陳 勇

（中國非金屬材料南京礦山工程有限公司，江蘇 南京 210014）

我們在日常從事爆破作業(yè)的時候，會編制詳細(xì)的爆破方案，嚴(yán)格控制單響起爆藥量，控制單次作業(yè)起爆總藥量，從根源上最大程度降低爆破震動，減少震動危害。即使有這樣完善的防控措施，依然會發(fā)生因?yàn)楸普饎拥奈：Τ霈F(xiàn)[1]。

1 礦山爆破振動

結(jié)合我們每次謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)的單響起爆藥量與外圍村民構(gòu)建筑物內(nèi)感受到的震動，我們頗有困惑，這么遠(yuǎn)的距離與位置不應(yīng)該有這么強(qiáng)烈的建筑物晃動。當(dāng)然我們也知道最直觀的方式就是在村民住處安裝測振儀來測量震動幅度，但條件所限，我們的測振儀布置在了礦山起爆點(diǎn)之后，或在警戒圈之外，這要比民房的位置更靠近我們起爆點(diǎn)，測出來震動幅度按道理來說遠(yuǎn)比民房處的要大，但是我們收集了很多次的爆破震動記錄，測出的數(shù)據(jù)均小于爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)值。

圖1 2020年爆破振動統(tǒng)計(jì)

圖2 爆破振動監(jiān)測

2 共振破壞

針對這一現(xiàn)象我們排除人體感知強(qiáng)度與實(shí)際震感的差異以后，進(jìn)行合理推測，爆破震動是否會引起其他因素導(dǎo)致設(shè)計(jì)警戒范圍之外的民房損壞。

推測一：共振破壞原理。

我們基于爆破震動公式得出的安全警戒范圍，基本上只考慮震動幅度的大小給構(gòu)筑物所造成的損害，而沒有考慮爆破產(chǎn)生的震動頻率恰好與建筑物的固有頻率相接近時，使得建筑物發(fā)生了共振，從而出現(xiàn)共振破壞。

3 警戒范圍

在傳統(tǒng)爆破震動公式計(jì)算出的警戒范圍區(qū)域（圖3圖4的區(qū)域二）外，可以保證爆破震動振幅不會破壞建筑物。假設(shè)在一個狹窄區(qū)域內(nèi)（圖3圖4的區(qū)域三），震動頻率衰減到建筑物固有頻率，使得建筑物發(fā)生了共振破壞。因此我們應(yīng)當(dāng)考慮在劃定完爆破震動警戒范圍后，再計(jì)算出一個爆破震動頻率圈，對于處在這個爆破震動頻率圈內(nèi)的建筑物給予重點(diǎn)防護(hù)。以上推測基于爆破震動頻率衰減較慢，區(qū)域三內(nèi)建筑物建筑形式較為統(tǒng)一，共振頻率大致相同。區(qū)域三有個較為明顯的特征，在區(qū)域一，人在建筑物內(nèi)能感受到明顯的爆破震動，在區(qū)域二和區(qū)域四人在室外和室內(nèi)都沒有感受到震動，而在區(qū)域三內(nèi)，人在建筑物內(nèi)能明顯感受到震動，建筑物因爆破震動引發(fā)的因素而發(fā)生損壞的可能性加大。如何確定和找到區(qū)域三，主要可以從兩個方面入手，一是歸納爆破震動數(shù)據(jù)，推算出爆破震動頻率遞減公式；二是測定不同建筑類型的共振頻率，二者相結(jié)合，方能確定共振區(qū)域的大致范圍，并對共振范圍的建筑物加以保護(hù)[2]。

圖3 爆破警戒范圍示意圖

圖4 爆破警戒范圍示意圖

4 地形因素導(dǎo)致震動放大原理

我國的露天礦大部分為山坡露天礦，開采區(qū)域海拔一般要高于當(dāng)?shù)鼐用窠ㄖ锏暮０胃叨取Ｔ谧鳂I(yè)區(qū)的爆破震動大部分呈現(xiàn)出由高到低的傳播方向。參考任東帥《邊坡對地震動加速度譜值影響的有限元分析》中提到，1971年的菲律賓圣費(fèi)爾南多地震時，地震研究者發(fā)現(xiàn)帕克依瑪壩的加速度記錄比其他地方要高得多，后來通過對地震響應(yīng)實(shí)測結(jié)果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)建筑物的地震響應(yīng)與其所處的地形有關(guān)。這些觀測研究表明，地震發(fā)生時局部不規(guī)則地形存在局部的地震放大效應(yīng)，也就是地形放大效應(yīng)。作者為了確定邊坡最地震小櫻的放大程度以及影響范圍，進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析其加速度譜值的特征，經(jīng)研究結(jié)果表明：①地震影響系數(shù)的放大倍數(shù)與斜坡的高度、角度有密切聯(lián)系，斜坡高度越高，放大倍數(shù)也越大。②對于高度60m以內(nèi)的巖質(zhì)邊坡，水平地震影響系數(shù)的放大倍數(shù)在1.6倍以內(nèi)，當(dāng)檢測位置距離坡定點(diǎn)大于8H（H為坡高）時，放大倍數(shù)均小于1.1倍，當(dāng)監(jiān)測位置距離坡定點(diǎn)大于10H時，放大倍數(shù)均小于1.03倍，可以忽略不計(jì)。③坡面形狀會影響放大效應(yīng)，凹面坡和凸面坡均會增大放大效應(yīng)等。

以上研究的都是地形對于地震波的傳播影響，且地震波的傳播方向均為由低海拔至高海拔，可以看到坡面地形會對地震波的傳播產(chǎn)生放大效應(yīng)。爆破震動波的傳播方向雖然大部分由高海拔傳向低海拔，結(jié)合工程實(shí)際情況推測，坡面地形也會對爆破震動產(chǎn)生震動放大效應(yīng)。建議在沿用之前的爆破震動經(jīng)驗(yàn)公式時，可新增一個地形放大效應(yīng)系數(shù)，系數(shù)的大小應(yīng)根據(jù)坡面地形的坡度的大小和爆破震動傳播高差來確定。

我們可以從圖5中看出，在平面上的建筑物受到的爆破震動傷害主要是爆破震動橫波的作用，縱波的損害相對較小。但是在坡面上的建筑物則會受到爆破震動產(chǎn)生的橫波與縱波的疊加損害，這也是從一個側(cè)面證明了地形會對爆破震動產(chǎn)生放大效應(yīng)。

圖5 振動波紋示意圖

5 總結(jié)

在計(jì)算爆破震動警戒范圍時應(yīng)，應(yīng)新增共振破壞和地形放大效應(yīng)兩個因素，加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)域的建筑物防護(hù)等級。以上兩點(diǎn)推測還應(yīng)在以后不斷的爆破震動檢測中積累相關(guān)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)梳理出更精準(zhǔn)的公式及影響參數(shù)。