验公式及其在采矿 中的应用[ J ] 爆破，2 0 0 0 ，1 7 3 1 3 ～” 刘慧．邻近爆破对隧道影响的研究进展[ J ] 爆破， 1 9 9 9 ，1 6 1 5 7 6 3 ． 李的林．爆破震动危害中几个重要因索分析[ J ] 工程 爆破。1 9 9 9 ，5 3 6 4 ～6 7 ． 姚尧爆震的放大效应与二元回归分析[ J ] 爆破， 1 9 9 2 ，9 4 4 ～8 李保珍高程差与爆破振动强度及衰减规律之问的探 讨[ A ] 第六届全国工程爆破学术会议会议论文集 [ c 】深圳第六届全国工程爆破学术会，1 9 9 7 ．7 7 8 ～ 7 8 3 陈寿如两种质点振预测公式的比较选择[ A ] 第七届 全国工程爆破学术会议文集[ C ] ．成都第七届全国工 程爆破学术会．2 0 0 1 ．7 0 2 ～7 0 6 ． 张继春三峡工程基岩爆破振动特性的试验研究[ JJ 爆炸与冲击，2 0 0 1 ，2 l 2 1 3 1 ～1 3 7 陈华腾．爆破计算手册[ M ] ．沈阳辽宁科学技术出版 社．1 9 9 l1 7 4 ． ㈨ ⋯ ⋯ 吲 ㈨ Ⅲ ㈨ ⋯ 万方数据