海工挤淤爆破对周围民房的振动影响分析.pdf

2 0 1 2 年6 月海工挤淤爆破对周围民房的振动影响分析张南等 3 5 海工挤淤爆破对周围民房的振动影响分析宰 张南方向范磊杜锴 解放军理工大学工程兵工程学院 江苏南京。2 1 0 0 0 7 [ 摘要] 挤淤爆破施工中，为了防止爆破振动对周围民房建 构 筑物的危害，对现场进行了爆破振动监测，经 统计，振动危害均在控制范围内。通过对监测数据的回归和小波包分析发现段药量和爆破地震波的主传方向对 爆破振动效应影响都较大，水介质对爆破地震波的传播能力明显强于岩石介质爆破振动能量主要集中在低频频 带，高频部分很少。 [ 关键词] 挤淤爆破民房建筑振动效应回归小波包分析 [ 分类号] T V 2 2 1T D 2 3 5 ．3 9 引言 连云港田湾核电站现有两个发电机组正在运 行，为了适应国家经济发展战略转型要求，对能源结 构进行调整改革，计划在现有基础上扩建至8 个发 电机组。本文结合连云港田湾核电站5 。、6 。机组扩 建工程 明渠取水堤 挤淤爆破工程实例，分析了影 响挤淤爆破振动效应的因素，同时提出了相关降振 的方法措施，可提供给相似的工程实例作参考。 1 挤淤爆破工程概况 田湾核电站坐落于江苏省连云港市港口高公岛 附近，目前已有1 ’、2 w 两个机组正在运行，现扩建6 个机组，其中5 。、6 。机组需建一明渠穿过隧道从海中 取水，本文的挤淤爆破工程为5 。、6 ‘机组一取水明渠 的南堤，总长7 2 0 m ；为了保证堤身的稳定，工程采用 爆破方法对其夯实。原泥石混层面坡度相对较缓， 标高为一0 ．4 6 一一1 ．6 2 m ，落底标高一3 ．3 5 一 一7 ．2 6 m 。爆破工程周围多民房建 构 筑物．因此 在满足工程进度的同时，必须严格保证周围建 构 筑物的安全。 1 ．1 挤淤爆破参数设计 挤淤爆破中，采用微差爆破技术以降低振动危 害效应，选择非电毫秒延期雷管，起爆网络由导爆管 连接，炸药选用2 ’岩石乳化炸药，设定雷管段别随 具体的爆破方案而定。装药设计参数如表l 所示。 ．1 ．2 振动监测仪器及设定 为准确监测挤淤爆破引起的振动效应，选择 E X P 3 8 5 0 - - 3 爆破振动记录仪和8 9 l 一Ⅱ型拾振器 包括垂向、水平径向和切向3 个方向 作为本次的 振动监测系统。E X P 3 8 5 0 3 爆破振动记录仪 成 表1 参数设计 都中科测控公司生产 是用来记录、分析爆破地震 信号的便携式地震仪，具有3 个通道，可同时记录爆 破振动信号的3 个分量。8 9 1 一Ⅱ型传感器 中国地 震局工程力学研究所研制 分4 个档位，1 档测量加 速度，2 ～4 档分别测量中速度、大速度和小速度，本 次监测中选用第4 档。所有使用的监测仪器和传感 器在进入现场前均已经过国家计量单位的标定。 1 ．3 测点布置 在临近民房附近靠近爆源一侧设置了4 个测 点，测点与爆源的空间位置关系如图1 。民房区位 于堤的西侧和南侧．堤南侧 3 号测点处 为土丘；爆 源距测点最近距离约6 2 0 m ，图中测点从北至南依次 为l 、2 、3 、4 号测点，1 、3 、4 号测点与爆源之间为深 图1 空间位置示意图 奉收藕日期2 0 1 2 4 2 - 2 9 作者筒介；张南 1 9 8 9 一 。男．硬士．主要从事爆破振动篮舅与分析研究。E - m a R z l u a m g n a n 0 4 2 6 m 1 6 3 ．咖 通讯作者方向 1 9 6 5 一 ．男，教授，博导．主要从事智隹地雷理论与技术研究。E - m a i l n w , a D l l 1 6 3 ．蛐 万方数据 3 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 l 卷第3 期 度小于1 ．5 m 的海水，2 号测点与爆源问为岩石介 质；网格部分为本文研究对象的爆填区域。 2 爆破振动监测数据分析 经专家分析论证，确定以质点振动速度和频率 为控制物理量来评价监测爆破振动危害的影响程 度。根据合同要求，本单位对5 ’、6 ’机组取水堤挤淤 爆破工程的每个炮次进行了严格的监测，从爆破开 工至今已监测了1 5 0 个炮次，现挑选出5 0 个炮次的 数据作为本文的研究对象。 2 ．1 质点振速峰值分析 1 监测数据总体评估。由于施工现场周围的 民房一般是砖房及非抗震性的砌块建筑物，所以取 控制阈值为质点最大振速≯2 c m ／s 【l 引。经过对监 测数据的统计，发现各监测点测得的最大质点振速 峰值如表2 所示。从表2 可以清楚看出，挤淤爆破 中，各测点区域的质点最大振速峰值均小于控制阈 值，即爆破振动并未对周围民房产生破坏。 表2 各监测点出现的质点最大振动速度峰值 C m ．S 。I 2 影响参量的分析“ J 。以3 号测点所测数据 为例，根据单孔药量和段药量的不同将堤头爆破炮 次分为3 组，将相应监测结果对比分析，如表3 所 示。表3 中根据对比分析可知，该测点处段药量对 质点振速峰值的影响程度大于爆心距。另外．用同 样的方法对其他测点监测值进行分析，发现同样的 规律。由此可见，降低爆破整体规模、减小单孔药 量、减小段药量，对降低监测区域爆破振动效应起主 要作用。 表3 堤头爆填时3 号测点不同爆破参数对应的 监测结果比较 注P P V p e a kp 删i c l ev e l o c i t i e s 的简写 指质点振速峰 值，下同。 3 不同测点区域质点振速峰值的对比分析。 空间位置上，2 号和4 号测点的爆心距相当，都在 7 0 0 m 左右；测点与爆源之间介质不同，2 号测点与 爆源之问为岩石介质，4 号测点与爆源之间则以海 水为主，选取这两个测点区域的监测数据进行对比。 如表4 所示。 表42 号与4 号测点的监测结果比较 由表4 可以看出，相同条件下，挤淤爆破对4 号 测点区域的振动影响大于2 号测点区域。这说明相 对于普通岩石介质来说，水介质对爆破地震波的传 播更强。鉴于此结论，在类似的控制工程爆破振动 影响时应该充分考虑地形结构、地臣属性的因素。 4 堤头爆填与堤侧爆填的对比分析。经过对 所有测点监测数据精心挑选，取其中的1 5 从前2 5 炮中剔去l O 炮 个堤头爆填炮次，对1 号测点和3 号测点的监测数据分别进行回归，根据萨道夫斯基 经验公式H 1 。K f 迈1 。 、“， 式中R 为爆心距，m ；q 为炸药量，齐发爆破取总装 药量，微差爆破或秒差爆破取最大一段装药量，k g ； K 、理为回归常数；口是所测点因爆破引起地震振动 速度，c m ／s o 回归得到的衰减规律如下 ，3 _ I ．∞ 1 号测点口 3 9 1 ．5 f 掣I 、“， ．3 一I ，研 3 号测点甜 3 5 5 ．3 f 掣1 、n ， 表5 列出了堤头爆填和堤侧爆填的爆破参数和 l 号、3 号测点的部分监测结果。 把表5 中堤侧爆填的数据代入相应的堤头爆填 表5 侧向爆填和堤头爆填测试结果比较 万方数据 2 0 1 2 年6 月 海工挤淤爆破对周围民房的振动影响分析张南等 回归公式进行计算，发现堤侧爆填的回归值明显小 于实测值，即同等药量条件下，堤侧爆填引起爆破振 动强度高于堤头爆填；结合测点与爆源的位置关系， 说明除了段药量对挤淤爆破振动效应有明显影响 外，爆破地震波的主传方向 即垂直于炮孔中心连 线方向 对振动效应也有较大影响。 2 ．2 频谱特征分析 对所取5 0 个炮次质点振速峰值对应的主频进 行统计分析，如图2 所示。 N 点 爨 丰H 图2 各炮次振动主频的统计 由图2 可见，各炮次测得的质点振速峰值对应 的主频基本都小于2 0H z ，其中最大值为4 7 ．8H z ， 最小值仅为6 ．6H z 。 据相关研究发现，振动主频对爆破振动效应具 有不可忽视的作用，爆破振动频率的大小对结构物 的破坏作用尤其重型5 1 ，因此挤淤爆破施工对周围 民房建筑物的振动影响还应考虑频谱特征。以0 4 6 炮次为例，该炮次时质点最大振速峰值在4 号测点 区域，对各测点振动监测信号采用小波包基d B 5 函 数作小波包7 层分解睁m 】，以5H z 为带宽，分析其 频带的能量分布规律。如表6 所示为各测点区域不 同频带能量所占比例。 表6 各测点区域不同频带能量所占比例 ％ 表中可见，挤淤爆破引起各监测区域的爆破振 动能量主要集中在低频频带，高频部分很少。较低 层的民房建筑物受4 1 2H z 的振动频率影响最为 显著，而5 ～2 0H z 的频率范围对单层住宅结构影响 最大u ”。施工现场周围民房建 构 筑物多为低层 住宅，且根据对监测信号的分解得知约8 0 ％左右的 能量集中在5 2 0H z 之间，因此建议在挤淤爆破施 工中要严格控制段药量，并优化爆破设计方案，以减 小挤淤爆破对周围建 构 筑振动的频率影响。 3 结论 通过对挤淤爆破工程中监测数据统计、数据回 归分析以及信号的小波包分析得出 1 段药量对挤淤爆破振动效应的影响强于爆 心距对其的影响，通过减小单孔药量，设计多段别起 爆，用微差爆破方式能够有效降低振动危害。 2 堤侧爆填振动强度大于堤头爆填，说明挤淤 爆破中爆破地震波主传方向上 即垂直于炮孔中心 连线方向 振动强度会明显增强。爆破工程实例中 应尽量避免该方向正对被保护对象。这也为后续堤 侧爆填参数设计的优化提供了理论依据。 3 本工程中水介质对爆破振动的传播能力明 显强于岩石介质，在设计爆破方案时要引起重视。 4 挤淤爆破引起监测区域的爆破振动能量主 要集中在低频频带，高频部分很少。 参考文献 [ 1 ]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局． G B 6 7 2 2 - 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d 岬t h e n 哪d l I 砖a n d f u n c t i o n so f ak i n d o fr e l m o r c e d - c o n c r e t ec o n e t r u c t i o nu o c d f o re x p l e a i o na n d i t s m l e v e n t 硼_ r t B ．a n d t h ed e 吲。d 叩州I d 哗p r e c e s e e s o f t h ee x p k 矗o n ．T h ee o a c l u n i o n o f i t sa p p l l c a t i ∞s h o w s t h m t t h e 幅p l 脯i ∞v 锵d i sd e s i g n D e a a q I ．b l e ．a n dc a n b e c o n 6 n u e u a l y n n 列a n db ea b l e t oe f f e c t i v e l yr e e i s t t h ed e a t r u c t i 忧a c t i o n0 f t h ee 4 p l m l e ne h o e ka n d t h e6 E Id 6 k 哪e q m v a ] e n t ．I t t a k e s l 7m ；n t oe o m p l e t o da f to p e r a t i n gc y d e ．A t t h es a m e5 m e ．i ta l s op o i n t ao u t t h ed e v e l o p m e a tt r e a do f t h ec x 栅帅T 瞅k ． [ K E YW O R D S ] d e 啦u c 妇o f t h eW I l 6 I ￡a m m u n i t i o n ．骼p I 儡i ∞v e s s e l ，r e i n f o r c e d ∞r 哪吼ee m J c l u r e 上捶摹3 7 页 A n 蚰y 豳O DV i b r a t i o nE f f e c ti n d u c e db yE m b a n k m e n tB l a s t i n g T o e - 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