蘇 波，韋 猛，趙 江

（成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都610059）

汽車專用道控制爆破振動監(jiān)測與分析

蘇 波*，韋 猛，趙 江

（成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都610059）

通過對嘉陵江橋改移汽車二級專用道控制爆破振動效應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測、分析，通過線性回歸擬合，得到了該工程的薩道夫斯基經(jīng)驗公式，為預(yù)測爆破振動振速、安全裝藥量、安全影響半徑提供依據(jù)。根據(jù)爆破振動的特點，結(jié)合工程實際施工條件，提出了一系列減振手段，為類似工程對減弱爆破振動效應(yīng)提供了一定的參考價值。

控制爆破；爆破振動效應(yīng)；監(jiān)測與分析

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面展開，爆破工程技術(shù)在采礦工程、交通工程、土建工程、水利工程、國防軍事工程等眾多領(lǐng)域，有了更廣泛的應(yīng)用。但由于爆破控制理論的不夠成熟、爆破施工環(huán)境的不可控因素過多等原因，各種爆破事故時有發(fā)生，爆破作業(yè)產(chǎn)生的爆轟波、爆破振動、爆破飛石等對施工區(qū)建筑物及周圍環(huán)境、人身安全造成一定的安全隱患：爆破振動可能造成建筑結(jié)構(gòu)損傷、強(qiáng)度降低，土壤液化、邊坡失穩(wěn)；爆破飛石可能造成人身安全事故、建（構(gòu)）筑物破壞；爆轟波和沖擊波可能造成建筑失穩(wěn)。其中，爆破振動因為其普遍性、嚴(yán)重性而成為爆破作業(yè)中各類控制因素的關(guān)鍵[1]。因而，準(zhǔn)確監(jiān)測振動數(shù)據(jù)并采取措施控制爆破振動，使其對環(huán)境和周圍建筑物的影響降低，成為在爆破作業(yè)中的一項重要課題。

本文根據(jù)嘉陵江橋改移二級汽車專用道控制爆破振動測試數(shù)據(jù)，對爆破振動數(shù)據(jù)監(jiān)測處理，振動傳播衰減規(guī)律，爆破振動控制進(jìn)行了研究，可對類似爆破工程提供一定的參考。

1 改線土石方爆破振動監(jiān)測

1.1 工程概況

西安至成都鐵路客運專線四川段工程XCZQ-1標(biāo)，因嘉陵江橋建設(shè)占用廣元至陜西專用二級公路，需將該段改線。該改線工程需將約60000m3的巖石進(jìn)行爆破開挖，山體開挖高度約30m。作業(yè)工地位于川陜公路近旁，日交通車輛在0.5萬輛以上，且施工期間需保持通行。爆破區(qū)四周臨近各種建筑設(shè)施，除了征地拆遷范圍內(nèi)的民房拆除外，大部分建（構(gòu)）筑物仍然在爆破的影響范圍內(nèi)，爆破環(huán)境極為復(fù)雜。

爆破作業(yè)現(xiàn)場位于西成客專線路樁號DK378+810處，為汽車二級公路改線工程。爆破區(qū)一側(cè)緊鄰原川陜二級公路，及廣陜高速公路嘉陵江高架橋。最近處水平距離17m，最高高差20m（橋面）、32m（橋底及原二專路路面）。另一側(cè)為山體高邊坡，邊坡上方有民房多間，最近處水平距離15m。作業(yè)區(qū)平臺為原開挖形成巖質(zhì)邊坡，坡度1∶0.5，最高處高32m，寬18m，長約300m。爆區(qū)地層主要為灰?guī)r夾頁巖（T2l）：灰、黃灰、灰白色，中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，溶蝕發(fā)育，地表多見溶溝、溶槽。夾灰綠、黃綠色薄層頁巖。巖體產(chǎn)狀近水平，弱風(fēng)化帶（W2）屬Ⅴ級次堅石，B組填料。

1.2 爆破方案

根據(jù)控制爆破機(jī)理，以及開挖路段的設(shè)計資料、周邊環(huán)境、工程性質(zhì)的分析，結(jié)合我國當(dāng)前的爆破工程技術(shù)發(fā)展水平和國家相關(guān)行業(yè)要求，土石方爆破擬確定采用淺孔微差控制爆破的施工方案。同時考慮進(jìn)度要求，將爆區(qū)分為6個臺階，平行作業(yè)。爆區(qū)邊緣永久邊坡采用預(yù)裂爆破及光面爆破法施工，有效減振的同時又使邊坡平整。臺階分層高度為5m。對于接近廣陜高速公路嘉陵江高架橋橋墩的高危開挖路段，多次爆破到設(shè)計標(biāo)高。

1.3 監(jiān)測儀器

根據(jù)現(xiàn)場地貌特點以及工程需求，對工區(qū)爆破作業(yè)振動監(jiān)測采用TDEC拓普測控科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的UBOX-20016爆破振動記錄儀。該儀器尺寸小、重量輕且自帶蓄電池，適合野外爆破作業(yè)現(xiàn)場。該儀器集振動監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果輸出三位一體，配有BM View專業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。儀器主要性能指標(biāo)：采樣頻率：20～200kHz；負(fù)延時長度：0～4k可調(diào)；最長采集長度：64k；量程：1V、2V、5V、10V四檔可調(diào)；觸發(fā)電平：0.01～0.95倍量程；內(nèi)觸發(fā)方式：上升沿內(nèi)觸發(fā)；通道數(shù)：4個[2]。

1.4 測點布置及拾振器安裝

根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場實際情況，測點布置的原則是：（1）最近原則，測點位置靠近最近處的建(構(gòu))筑物。就該項目而言，測點應(yīng)布置在緊鄰待爆區(qū)的高邊坡居民區(qū)以及距待爆區(qū)直線距離較近的廣陜高速高架橋墩；（2）直線原則，在一定監(jiān)測范圍，監(jiān)測點盡量布置為直線，形成監(jiān)測線；（3）近密遠(yuǎn)疏原則，同一監(jiān)測線上，布點距離遵循對數(shù)原則，近源地段集中布點，方便線性回歸，測點布置如圖1所示。

圖1 控制爆破振動監(jiān)測測點布置示意圖

UBOX-20016爆破振動記錄儀配套使用的拾振器采用磁電式振動速度傳感器，其工作參數(shù)如下：（1）誤差精度：＜3%；（2）敏度：250mV/cms-1。將接觸面以及傳感器磁座清理干凈，用石膏粉將拾振器牢固粘結(jié)在被測建筑上，拾振器至記錄儀的傳輸信號線長度小于2m，避免長距離的信號衰減。

1.5 爆破參數(shù)及監(jiān)測結(jié)果

為了降低振動和空氣沖擊波，孔間采用毫秒微差爆破，單段裝藥量控制在10kg以內(nèi)，延時雷管采用普通毫秒延期電雷管。段間微差時間間隔應(yīng)等于或接近使前排藥包承擔(dān)的受爆體已經(jīng)移動，后排藥包爆破的臨空面已經(jīng)形成的時間，同時大于或等于可使相鄰藥包爆炸引起的爆破振動主振相分離的時間，以使前后排藥包爆破地震波傳播至保護(hù)物時不疊加，從而達(dá)到降震緩沖的目的[3]。

本次爆破振動監(jiān)測共計觀察4次，每次6個測點，得到有效爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)24次，部分振動監(jiān)測結(jié)果如表1所示，其典型振動波形如圖2所示。

1.6 爆破振動規(guī)律

表1 部分監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽表

爆破時影響振動強(qiáng)度的因素很多，主要包括爆源藥量、埋深、爆源介質(zhì)物理參數(shù)，爆破方式，放置炸藥的孔洞的自然性質(zhì)以及爆心距、傳播途徑的地質(zhì)背景、巖土條件等。要完全考慮這些變量是困難的，可近似地選擇炸藥量和爆心距作為主要變量，其它變量歸納到常系數(shù)中去。為得到工區(qū)巖體的爆破振動規(guī)律,利用前蘇聯(lián)薩道夫斯基經(jīng)驗公式對爆破振動數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。

式中：V——爆破振動速度，cm/s；

R——爆破地震波危險半徑；

K——與地震波傳播地段的介質(zhì)性質(zhì)及距離有關(guān)的系數(shù)；

α——爆破性質(zhì)系數(shù)；

Q——最大單響裝藥量，kg。

圖2 典型振動波形圖

對式（1）左右兩邊取對數(shù)，得到：

利用薩道夫斯基公式的線性擬合方法，將所測得的24組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析得出K、α值。爆破介質(zhì)系數(shù)K=2.073，爆破性質(zhì)系數(shù)α=0.276。因此式（1）可以改寫為：

用所得出的經(jīng)驗公式可以得出爆破振動傳播的基本規(guī)律，反算出在一定安全振速的限制下，最大單段使用炸藥量Q以及在一定炸藥量情況下距爆心不同距離的振動速度，以此指導(dǎo)施工，使得最大段炸藥量控制在Q值以下。

1.7 爆破安全性判定

量化爆破振動對建（構(gòu)）筑物影響的參量主要有爆破振動速度、爆破振動加速度、爆破振動幅度。國內(nèi)外多以爆破振動速度作為爆破振動破壞安全性判別標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國家2003年頒布的爆破振動安全標(biāo)準(zhǔn)[4]，具體規(guī)定如表2所示：

表2 爆破振動安全標(biāo)準(zhǔn)

在此工程實例中，受爆破振動危及的建筑物主要為民用磚房、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高速公路橋墩。根據(jù)爆破振動安全標(biāo)準(zhǔn)，我們可以認(rèn)為保護(hù)對象類別為一般磚房、非抗震大型砌塊建筑物。為確保建筑物的安全性，爆破振動速度許用臨界值按照表2中相關(guān)類別的下限來進(jìn)行取值，既是2.0cm/s。從現(xiàn)場實測振動速度數(shù)據(jù)可知，振動速度最大值為1.269cm/s，在安全振速標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，故而現(xiàn)場的爆破施工對鄰近建筑物沒有安全影響。

2 爆破振動控制手段

針對明山爆破施工中振動效應(yīng)的振動幅度大、頻率高、幅值衰減快、持續(xù)時間短等特點[5]，結(jié)合現(xiàn)場爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用如下方法來減弱爆破振動效應(yīng)帶來的影響，從而保障鄰近建筑物以及居民的安全：

（1）嚴(yán)格控制單段裝藥量。炸藥量是控制爆破振動效應(yīng)最有效、最直觀的措施之一。根據(jù)線性擬合的薩道夫斯基經(jīng)驗公式，在巖性和爆破條件一定的情況下，比例藥量ρ=越小，振速V就越小。當(dāng)爆心距R一定，在不影響破碎巖體的情況下，減小單段起爆裝藥量，能有效控制爆破振動效應(yīng)[6]。

（2）鉆鑿預(yù)裂爆破孔及減震溝。在爆破作業(yè)區(qū)邊緣設(shè)置預(yù)裂炮孔，在爆破作業(yè)區(qū)與修筑民房的邊坡之間設(shè)置減震溝。預(yù)裂孔平行于坡面布置，其裝藥結(jié)構(gòu)為不耦合空氣間隔裝藥，即孔底放置炸藥，中間空氣間隔，孔口炮泥封堵。通過現(xiàn)場工程實踐，通過鉆鑿預(yù)裂爆破孔及減震溝，能有效降低爆破振動對建筑物的擾動，降振幅度可達(dá)20%～40%。

（3）合理確定起爆順序及各段起爆時間間隔。預(yù)裂孔與主爆孔首段同步起爆；主爆孔采用斜線起爆，同時爆破方向為斜向永久邊坡，以確保爆破飛散物崩落方向背離高架橋方向。增大延時非電雷管的段位差，使排間微差時間間隔適當(dāng)增大，大于使前排藥包承擔(dān)的受爆體已經(jīng)移動，后排藥包爆破的臨空面已經(jīng)形成的時間，以及可使相鄰藥包爆炸引起的爆破振動主振相分離的時間，使前后排藥包爆破地震波傳播至受振動效應(yīng)波及的建筑物時不疊加，從而達(dá)到減振的目的。

（4）調(diào)整局部裝藥結(jié)構(gòu)。由于鉆孔施工中的操作失誤、地形限制，造成某些炮孔位抵抗線過??；或者鉆遇斷層、裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)時，炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，包括裝藥量的控制以及炸藥布設(shè)位置。

（5）提高堵孔炮泥質(zhì)量。堵孔材料可選用粘土、砂加粘土或者較濕潤的河沙，為保證堵塞質(zhì)量，每填入0.3m時用木棍或竹竿搗固密實，堵塞材料中應(yīng)避免夾雜碎石。炮孔堵塞必須要有一定的長度，一般取堵塞長度不小于孔深的20%。

3 結(jié)語

作為爆破作業(yè)中最為普遍的一種危害，爆破振動效應(yīng)一直是限制爆破工程進(jìn)度、威脅爆破工程安全的罪魁禍?zhǔn)?，對爆破振動的監(jiān)測與分析成為一項重要的課題。通過爆破振動記錄儀對現(xiàn)場振動數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，通過回歸分析、線性擬合得到符合該項爆破工程的薩道夫斯基公式，可以對爆破振動振速、安全裝藥量、安全影響半徑作出預(yù)測，為減弱爆破振動效應(yīng)提供參考。通過控制單段起爆炸藥量、鉆鑿預(yù)裂爆破孔、開挖減震溝、確定合理的起爆順序、各段間起爆時間間隔、調(diào)整局部裝藥結(jié)構(gòu)、提高炮泥質(zhì)量等手段，可以有效控制爆破振動振速，確保工程的順利進(jìn)行。

[1]CN-GB爆破安全規(guī)程[S].2003.

[2] 楊文東,范高軍.龍灘水電站左岸導(dǎo)流洞爆破振動測試與控制研究[J].地震工程與工程振動,2008,28(4):168-172.

[3] 李生鑫.露天煤礦深孔爆破振動測試及分析[J].科技信息, 2013(6):397.

[4] 吳克剛,邱進(jìn)芳,謝鵬，等.爆破地震危害及爆破振動測試[J].采礦技術(shù)，2009(5):115-116,122.

[5] 黃建軍,李克民,常治國，等.中小型露天礦山爆破有害效應(yīng)分析[J].露天采礦技術(shù),2011(6):1-3.

[6] 黃憶龍.工程爆破中的災(zāi)害及其控制[J].西部探礦工程,2002, 14(2):90-91.

TD235

A

1004-5716(2015)02-0187-04

2014-10-14

2014-11-03

蘇波（1989-），男（漢族），四川綿陽人，成都理工大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：地質(zhì)工程（鉆掘工程理論與方法）。