爆破监测

爆破监测（精选8篇）

爆破监测 篇1

摘要：在实际的爆破工程中,为了减小爆破对周边环境的影响,对爆破的地震效应进行实测和控制是必要的。实际爆破监测表明,小药量剂的炸药能够减小爆破对周边区域的影响,同时减震沟也能很好的减小爆破的影响。

关键词：爆破地震,振动监测,振动速度

炸药爆炸后形成的爆炸应力波会造成建筑物结构失稳、开裂和变形等危害。为了掌握现场爆破对其周围环境的影响,一般会在现场进行爆破振动实地监测来了解爆破波的振幅和频率特性、传播规律等[1]。关于现场爆破的研究有很多,例如李新平通过现场爆破振动测试和数值模拟方法研究了地下厂房爆破损伤范围[2],宗琦以实际矿山深孔爆破和城市基坑爆破工程为例研究了爆破地震波的传播和衰变规律[1],徐飞对煤矿井下巷道掘进爆破振动进行实测和分析研究了巷道掘进爆破振动速度的衰变规律[3]。本文以宝通寺车站基坑爆破为实例研究爆破振动对其周边环境的影响。

1爆破段工程概述

宝通寺站位于东西走向的武珞路地下,武珞路和南北走向的石牌岭路交汇路口以西约250m处。车站基坑总长219.2m,宽18.5m,深约17.3m～18.0m,其中爆破石方约41201m3。该区域通过钻探得到的地层依次为:杂填土、素填土、粉质粘土、含碎石粘土、粉砂质泥岩、砂岩。其中砂岩的岩性为:草黄色,强～微风化,为石英杂砂岩,主要成分为石英,含少量页岩、硅质岩屑,硅质及铁质胶结,砂质结构,层状构造;岩石裂隙发育,裂隙面上有黑色氧化铁薄膜;岩层极破碎～较完整。爆破区域主要集中在较完整的微风化砂岩部位。

宝通寺站周边建筑物密集,人流密集。站点西北侧约45m为宝通禅寺围墙,115m为宝通禅寺;东北侧约140m为广州军区武汉总医院所属住宅楼,首层沿街为小型店铺。东南侧紧邻亚洲贸易广场,约28层;南侧约5m商业3层楼房已拆除,西侧约20m为江天大厦。为确保基坑自身围护结构的的稳定和降低爆破对周边永久建筑物的振动影响,爆破施工时对不同类型建(构)筑物和保护对象进行爆破振动监测。

根据国家标准《爆破安全规程》(GB6722-2003)的规定,并结合设计文件及专家评审意见等,宝通寺站基坑开挖爆破安全质点振动速度控制标准为:普通砖房最大允许振动速度取3cm/s,基坑围护桩最大允许振动速度取10cm/s,古建筑最大允许振动速度取3mm/s。

2监测原理与爆破监测仪器

爆破振动传播与衰减规律一般采用萨道夫斯基的经验公式,但是对于高差较大的部位,还应考虑爆破地震波传播的高程效应,因此常采用如下的经验公式:

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式中,K、α表示与地形、地质条件等因素有关的系数衰减系数;H表示爆心与测点之间的高程差,m;Q表示与振速V值相对应的最大一段起爆药量,Kg;D表示爆心与测点之间的水平距离,m;β表示高程差影响系数。

通过一定数量的现场爆破振动速度监测数据,进行回归分析,求得爆破振动速度经验公式中的K、α、β值,获得本地区爆破振动速度传播与衰减的经验公式。

根据国家标准规定,爆破振动安全以质点峰值振动速度为控制标准。根据现场施工情况,在测点布置垂直和水平两向的速度传感器(测点布置图详见图1),采用四川拓普数字设备有限公司生产的UBOX20016便携式数据采集设备进行采集和处理。该仪器能对传感器(包括速度、加速度、压力、应变、温度等)产生的动态、静态模拟信号进行数字转换、存储,并有触发机制保证只对关心特征的信号进行正确记录。掉电保护功能使记录下的数据长期不丢失,通过仪器上的USB接口可和计算机通信、传送数据,并有配套软件做进一步的数据分析处理,如波形显示、FFT频谱分析、最大值、最小值、存盘和打印数据等。

3爆破监测结果

爆破孔间距1米,排间距1米,孔深3米。单次爆破6个炮孔,分1、5、9段微差起爆。单位炸药消耗量0.45公斤/立方,单孔药量1.35公斤,单响药量2.7公斤,总装药量8.1公斤。

根据现场施工情况,对宝通寺站基坑爆破进行了多次振动监测。其中,表1表示第1次和第4次爆破振动试验监测数据,相应的典型振动图见图2～图5。

注明:表1括号内表示第4次爆破振动试验监测数据

在爆破振动试验监测数据中,以2号测点的爆破振动波形图为典型实测波形,详细见下图:

根据第1次和第4次对宝通寺站基坑爆破振动监测结果可以看出,4、5、6号测点速度值小于规范对古建筑物0.3cm/s的要求。其余建筑物实测振动速度小于最大允许振动速度3cm/s,基坑围护结构实测振动速度小于最大允许振动速度取10cm/s。这是因为每次爆破时炸药药量剂比较小,另外在2号测点周围沿车站基坑长边方向有一条下水道,它们对测点速度值的影响都很大。

4爆破监测结论

基于宝通寺站基坑开挖爆破工程,对爆破周边建筑物进行了监测,得到了爆破监测结果。通过实例说明小药量剂的炸药能够减小爆破对周边区域的影响,同时减震沟也能很好的减小爆破的影响。

参考文献

[1]宗琦,汪海波,周胜兵.爆破地震效应的监测和控制技术研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27,(5):938-945.

[2]李新平,陈俊桦,李友华,等.溪洛渡电站地下厂房爆破损伤范围及判据研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29,(10):2042-2049.

[3]徐飞,任庆峰,宗琦.煤矿井下巷道掘进爆破振动监测与分析[J].煤矿爆破,2010,(4):9-11.

爆破监测 篇2

介绍了在特殊地理环境下进行隧道爆破施工时,对周边居民区和特殊区域进行爆破震动监测并实时调整爆破参数和防护措施确保安全的`成功经验,全面详细叙述了爆破监测方案.通过动态监测分析数据来调整隧道爆破参数和施工方案的方法,能够确保施工安全、维护周边环境.

作 者：朱成军 ZHU Cheng-jun  作者单位：中国铁建十四局集团有限公司,山东,济南,250014 刊 名：山东交通科技 英文刊名：SHANDONG JIAOTONG KEJI 年，卷(期)： “”(3) 分类号：U455.6 关键词：隧道爆破   爆破震动监测   爆破参数   监测数据   优化  

爆破监测 篇3

沙坪2级水电站位于四川省乐山市峨边彝族自治县和金口河区交界处,是大渡河干流水电规划22级开发方案中第20个梯级,上游为沙 坪1级水电站,下游为已 建的龚嘴 水电站。水电站为混凝土闸坝,枢纽建筑物主要由右岸连接坝段、泄洪闸坝段和河床式厂房等建筑物组成。主厂房安装6台单机容量为57.5 MW的灯泡贯流式机组,总装机容量为345 MW。

水电站泄洪闸和厂房施工导流采用分期拦断河床、明渠导流的方案[1]。工程先期完成对河岸右侧导流明渠的开挖,并对导流明渠右侧纵向预留岩坎进行帷幕灌浆防渗处理。在导流明渠开挖完成后,一期围堰截流闭气、基坑抽水,然后进行闸坝段及挡水坝段的爆破开挖。纵向预留岩坎作为明渠挡墙,同时最终会作为拦河闸坝和电站厂房基础的一部分,有很高的防渗和强度要求,必须保证纵向预留岩坎中防渗帷幕不受邻近基坑开挖的爆破影响而破坏。施工布置见图1。

由于本工程所面临的特殊而敏感的施工环境,对沙坪2级水电站拦河闸坝基坑开挖爆破振动进行跟踪监测,确定爆破振动传播规律,计算开挖部位的允许最大单响药量。结合允许最大单响药量和合理的爆破规模,进行爆破方案设计优化。选取纵向预留岩坎典型断面进行声波检测,确定开挖爆破对预留岩坎的损伤情况,为优化方案的可行性评价分析提供依据。

1爆破试验振动监测与成果分析

1.1监测仪器系统

爆破振动监测的物理量为爆破质点振动速度,基坑开挖爆破时左侧预留岩坎为监测重点。采用的振动测试系统主要由传感器和TC-4850振动测试记录仪组成。传感器输出电讯号,记录仪自动记录,再通过计算机及专用分析软件分析数据并输出结果。

1.2爆破试验及振动衰减规律分析

在水电站预留岩坎部位,沿预留岩坎纵向布置10个测点进行爆破振动监测,每个振动测点均按水平径向、水平切向和竖直向3个方向布设传感器。监测共11场次,获得有效数据330点次。振动测点布置见图2。

对监测数据进行分析。采用目前爆破界通行使用的前苏联M.A萨道夫斯基经验关系式作为峰值质点振动速度衰减规律的回归方程[2,3,4,5,6]:

式中:v为峰值质点振动速度,cm/s;Q为最大单响药量,kg;R为爆心距或波行距,m;K,α为回归系数,与地形地质条件及爆源类型有关。

对实测振速值、相应的药量和爆心距分别进行统计,并区分水平径向、水平切向及竖直向3个方向的振动,按照式(1)进行回归计算,得到如下所示的峰值质点振动速度衰减规律。

(1)水平径向振速衰减规律:

(2)水平切向振速衰减规律:

(3)竖直向振速衰减规律:

1.3最大单响药量计算

国家现行《爆破安全规程》(GB6722-2003)[7],并未对岩石基础爆破振动安全允许标准作明确规定。沙坪2级水电站基坑开挖爆破主要受纵向预留岩坎帷幕灌浆爆破振动安全的制约。纵向预留岩坎右侧基坑开挖时,需保证防渗帷幕和预留岩坎内不出现较大松动裂缝而发生渗漏。根据招投标合同文件并参照类似工程,纵向预留岩坎帷幕灌浆的爆破质点安全振动速度按照5cm/s进行控制。

根据上述振动安全控制标准和式(2)~(4)对相对纵向预留岩坎不同距离处的基坑开挖爆破进行允许最大单响药量计算。计算结果见表1和图3。

从表1和图3可以看出,允许装药量受水平径向爆破振动控制。根据爆破振动衰减规律计算得到的最大单响药量,可作为指导水电站基坑开挖爆破施工的依据。

2爆破方案优化

2.1总体爆破方案

当爆心距为10m时,允许最大单响药量为4.2kg,采用手风钻造孔小梯段爆破;爆心距为20m时,允许最大单响药量为33.2kg,采用高风压钻机造孔孔间微差爆破。当爆心距为25m时,允许最大单响药量为64.9kg,此时可以采用2孔一响,其他参数都与爆心距为20m时的爆破参数相同。当爆心距为30m时,允许最大单响药量 为112.2kg,此时可以 采用3~4孔一响,其他参数与爆心距为20m时的爆破参数相同。所以,下面分别只对10m处和20m处的爆破参数和网路进行设计,爆心距为25m和30m参考20m的爆破设计。

2.2爆心距10m 处爆破设计

沙坪2级水电站工程开挖过程中根据不同爆心距部位采用不同的爆破参数及布孔。爆心距10m处爆破布孔及网路图见图4、图5。主爆孔的孔径与药径分别为42mm和32mm,炸药单耗为0.33kg/m3,孔排距1m,孔距1.5m,孔深2m,单孔装药量1kg左右,4孔一响,最大单响药量为4kg,满足最大单响药量的要求。

2.3爆心距20m 的爆破设计

爆心距20m的爆破布孔及网路图见图6、图7。主爆孔的孔径和药径分别为105mm和90mm,炸药单耗为0.33~0.45kg/m3,孔排距3m,孔距4m,台阶高度6m,单孔装药量28kg左右,单孔单响,最大单响药量满足要求。

3爆破振动控制效果

3.1爆破振动后续监测

现场根据优化方案采取了有针对性的爆破控制措施,并对纵向预留岩坎进行了后续的跟踪振动监测。爆破振动监测共进行了46场次,1380点次。爆破监测结果表明,爆破影响范围内不同爆心距处爆破振动的水平径向速度、水平切向速度和竖直向速度均小于控制标准5cm/s。

3.2声波检测

在爆破振动监测的同时,为检测混凝土闸坝基坑开挖爆破对纵向预留岩坎的损伤情况,在导流明渠右侧预留岩坎顶和坡面各布置了5个声波孔进行了爆破前后的声波检测[8,9,10,11],顶面声波检测孔与导流渠底齐平,坡面声波检测孔孔深8m左右。

对预留岩坎爆破前后声波波速检测结果进行对比分析,声波检测孔纵波波 速平均下 降率为2.81% ~5.20%,均小于10%,参考《水电水利 工程爆破 安全监测 规程》(DL/T53332005)相关判断标准[12],说明基坑开挖爆破对纵向预留岩坎影响甚微或未破坏。

4结论

(1)在沙坪2级水电站基坑爆破开挖过程中,爆破振动可能会对纵向预留岩坎造成影响。通过爆破试验振动测试,根据萨道夫斯基公式进行回归分析,得出了适合于工程特定地形、地质条件下的爆破振动传播规律。

(2)根据招投标合同文件要求,参考类似工程,确定纵向预留岩坎帷幕灌浆的安全允许振速为5cm/s,根据所得的爆破振动衰减规律,推求不同爆心距下允许最大单响药量,并根据最大单响药量和爆破规模进行爆破方案设计和施工,确保了工程的安全性。

爆破监测 篇4

溪洛渡水电站大坝为混凝土双曲拱坝, 大坝高度285.5m, 电站总装机容量12600Mw。为满足大坝监测及仪器埋设需要, 在拱坝坝基左岸AGL1~AGL5、右岸AGR1~AGR5灌浆平洞内共设11个监测室, 监测观测室开挖断面为城门洞型, 断面尺寸为3.5×5.25m, 洞深4.0m。

因灌浆廊道内部分帷幕已施工完成或正在施工, 为避免监测室爆破开挖对帷幕系统造成破坏, 要求开挖爆破时必须严格控制爆破质点振动速度。

2 设计要求及规程规范

监测室洞口控制点30m范围内尚未进行帷幕灌浆部位监测室爆破开挖, 要求质点安全振动速度小于等于2.5cm/s;监测室洞口控制点30m范围内已进行帷幕灌浆部位监测室爆破开挖, 要求在灌后龄期大于等于28天时进行, 质点安全振动速度小于等于1.5cm/s。质点安全震动速度为爆破区药量分布的几何中心至观测点10m控制值。

3 爆破安全监测数据

(1) 爆破安全监测使用拓普UBOX-5016盒式微型记录仪。采样参数如表1。

(2) 爆破振动监测的数据为:爆破振动监测点的质点振动速度与主振频率。

4 爆破方案设计

4.1 爆破参数设计

坝基灌浆洞监测室基本位于Ⅲ类围岩区, 掏槽采用直眼掏槽楔形布孔, 孔深2.2m, 孔距25cm~37.5cm;底部孔深2.2m, 为了保证爆破效果, 其他炮孔深200cm, 间排距为40cm~60cm。

主爆破孔采用φ25乳化炸药进行装药, 堵长60cm~80cm;底孔装药结构为孔底装2节φ32乳化炸药, 中间采用φ25药卷连续装药, 电雷管引爆;光爆孔装药结构为孔底装1节φ32乳化炸药, 中间采用1/2节φ25药卷间隔20cm装药;预计排炮进尺2m, 单耗为1.2~1.6kg/m3。监测室开挖试验阶段控制爆破单响药量不大于5kg, 并根据爆破开挖效果和爆破振动监测成果及时调整爆破参数。

4.2 密集钻孔减振

因为允许质点振动速度很小, 初始爆破施工作业面距防渗帷幕和坝体距离太近, 所以为满足施工要求, 必须采取减小爆破震动的减震措施。本工程采用缩短钻孔进尺、加密布孔减震。

在开挖爆破中, 根据爆破试验测试结果, 适当调整钻孔进尺段长, 严格控制爆破单响药量, 同时增加爆破分段数;采用加密周边孔孔排, 在爆源和帷幕间的一定范围内形成屏障, 在帷幕处质点的振幅和振动速度都较无孔排时明显降低。

5 振动监测

爆破振动监测的目的是确定被保护目标的安全, 并为调整后续爆破的参数提供参考依据。在监测过程中应记录尽量多的数据, 以保证记录数据能说明复杂地质条件下被保护目标的振动特征。本工程对每一次爆破都进行了振动监测, 然后根据监测的结果判别被保护目标的振动值是否处在安全范围内。

5.1 监测数据分析

监测室采取灌浆洞扩挖方式, 在灌浆廊道布置了4个爆破振动监测点, 监测点质点振动速度及频率如表2。

(1) 根据设计要求, 爆心距10m位置为最大观测控制点位置。因此在左右两侧爆心距为10m的位置布置1#、2#检测点。其中1#测点质点振动速度径向为2.21cm/s, 切向为2.05cm/s, 垂直向为2.14cm/s;2#测点质点振动速度径向为2.08cm/s, 切向为1.98cm/s, 垂直向为2.03cm/s。爆心距10m位置最大质点振动速度为2.21cm/s (径向) 。其它各测点中, 3#测点最大质点振动速度为1.47cm/s (垂向) , 4#测点最大质点振动速度为0.92cm/s (径向) 。

(2) 本次监测点质点主振频率范围为52Hz~610Hz。

5.2 初步结论

从多次爆破规模及测试数据反映的情况来看, 爆破振动监测质点振动速度分别为径向、切向和垂直向, 爆破振动速度随爆心距增加, 各测点的质点振动速度呈降低的趋势。根据设计要求, 爆破区药量分布的几何中心至10m为最大控制观测点, 未进行帷幕灌浆部位要求质点安全振动速度小于等于2.5cm/s;已进行帷幕灌浆部位质点安全振动速度小于等于1.5cm/s, 因此测试质点振动速度满足设计要求。

6 结语

爆破监测 篇5

基于上述原因, 通过隧道掘进爆破的振动监测与控制技术研究可以在保证隧道结构安全的基础上, 寻求经济合理的爆破掘进方案, 对促进控制爆破技术的发展具有重要的理论和实用价值[3]。

1 依托工程概况

新建隧道下部的既有隧道为分离式双向4车道, 隧道长445m, 隧道净距约为28m, 新建隧道为双向四车道的连拱山岭隧道, 新建隧道平面线位于既有隧道的内侧, 且底部高于既有隧道。

新建隧道围岩基本质量级别为V级, 稳定性较低, 宜采用复合式衬砌。新建隧道第四系厚度不大, 岩石属较硬岩-坚硬岩, 施工中要充分考虑开挖难度。新建雅山隧道与既有雅山隧道净距较小, 最小净距约12.5m, 新建隧道位于既有隧道之上, 如图1所示。既有雅山隧道采用复合式衬砌, 初期支护为型钢支护, 二次衬砌为素混凝土和钢筋混凝土衬砌, 影响范围内的隧道衬砌为素混凝土衬砌, 抗震等级为八度, 如图1所示。

2 试验方案设计

由于掏槽爆破时, 仅有一个自由面, 爆破时夹制作用很大, 若要取得好的掏槽效果需要加大掏槽爆破的单孔药量[4]。通过对主洞试验段爆破开挖的监测, 发现尽管掏槽爆破的单段药量不是最大, 但往往掏槽爆破引起既有隧道中的振动强度最大, 若要降低爆破施工中的振动效应, 则需要控制掏槽爆破的单段药量。但是降低了掏槽爆破的单段药量又会影响到掏槽爆破的效果, 使得整体爆破效果不佳[5,6]。

针对这种情况, 在优化方案中通过在掏槽孔形式不变的情况下对装药结构进行改而解决了掏槽效果与爆破振动效应之间的矛盾, 即采用掏槽孔孔内分段的方式起爆, 将掏槽孔内的药包分成两段起爆, 四对掏槽孔的外侧采用1段雷管起爆, 四对掏槽孔的内侧采用3段雷管起爆。这样在不降低掏槽爆破药量的前提下, 降低了掏槽爆破的单段药量, 进而降低了掏槽爆破的振动效应。

为此, 设计了现场对比试验。对比试验中, 在保证装药量和布孔形式和尺寸相同的情况下采取掏槽孔孔内分段起爆 (简称分段掏槽方案) 和掏槽孔内采用单一段位起爆 (简称单段掏槽) 两种方案, 进行爆破振动效应的对比测试, 对其结果进行分析, 从而检验爆破优化的效果, 以新建隧道左洞K0+970-K0+982段为试验段。在新建隧道爆破断面的中隔墙处布置2台仪器, 在同一断面的既有隧道边墙处也布设测2台测试仪器, 共进行了3次 (6个炮次) 爆破对比试验, 对比两种装药方案下在中隔墙和既有隧道边墙处的爆破振动强度。

试验中的炮孔布置以及装药结构如图2所示。各孔装药参数见表1。

3 试验结果及分析

3.1 振速监测结果及分析

爆破对比试验监测结果见表2。

由表2可见, 虽然在两种爆破方案中仅仅是掏槽段的起爆方式不同 (单段掏槽方案中孔内药包全部用1段雷管起爆;分段掏槽方案中孔内药包分为1段与3段两段起爆) , 但是优化方案中采用掏槽孔孔内分段的装药方式降振效果明显, 在不分段方案下测得的中隔墙处的平均振速为12.537cm/s, 既有隧道边墙处测得的平均振速为4.383cm/s;采用优化方案后测得的振速结果明显降低, 中隔墙处测得的振速平均值为7.019cm/s, 既有隧道处测得的振速平均值为3.109cm/s。最终采用优化方案后在中隔墙处的降振效果达到43.44%;在既有隧道边墙处的降振效果达到29.07%。由此可见, 掏槽分段技术的采用使得爆破振动效应明显降低。

3.2 波形分析

3.2.1 掏槽不分段方案下爆破振动测试结果

掏槽不分段方案下隧道墙体爆破振动测试结果如图3、图4所示, 见表3、表4。

1) 新建隧道中隔墙。

2) 既有隧道边墙。

由波形图可见, 在单段方案下, 掏槽孔采用1段起爆, 装药量为8.4kg;周边孔采用15段起爆, 装药18.75kg为最大单段装药量。虽然掏槽爆破的单段装药不是最大, 但由测得振动波形图可见, 在z方向上在第5.3ms波速迅速达到最大值13.575cm/s, 为掏槽爆破引起的振动结果。爆源处的纵波、横波和面波同时生成, 在爆破近区的中隔墙的质点上, 3种波几乎同时到达, 相互重叠, 各类波的初至时刻难于区分, 无法辨别初振相与主振相。如图4所示在既有隧道中测得波速在z方向上在第2.9ms迅速达到最大值3.958cm/s, 这也是掏槽爆破作用的结果。

在既有隧道边墙处与中隔墙处测的趋势一致, 均为在掏槽爆破中, 波形前沿上升较快、较陡, 测点振动速度很快达到峰值在隧道掘进爆破技术中, 控制爆破振动效应的一个关键技术就是掏槽爆破。

3.2.2 掏槽分段爆破振动测试结果

掏槽分段方案下隧道墙体爆破振动测试结果如图5、图6所示, 见表5、表6。

1) 新建隧道中隔墙。

2) 既有隧道边墙。

由波形图可见, 掏槽孔1、3段爆破的振动波形的主振相在时间轴上分离, 波形未明显叠加。但掏槽孔内分段装药, 有效减小了掏槽爆破的单段药量, 减小了掏槽爆破的主振动强度, 使得中隔墙上测得的最大振动波速未出现在掏槽爆破中, 而既有隧道中测的掏槽爆破引起的振动强度也明显降低。试验证明掏槽分段的方案能够明显地降低了掏槽爆破的振动效应, 并且未减少掏槽爆破的总药量与掏槽孔的单孔药量, 有效地保证了掏槽爆破的效果。

装药结构中周边孔采用15段起爆, 装药18.75kg, 为最大单段装药量;内圈孔采用13段起爆, 装药12kg。周边孔爆破与内圈孔爆破的单段药量最大, 然而最大振动波速却出现在周边孔与内圈孔爆破中, 其原因为爆破振动效应的强弱不仅与单段药量有关, 而且与装药的分散程度和临空面有关, 周边孔或内圈孔爆破时临空面相对较好;同时周边孔与内圈孔安排了高段位的雷管, 高段位雷管起爆延时分散性大, 误差叠加, 使得各炮孔内炸药起爆时刻分散, 设计中适当增加同段爆破炮眼数不会明显加大爆破振动值, 同时可以起到改善爆破效果、简化爆破施工的作用。

4 结论

1) 掏槽爆破是隧道掘进爆破技术中的主要难点和关键, 掏槽的好坏直接影响其他炮孔的爆破效果。因此必须选择合理的掏槽孔布置方式和装药方式。因此在爆破生产中, 需要对爆破的振动效应跟踪测量, 不断优化爆破参数。

2) 通过爆破振动监测发现尽管掏槽爆破的单段药量不是最大, 但往往掏槽爆破引起既有隧道中的振动强度最大, 若要降低爆破施工中的振动效应, 则需要控制掏槽爆破单段药量。

3) 针对掏槽振动最大的现象, 在优化方案中采用掏槽孔孔内分段的方式起爆, 将掏槽孔内的药包分成两段起爆, 这样在不降低掏槽爆破药量的前提下, 降低了掏槽爆破的单段药量, 进而降低了掏槽爆破的振动效应。

4) 通过爆破对比试验得出结论:采用分段掏槽方案后测得的振速结果明显降低, 中隔墙处的降振效果达到43.44%;在既有隧道边墙处的降振效果达到29.07%。由此可见, 掏槽分段技术的采用使得爆破振动效应明显降低。

5) 周边孔以及内圈孔爆破时有较好临空面, 并且高段位雷管延时分散性大, 所以引起的振动较小, 可适当增加炮眼数和药量。

摘要：通过爆破振动监测发现在临近隧道爆破施工中通常掏槽爆破引起既有隧道的振动最为强烈, 并且掏槽爆破效果的好坏直接影响整体的爆破效果。针对这个问题设计了掏槽分段的爆破方案, 并进行了爆破对比试验, 试验结果证明, 分段掏槽技术的采用使得爆破振动效应明显降低, 可为类似工程的建设提供参考与借鉴。

关键词：隧道爆破施工,分段掏槽爆破,实验探究

参考文献

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[5]杨军, 陈鹏万, 胡刚.现代爆破技术[M].北京理工大学出版社, 2004. (Yang Jun, Chen Peng-wan, Hu Gang.Modern blasting technology[M].Beijing Institute of Technology Press, 2004.)

爆破监测 篇6

1 工程概况

在爆破施工段主要有两种隧道断面尺寸, 其中大断面隧道开挖断面为跨度17.66 m, 高11.5 m;正常断面隧道跨度11.52 m, 高9.57 m。上覆盖层厚度约为20 m~26 m。根据GB 6722-2011爆破安全规程的规定要求, 在施工爆破过程中, 采用保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率作为爆破振动判据, 在监测数据的指导下进行爆破施工作业。本爆破工程振动速度控制点除了文物保护单位 (罗汉寺) 为0.5 m/s, 其余段振动速度控制在1 cm/s。

2 理论分析与现场监测

2.1 理论公式

目前国内外多采用萨道夫斯基经验衰减公式对爆破数据进行回归分析[3,4]。建立数学公式来计算预测爆破振动速度峰值:

其中, V为质点振动速度, cm/s;K, α分别为场地因素及衰减指数;Q为爆破药量, kg;R为爆源与测点之间的距离, m。

2.2 现场监测点布置

由于爆破振动效应随着传播距离的增大而逐渐衰减, 因此, 每次测试时是在爆破点正上方、正上方前10 m、正上方前20 m与必需测试的结构物测试点进行测试, 距离太远则测试振速较小。评价振速是否符合规范, 主要对比正上方最大振动速度数值是否超过设计数值或安全爆破规范。

每次爆破结束后, 立即对测试结果进行读数, 参照监测读数, 结合下一次爆破位置、爆破参数、以往爆破经验等确认是否能够继续下一步施工, 确保爆破作业顺利、安全地进行。每天爆破后进行数据整理分析, 及时调整爆破参数、施工进度等。

3 隧道开挖爆破地面振动强度的规律

爆破地震波在上覆岩土层中传播是一个极其复杂的动力学过程, 与炸药类别、装药量、装药结构、引爆方式、孔深、孔距、断面形式、岩性等等因素相关;并且岩土动力学问题精确计算是极其困难的事情, 只有通过大量工程实例进行经验计算或估算。在工程中, 一般都采用经验公式来估计爆破地震的主要参数[3]。根据现场测试实际条件:岩性不变, 隧道上覆层基本不变 (25 m左右) , 地面地形基本不变, 炸药品种相同, 装填方式不变。故可以推测影响爆破振动速度的物理量只有药量和爆心距离。本测量场地平整, 各测点高程差不超过2 m, 不考虑高差影响, 以现场实测多组地面质点振动速度值, 根据萨道夫斯基经验衰减公式对爆破数据进行拟合, 即可得到K, α, 得到地面振动速度的变化规律。由于篇幅问题实测数据不再详细列出。

由于隧道埋深较浅, 离爆源较近距离内水平两方向振动速度较小, 垂直振动速度较大, 所以近距离范围内取爆破垂直振速Vt进行回归分析可最大程度上降低拟合误差, 使拟合结果更为准确。

拟合方式:令Q1/3/R=ρ, 得到:

依据上述监测数据, 不考虑测点高差, 根据式 (2) 拟合出地表质点振速峰值与药量、炮心距之间的经验公式为:

依据式 (3) 反算相应装药量情况下最大地面质点振动速度, 并与下阶段爆破实测爆破振速进行对比, 如图1所示, 实测数据基本分布于理论曲线附近, 说明该范围地区适用式 (3) 进行理论地表最大振速计算。

4 爆破地震主振频率分析

隧道掘进爆破过程中产生的地震波是不同能量、不同频率的波叠加而形成的, 爆破时各个子波同时作用于地表结构物上, 但各个子波最大能量并不是在同一时刻作用于结构物上的, 如果仅仅根据地表最大质点振动速度值的大小即判断爆破施工对地表结构物有无危害是不够完善的。对于地震波主频率分析而言, 岩土体对于高频地震波衰减很大, 对于低频地震波则衰减很小, 通过对多次爆破主频统计, 爆心正上方质点测得各方向主频率比较集中, 主要分布于20 Hz~60 Hz。低频率的主振频率是否会和地表结构物固有频率重合而产生共振, 而对结构物造成严重危害, 低频产生共振也是隧道爆破所要考虑的因素之一。

在距离炮心近距离范围内, 岩土体中爆破地震波随着炮心距增大, 地表主振频率随距离的增加而减小的趋势并不明显, 如图2所示。如果距离爆心较远地点, 振速不是很大, 但是主频和构筑物相近, 是否会产生共振, 导致构筑物破坏, 这也是考虑因素, 不能仅考虑垂直振速。

5 结语

1) 根据GB 6722-2011爆破安全规程的规定要求对地面振动速度测量, 根据以往爆破资料和前期的爆破地表振动速度实际测量值拟合出萨道夫斯基经验衰减公式, 并预测后期爆破地表振动速度理论值, 和实际测量值比较。垂直方向最大振速拟合出的公式更准确, 两水平方向振速拟合误差较大。

2) 岩土体对高频地震波衰减很大, 传播到地面的波主要为低频波, 主要集中于20 Hz~60 Hz, 而低频波对结构物影响也是最大的。在距炮心近距离范围内, 地表质点振动主频不随距离变远而明显减小。远离炮心处地表质点垂直振速对构筑物影响不大时也应当考虑主频影响。

摘要：对某现场爆破振动地表振动速度峰值监测结果进行了研究, 拟合得到了地下工程岩石开挖爆破地面振动速度的变化规律, 并对同断面、同药量、同测点掏槽爆破地表质点振速和非掏槽地表质点爆破振速进行比较, 结果表明掏槽爆破产生振速较大, 合理设计掏槽为关键点。

关键词：隧道爆破,地表振动,振动监测,主频

参考文献

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[2]李利平, 李术才, 张庆松, 等.浅埋大跨隧道施工爆破监测与减震技术[J].岩土力学, 2008, 29 (8) :2292-2296.

[3]李玉民, 倪芝芳.地下工程开挖爆破的地面振动特征[J].岩石力学与工程学报, 1997, 16 (3) :274-278.

爆破监测 篇7

关键词：爆破振动效应,监测,回归分析

露天采场爆破振动效应的观测与分析是内蒙古某铁矿二号露天矿采场边坡稳定性研究的一个组成部分, 其目的是寻求在采场的不同地质条件下, 边帮上质点最大振动速度与爆心的径向距离及最大一段装药量的关系, 从而确定近帮爆破时最大一段限制药量。课题组对该矿的生产爆破及扩帮爆破振动效应进行了现场测试, 获得了有效数据。经数据处理分析, 得到了边帮上质点振动速度的衰减规律。

1 测试仪器及测试方法

爆破振动的测试设备来自成都中科测控公司, 其研发的拳头产品TC-4850爆破测振仪具有体积小、重量轻、准确度高、“三防”等优点, 能采集多个通道数据、自动存储和分析。测振仪自带的接口与计算机相关软件配套运用, 可快速分析波形, 使人能很直观地看到波形的特征。测振仪自带的液晶屏也可在测振现场显示出测振波形的特征, 还可选择功能显示波形的特征值等, 非常方便和快捷。设备的量程可自动调整也可人工设置, 自动模式下采集数据无须调整量程, 通过仪器本身可自适应显示波形。数据采集时间设置便捷, 能随时根据实际需要设置数据采集时间。

测振仪在振动效应的检测过程中, 测点的位置对数据的采集和以后数据分析结果的准确性和实用性有很大影响, 必须分组测试, 按照不同地质条件、不同爆区等因素综合考虑测点的布置。本次观测依据露天采场边坡的不同工程地质情况, 在爆破区域不同时, 设置一个测点在爆区后方。测点与爆区的距离应在安全距离范围内, 以免爆破飞石威胁测振设备和人员安全。

露天矿日常的生产爆破一般在下午进行, 爆破时车辆设备、工作人员要进行安全避险。爆破的过程非常短, 测振仪和配套的速度传感器要事先布置好, 而且仪器设备和工作人员要采取必要的安全措施。测振仪的安装要遵循以下原则, 以降低人为因素所造成的数据误差。速度传感器应固定在测点位置并水平放置, X轴方向指向被测爆区的径向, Y轴方向指向被测爆区的切向。然后将传感器与测振仪连接, 接通电源, 进行参数的设置, 之后工作人员可去安全避险, 等待测振仪被爆破振动波触发。爆破产生的地震波在岩体中传播, 岩体中某一等效质点的水平切向分量相对较小, 对岩体所造成的剪切力或拉应力可以忽略。所以本次测振工作只考虑质点的垂直向分量和水平径向分量, 并对这两个分量进行分析计算。

2 爆破方案与监测结果

二号露天矿采场生产爆破孔径150mm-200mm, 采用硝铵炸药进行多排孔微差爆破, 段间间隔时间一般为100m/s, 一次生产爆破总药量最大不超过10t, 通常为2t左右, 最大段药量有时可达3t, 月均爆破次数为13次。日常的生产爆破已经影响了边坡的稳定, 部分边坡已出现裂缝和松动。鉴于爆破振动会随时间推移对岩体造成累积的损伤, 影响边坡稳定危害人员设备安全, 有必要监测爆破振动效应, 分析爆破振动衰减规律, 降低爆破振动的危害。根据该铁矿采场边坡工程地质状况, 爆破振动效应的监测共进行了3次。

爆破振动测试所获得的一系列试验数据大多是以模拟量形式出现的时间历程曲线, 通常称为振动参量的波形, 实测的爆破振动记录曲线是一条非常复杂的曲线。试验数据处理就是运用数学的方法, 突出爆破振动有关的信息, 抑制和排除无关的信息, 以便从复杂的现象中揭示其内在的规律性。根据爆破振动信号的特点, 爆破地震波属于随机信号波形。

3 监测结果分析

爆破引起的质点振动速度是安全振动控制标准的主要物理量, 目前国内较多采用萨道夫斯基经验公式来确定爆破振动速度及衰减规律:

式中:V-质点振动速度, cm/s;Q-最大一段装药量, kg (齐发爆破时取总药量;秒差时取最大一段的药量) ;R-测点至爆源中心的距离, m;K、α—分别为与爆区地形地质条件有关的系数和衰减系数。

公式两边取对数, logV=logK+αlogp, 式中, p为折合药量, 令Y=logV, B=logK, X=logp, C=α, 于是得到:Y=B+CX。根据表1数据, 通过计算机, 利用最小二乘法求得计算振动速度所需的K, α见表2

经过计算可得到采场爆破振动衰减规律关系式, 此关系式表示logV与logp呈线性关系, 即质点振动速度与单段最大起爆药量呈正相关关系, 与爆心至测点的距离呈负相关关系。因此, 在靠近边坡区域爆破时, 尽量远离边坡并控制装药量以减小爆破振动效应对边坡的不利影响。

由萨道夫斯基经验公式可推出如下的关系式:

式中:V-临界速度 (cm/s) 。

对于近帮爆破, 若式中V为保证边坡完整性的限制速度, 则可计算出不同距离对应的药量。根据相关的资料及国内有关工程惯例选定12cm/s作为边坡质点振动速度的最大限值。鉴于采场目前实行多排孔微差起爆, 单段最小装药量大于400kg, 按此计算, 正常生产爆破距离采场边坡水平最小距离为9.7m。

4 结论

鉴于采场靠界边坡工程地质条件较为复杂, 综上分析结果, 得出如下结论:爆破质点振动速度安全限值12cm/s, 距离边坡水平距离9.7 m时, 单段最大药量不能超过400kg;在边坡9.7m区域内, 应先在境界线处实施预裂爆破。

本次爆破振动效应的测试由于时间和实际生产条件的限制, 所采集的数据只有三组, 数据的准确性也受运输设备、人为因素等因素影响, 因此在实际的爆破设计中应考虑这些因素, 并根据实际的工程地质条件调整装药量, 既要达到良好的爆破效果, 也要减小爆破振动效应, 确保采场边坡的稳定和矿山的安全生产。

参考文献

[1]赵树莉, 李宝祥.采矿手册 (第三卷) [M].北京:冶金工业出版社, 1986.

[2]史秀志, 等.冬瓜山矿爆破振动测试数据回归与时频分析[J].爆破, 2008, 25 (2) :78-79.

[3]周奉杰, 等.白云鄂博铁矿东采场C区爆破震动测试与分析[J].包钢科技, 2012, 8:1-2.

爆破监测 篇8

关键词：青岛地铁,超浅埋隧道,爆破方案,振速监测,衰减规律

0引言

城市地铁以不占用地面土地资源的突出优势, 在当今面临“人口爆炸、土地资源短缺、环境恶化”的三大挑战中,发挥着越来越重要的作用。随着中国社会、经济水平越来越发达,地铁开挖爆破对地表建筑物、构筑物产生的振动危害愈来愈受到社会各界的重视。因爆破振动效应受到爆源特性、爆破方法、地形地貌、岩土体介质属性等诸多因素的影响[1,2],使得对爆破振动规律分析难度加大。研究人员已开展多种研究方法对爆破振动衰减规律进行探究分析,方法主要分为4种: 波动法、数值法、数据拟合法和萨道夫斯基法[3]。在隧道微差爆破时岩体不断破碎,控制单段最大装药量可减小爆破能量, 进而实现对爆破振动峰值速度大小的控制[4],本文采用《爆破安全规程》( GB6722 - 2014) 所用的萨道夫斯基法,通过对所收集的丰富实测隧道爆破振动数据进行挖掘分析,探究各类炮眼单段最大起爆药量与实测振速间的实际关系,得到萨道夫斯基公式的修正拟合系数。进而促进对爆破振动衰减规律的进一步研究,更好地服务于爆破设计工作,指导爆破施工。

1工程概况

青岛地铁一期工程3号线全线采用钻爆法施工,沿线下穿、侧穿各种类型的建( 构) 筑物多达95处。3号线03标段的太延区间超浅埋段为最靠近海岸段,道路和居民密集,地下水丰富,建筑物基础底距区间隧道顶开挖垂直距离仅为5 ~ 13m。如家快捷酒店为砖混结构、毛条石基础,其基础底距区间隧道顶开挖垂直距离仅为5m,下穿隧道拱顶距地面垂直距离为7. 4m。下穿隧道里程段为K4 + 851 ~ K4 + 898,该区段围岩等级V级,洞身为中风化花岗岩,洞顶以上至建筑物基础为强风化花岗岩,地貌类型为剥蚀坡地和山前侵蚀堆积坡地,所处地形变化不大,隧道地质剖面图如图1所示。该区段超浅埋隧道的开挖环境异常复杂,受到爆破扰动后围岩变形会影响设计要求的轮廓[5],因此对爆破振动的控制要求更为严格,爆破振动速度控制在1. 5cm/s以内方可满足爆破安全允许振速。

太延区间超浅埋隧道采用钻爆法上下台阶施工,上台阶每天计划循环进尺为0. 75m,下台阶进尺为2m。上台阶开挖面积为16m2,为了降低单段起爆药量,上台阶分成8个分断面开挖,采用中部布置大直径中空孔( 直径150mm) ,中空孔周围布置菱形掏槽眼的掏槽方式,下台阶采用水平炮孔分成2个分断面开挖。本文以上台阶爆破开挖为研究对象, 对上台阶各炮次产生的振动进行实时监测,上台阶爆破参数及炮眼布置情况见表1及图2。

2爆破监测方案及振动数据

参考已有振动监测仪的现场合理布置经验[6], 测水平径向( X) 、水平切向( Y) 和垂直方向( Z) 3个分量,对正下方穿过的左线隧道的爆破作业( K4 + 894. 29 - K4 + 870. 28) 进行振速监测。监测仪及传感器布置示意图见图1。爆心距建筑物基础底部垂直距离约为8m,垂直布置的监测点所对应里程为ZK + 874. 5。

大量的测试资料和工程实践表明,地面最大振动速度与建筑结构破坏的相关性最好,所以目前广泛采用最大振速作为结构安全的评定标准[7]。振动数据选用上台阶每一爆破循环掏槽眼、辅助眼及周边眼爆破时对应的振速峰值,共选取了第0层( 地下一层) 至第6层处布置的第1 ~ 7号测振仪在7个连续爆破循环中所测的131组爆破振速数据, 每组数据包括水平径向、水平切向、垂直方向3个振速峰值。对第0层处测振点所测的掏槽眼、辅助眼、 周边眼爆破时对应的振速峰值统计于图3,图3中灰色长条状阴影区内为一个上台阶爆破循环所测的振速值,部分测振仪因未被触发相应炮次的振速值未采集到。所测振速值均满足1. 5cm/s的爆破允许振速要求。

第0层监测振速值总体上呈现垂直方向最大、 水平切向次之、水平径向最小的趋势,从第1层及以上,垂直方向振速值出现较大衰减,较水平方向的2个振速值均低。3类炮眼垂直方向振速均偏大主要因为在第0层测点处振动波能量的3个方向分量中垂直分量的能量到达此处最多,两个水平方向分量的能量相对较低。穿过第0层后垂直方向振动能量逸散较多,垂直方向振速值快速变低,这与李洪涛等人[8]得出的爆破地震波在爆源近区的衰减速度比较快,而在离爆源较远的地方衰减速度逐渐减慢研究结论相一致。辅助眼、周边眼爆破的水平切向振速值也出现一定程度的偏大,主要因临空自由面的扩大及沿水平切向方向工作面后方有成洞区等这些综合因素的作用[9],使得振动波水平切向分量的能量在第0层测点处较水平径向的大。

3爆破振速衰减规律拟合与分析

3. 1拟合3类炮眼振速衰减关系式

由预测爆破质点振速的萨道夫斯基公式,对表1中的各炮次所对应的单段最大起爆药量进行振动验算:

式中: v为保护对象所在地质点的振动安全允许速度,cm/s; R为爆心与爆破振动测点之间的距离,m; Q为炸药量齐发爆破总药量,延时爆破为单段最大起爆药量,kg; K、α 为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

参照已有对K、α 值选取的研究[10],取K、α 的值对应为250、1. 9。R的取值参照表2中的数值,因隧道埋深变化很小故不考虑高程差对爆破地震波传播的影响[11]。分别将掏槽眼、辅助眼、周边眼的单段最大起爆药量0. 1kg、0. 15kg、0. 3kg,带入式( 1) 计算得理论振速值分别为0. 275cm/s、0. 498cm/s、 0. 606cm / s,可见由此式计算的振速值明显比对应的实测振速平均值0. 167cm/s、0. 239cm/s、0. 243cm / s偏大( 偏大约64. 7% 、108. 4% 、149. 3% ) , 因此不宜用该式来表征太延区间各炮次单段最大起爆药量与实测振速的关系。

因掏槽眼的爆破仅有一直径为150mm的中空孔作为自由面,爆破振动波能量逸散少,在地面监测的振动速度值相对较大; 而最后周边眼的爆破时,已有之前的爆破形成了较大的临空自由面,其爆破在地面的质点振动速度值不可依照萨道夫斯基公式的使用条件直接计算得出。3类炮眼因自由面的大小变化,对应单段最大装药量也适宜变化调整( 见表1) ,隧道爆破波衰减规律不尽相同,相关文献也有根据工作面上不同炮孔的爆破类型予以分别描述的观点[12]。因此分别尝试比较3类炮眼爆破实际的装药量与爆破振速之间关系。

利用最小二乘法对式( 1) 进行回归分析,同一场地及爆源条件下的K和 α 值可以认为相同[13], 依照《爆破安全规程》( GB6722 - 2014) 选取V级围岩K、α 为固定值250、1. 9,引入修正系数 β,根据表2中相关爆破参数值,将第0层监测的7个连续上台阶爆破循环的掏槽爆破振速峰值( vx、vy、vz) 、掏槽的单段最大起爆药量Q、爆心距R分别带入式( 1) 进行线性回归拟合,拟合结果如图4,得 β11= 0. 657、β12= 0. 587、β13= 0. 603,水平径向、水平切向、 垂直方向3个方向掏槽眼爆破振速衰减修正公式列于图4,r为线性相关系数。

则K11= 0. 657 × 250 = 164. 25、K12= 0. 587 × 250 = 146. 75、K13= 0. 603 × 250 = 150. 75,K11、K12、 K13的值比依照《爆破安全规程》( GB6722 - 2014) 选取的V级围岩K值250普遍偏小。掏槽眼爆破时掏槽区中部的150mm直径中空孔已经提供了一定的临空自由面,不再符合依据式( 2) 计算得出的振速值[14]。本文将修正系数 β11、β12、β13作为临空自由面这一影响因素对萨道夫斯基公式修正,得到图4中掏槽眼爆破振速衰减计算修正公式。对实测振速vx、vy、vz对应的装药量进行验算,得到的理论单段最大起爆药量平均值x= 0. 107kg、y= 0. 091kg、z= 0. 107kg,与实际掏槽的单段最大起爆药量0. 1kg接近,误差为7% 、9% 、7% ,修正公式可以满足掏槽眼单段最大药量对应爆破振速值的准确计算,实现对掏槽眼爆破振动强度的预测及控制。

类似于对掏槽爆破振速衰减规律的探讨,将表2中相关爆破参数值带入式( 1) ,对辅助眼爆破振速峰值衰减规律拟合得到 β21= 0. 496、β22= 0. 577、β23= 0. 799,水平径向、水平切向、垂直方向3个方向掏槽眼爆破振速衰减修正公式列于图5。分别将各临空自由面影响系数带入各自修正公式计算得x= 0. 156kg、y= 0. 139kg、z= 0. 142kg,与实际Q值0. 15kg分别相差4% 、7. 3% 、5. 3% ,因此分别用各影响系数修正后的振速计算公式更符合实际药量与爆破振速之间关系。

将表2中相关爆破参数值带入式( 1) ,对周边眼的单段最大起爆药量与振速峰值拟合得到 β31= 0. 370、β32= 0. 360,β33= 0. 457。分别将周边眼各临空自由面影响系数带入各自修正公式( 图6) 计算得x= 0. 294kg、y= 0. 306kg、z= 0. 301kg,与实际Q值0. 3kg分别相差2. 0% 、2. 0% 、3. 3% ,也宜分别用各影响系数修正后的振速计算公式表征实际的药量与爆破振速之间关系。

3. 2爆破振速衰减规律探究分析

一个上台阶爆破循环中,掏槽眼、辅助眼、周边眼的单段最大装药量由0. 1kg增至0. 15kg,再增至0. 3kg时,所测的爆破振速值呈增加趋势,通过将各炮次的药量- 振速修正关系式( 图4 ~ 图6) 做比值,可知振速值的增幅仅为单段最大装药量增幅的1 /5。若不将临空自由面的大小变化作为考虑因素, 则相应的振速值增幅至少应为单段最大装药量增幅的3 /5( 以周边眼振速修正公式验算) 。因此,反映临空自由面的大小变化的临空自由面影响系数 β 在分析实际爆破振速衰减规律时不应忽略。通过前文对临空自由面影响系数影响程度的分析知,笼统地用一个统一的自由面影响系数得出萨道夫斯基振速衰减修正公式,不能够准确地反映自由面变化时爆破振速的实际变幻规律。因此3类不同炮眼爆破时,应分别针对相应炮眼的特定爆破环境添加临空自由面影响系数值,得到更能准确反映爆破振速实际衰减规律的萨道夫斯基修正公式。

由前文得出掏槽眼爆破的振速临空自由面影响系数 β11为0. 657、β12为0. 587、β13为0. 603,辅助眼的临空自由面影响系数 β21为0. 496、β22为0. 577、 β23为0. 799,周边眼的临空自由面影响系数 β31为0. 370、β32为0. 360,β33为0. 457,随着工作面上临空自由面的增大,临空自由面影响系数数值逐渐变低,其影响程度变得更大。这主要因自由面的存在,爆破振动会伴有“腔体”效应[9],自由面较小时爆破振动 “腔体”效应不明显,如掏槽眼的爆破,振动波的能量衰减较慢,振速值减小程度也较小; 自由面较大时,如辅助眼及周边眼的爆破,工作面上已经形成了较大的腔体,爆破“腔体”效应会变强,振动波的能量衰减较快,振速值减小程度较大。因此,由掏槽眼到辅助眼再到周边眼,爆破振速的临空自由面影响系数逐渐变低,装药量与振速之间的关系已由修正的振速计算公式归纳得出。

4讨论与结论

4. 1讨论

1) 本文得出的装药量与爆破振动速度之间关系式是通过对第0层( 地下室负一层) 处测振仪监测的振动数据分析而确定的,因第0层监测的爆破振动数据相对第1 ~ 6层的监测数据受建筑物被岩体包覆状况、离爆心距离、建筑物结构、振动波传输介质等外界影响因素较小[15],更具有实际研究意义。在分析装药量与爆破振动速度的关系时宜选用离爆心最近的监测点所测数据为研究对象。

2) 通过比较3类炮眼对应的单段最大装药量递增关系与振速值递增关系,振速值的增幅仅为单段最大装药量增幅的1 /5。而3类炮眼的单段最大装药量0. 1kg、0. 15kg、0. 3kg对应的振速平均值为0. 182cm / s、0. 239cm / s、0. 243cm / s,与爆破允许安全振动速度1. 5cm/s相比仍有较大的控制空间。因此可适当增加各炮次的单段最大装药量或者运用孔外延时技术将某2 ~ 3个炮次的爆破进行合并起爆: 经验算,掏槽眼、辅助眼、周边眼的单段最大装药量取值范围可为0. 1 ~ 0. 2kg、0. 15 ~ 0. 3kg、0. 3 ~ 0. 6kg; 将表2中的第III与IV、第V ~ VII炮次合并起爆,即单段最大装药量变为0. 3kg、0. 45kg,计算的理论振速仍可满足爆破允许安全振速标准。这样既可保证爆破施工安全,又可一定程度地改善工程进度,为该隧道其他区段的施工或类似工况隧道的建造提供参照,以提高工程及社会效益。

4. 2结论

1) 青岛地铁太延区间超浅埋隧道下穿建筑物时爆破施工,采用设置大直径中空孔的直眼菱形掏槽、上下台阶分步掘进的方案可有效控制爆破地震效应,在地上建筑物各层相同位置布置监测仪的爆破监测方式可较全面准确地监测爆破振动数据,爆破监测方案设计合理、效果良好。

2) 第0层爆破振速的监测振速值总体上呈垂直方向最大、水平切向次之、水平径向最小的趋势。 主要因工作面出现了临空自由面,监测振速呈现如上规律,后续隧道施工可参照此规律,对爆破振动合理监测,及时掌握现场状况,指导爆破施工。