姚昌明

（浙江巨化化工礦業(yè)有限公司，浙江 衢州 324403）

爆破開挖是目前礦山開采、水利水電等工程隧道開挖的主要施工方法之一，而爆破引起的振動直接影響附近建筑物、構(gòu)筑物及相關(guān)設(shè)施的安全。

目前對巷道爆破的振動效應(yīng)研究多集中于節(jié)理構(gòu)造對巷道爆破振動的影響，并根據(jù)裝藥量、布藥結(jié)構(gòu)等提出了巷道爆破振動的衰減規(guī)律[1-4]。為控制爆破震害，工程上多采用振動監(jiān)測來了解爆破的振動強(qiáng)度，分析爆破振動對地表建筑物安全的影響程度[5-7]。但過小的進(jìn)尺會降低施工效率，增大工程成本。

為解決這個(gè)問題，必須先清楚巷道掘進(jìn)爆破引起的地表振動特性及其影響范圍。特別是對于埋深小于30 m的淺埋巷道施工，爆破產(chǎn)生的振動效應(yīng)造成的危害更大，其地表振動特性更復(fù)雜。因此，研究地表的振動效應(yīng)特點(diǎn)，才能提出合理可行的減震爆破技術(shù)，達(dá)到既控制爆破震害，又提高工程效率的目的。

以某硫鐵礦區(qū)的淺埋巷道為例，對現(xiàn)場爆破實(shí)測檢測，對振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究其地表振動特性及其變化規(guī)律，建立工程爆破振動控制與監(jiān)測系統(tǒng)，以保證巷道掘進(jìn)的順利進(jìn)行。

1 工程概況

某硫鐵礦區(qū)擁有2 Mt多金屬硫鐵礦，該礦體埋深較淺，礦區(qū)周邊有高速公路，110 kVA高壓線及省道穿過，且附近有大量的民房。因而礦區(qū)淺部巷道的掘進(jìn)和今后淺部礦石開采的爆破振動成為一個(gè)重要的安全問題，其直接影響著今后礦山能否正常建設(shè)及生產(chǎn)。

2 爆破振動監(jiān)測方案

1)監(jiān)測儀器的確定。測試儀器采用TC-4850爆破振動儀以及配套的水平、垂直速度傳感器，其采樣率 1～50 kHz，多檔可調(diào)，最大量程 10 V（35 cm/s），讀數(shù)精度為0.1%，可實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、存儲和分析。儀器的觸發(fā)電平為0.005 cm/s，采樣率設(shè)為8 kHz，采樣時(shí)間為5 s。起爆前3 min打開儀器，人員撤離，儀器自動采取數(shù)據(jù)并保存。

2)監(jiān)測點(diǎn)的布置?，F(xiàn)場爆破振動監(jiān)測測點(diǎn)布置在爆區(qū)上方，沿平行電力線路鐵塔方向2側(cè)布置測線，每條測線根據(jù)地表情況，布置3個(gè)測點(diǎn)，在每個(gè)測點(diǎn)上布置垂直和水平徑向的速度傳感器監(jiān)測爆破開挖時(shí)的振動特征。

3)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)：選用抗水性能好、起爆感度高、爆速大、猛度高的巖石乳化炸藥。炮眼按梅花型布置，設(shè)置掏槽眼、輔助眼和周邊眼，斷面中心均設(shè)直眼掏槽，爆破裝藥采用耦合裝藥。根據(jù)現(xiàn)場施工的實(shí)際設(shè)備情況，確定炮孔直徑為40 mm，最大段裝藥量為3 kg。

3 結(jié)果與討論

3.1 一般分析

GB 6722—2011所規(guī)定的爆破振動安全標(biāo)準(zhǔn)及國際流行的爆破振動安全標(biāo)準(zhǔn)都是以質(zhì)點(diǎn)振動速度或振動速度結(jié)合振動頻率為依據(jù)，一般發(fā)電廠中心控制室設(shè)備及輔助設(shè)施的爆破安全允許振速小于0.5 cm/s[8]。在巷道爆破掘進(jìn)過程中，共進(jìn)行了5次爆破振動監(jiān)測，現(xiàn)取1次典型的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，質(zhì)點(diǎn)振速測試結(jié)果見表1所示，地表測點(diǎn)振速分布范圍如圖1。

表1 巷道爆破振動測試數(shù)據(jù)Tab 1 Blasting vibration test data of tunnel

由表1可知，振動速度的最大值為0.274 cm/s，小于GB 6722—2011規(guī)定的一般發(fā)電廠中心控制室設(shè)備及輔助設(shè)施安全允許最大振速0.5 cm/s，說明巷道爆破產(chǎn)生的振動不會對地表的電力線路鐵塔產(chǎn)生破壞性影響。

由圖1可知，分布曲線近似正態(tài)分布，中間振速0.10～0.20 cm/s明顯較多。因此，必須加強(qiáng)對電力線路鐵塔的振動監(jiān)測，必要時(shí)采取減震措施。

圖1 地表測點(diǎn)振速分布曲線Fig 1 The vibration velocity distribution curve of surface measuring point

由表1還可知，各測點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振速并不是隨著高差和爆心距的變化而呈現(xiàn)單調(diào)性變化，當(dāng)高差效應(yīng)系數(shù)較小時(shí)，質(zhì)點(diǎn)水平和垂直方向峰值振速趨于一致，而高差效應(yīng)系數(shù)在0.85～0.95內(nèi)，振速峰值達(dá)到最大；同時(shí)還可以看出，在測點(diǎn)斷面上，質(zhì)點(diǎn)振動速度具有方向效應(yīng)，水平方向振速明顯小于垂直方向振動速度，這跟文獻(xiàn)[9]認(rèn)為凹形地貌具有衰減效應(yīng)，而水平衰減系數(shù)大于垂直衰減系數(shù)有相似的結(jié)論。

3.2 回歸分析

考慮高差影響的實(shí)際意義，通過量綱分析得到的考慮高差效應(yīng)修正后的爆破振動速度計(jì)算公式[10]：

式中，v為質(zhì)點(diǎn)峰值振速，m為同段起爆的最大炸藥量，k為巖石性質(zhì)、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù)，α和β分別為地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減系數(shù)。由現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析可知，地表測點(diǎn)的垂直向振動速度一般要大于其水平向振動速度。因此，以測點(diǎn)的垂直向振速為控制標(biāo)準(zhǔn)，對薩道夫斯基公式

用最小二乘法進(jìn)行一元線性回歸分析，得：

其中，相關(guān)系數(shù)R1=0.74。

對公式(1)2邊取對數(shù)后為

則

把現(xiàn)場實(shí)測垂直向振速進(jìn)行二元線性回歸分析，最終得到如下現(xiàn)場實(shí)測規(guī)律：

其相關(guān)系數(shù)R2=0.89。

由式(1)～(4)可見，爆破場地的地形高差變化較大時(shí)，傳統(tǒng)的薩道夫斯基爆破振動經(jīng)驗(yàn)公式分析結(jié)果不是很理想，因此，必須考慮高差效應(yīng)給地表振速帶來的影響。結(jié)果表明，取h/r作為高差效應(yīng)系數(shù)對傳統(tǒng)公式進(jìn)行修正后，分析結(jié)果更為理想。

4 結(jié)語

爆破振動效應(yīng)危害大，而爆破振動機(jī)理復(fù)雜，爆破振動強(qiáng)度的因素很多，所以應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況來選取爆破振動監(jiān)測設(shè)備、布置爆破振動監(jiān)測點(diǎn)。

通過對淺埋巷道開挖爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可以得到以下結(jié)論：

1)爆破振動監(jiān)測點(diǎn)布置位置合理，爆破監(jiān)測設(shè)備選用及調(diào)試均符合工程測試要求，測得的測點(diǎn)的垂直振動速度可信度滿足測試要求，所測得的垂直速度均小于GB 6722—2011的允許振速0.5 cm/s。

2)淺埋巷道開挖區(qū)形成的空洞改變了巷道上方淺層巖體的完整結(jié)構(gòu)，高差效應(yīng)系數(shù)在0.85～0.95內(nèi)，振速峰值達(dá)到最大；同時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動速度具有方向效應(yīng)，水平方向振速明顯小于垂直方向振動速度。

3)爆破振動強(qiáng)度回歸分析表明，爆破場地的地形高差變化較大時(shí)，傳統(tǒng)的薩道夫斯基爆破振動經(jīng)驗(yàn)公式分析結(jié)果不是很理想，取h/r作為高差效應(yīng)系數(shù)對傳統(tǒng)公式進(jìn)行修正后，分析結(jié)果更為理想。修正后得到的相關(guān)系數(shù)為0.89。

[1]謝冰,李海波,王長柏,等.節(jié)理幾何特征對預(yù)裂爆破效果影響的數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué),2011,32(12):3812-3820.

[2]張西前.節(jié)理巖體邊坡爆破動力穩(wěn)定性分析研究[D].西安:西安理工大學(xué),2006.

[3]胡春紅,周晶.炸藥量和場地條件對水下爆炸地震波影響的數(shù)值模擬[J].爆破,2007,24(3):11-15.

[4]高蔭桐,譚權(quán),楊仕春,等.布藥結(jié)構(gòu)與爆破震動之關(guān)系的試驗(yàn)研究[J].工程爆破,2004,10(3):19-21.

[5]張世雄,胡建華,陽生權(quán),等.地下工程爆破振動監(jiān)測與分析[J].爆破,2001,18(2):49-52.

[6]方俊波,崔天麟.淺埋地鐵區(qū)間爆破振動對地表建筑物的影響[J].世界隧道,2000(5):28-31.

[7]魏曉林.爆破震動對臨近建筑物的危害影響[J].爆破,1998,15(1):48-54.

[8]GB 6722—2011爆破安全規(guī)程[S].

[9]唐海,李海波,蔣鵬燦,等.地形地貌對爆破振動波傳播的影響實(shí)驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007,26(9):1817-1823.

[10]唐海,李海波.反映高程放大效應(yīng)的爆破振動公式研究[J].巖土力學(xué),2011,32(3):820.