爆破振动监测

爆破振动监测（共9篇）

爆破振动监测 篇1

0 引言

目前,爆破开挖施工法成为隧道施工广泛采用的方法,特别对山区隧道更是如此。但是爆破开挖施工除了影响自身隧道的安全稳定,也会影响附近其他既有的建筑物安全稳定,因此为了确保工程顺利进行,需要建立工程爆破振动控制与监测系统。

中家湾隧道位于湖北省宜昌市夷陵区黄花乡境内,全长224 m。距离隧道左洞洞中心线26.53 m、洞顶高差49.036 m处为一20万V 的高压输电塔。该电塔是黄花乡输电线路上的重要设施,而隧道爆破开挖产生的振动对隧道上部的电塔有较大的影响,因此,为了确保电塔的安全性,需严密监测隧道的爆破振动。

1 隧道爆破监测

1.1 研究区域概况

中家湾隧道所属区域构造单元属扬子准地台八面山台褶带黔江隆褶束中的宣恩凹褶束。受新华夏系联合弧形构造带和北北东向复合式构造带影响,研究区内构造形迹以NNE向为主。同时,隧道区内上覆盖层为残坡积碎石土,沿山坡分布,局部沟谷处有第四系冲洪积亚粘土、砾卵石层,下伏基岩主要有出露侏罗系上统蓬莱组、隧宁组长石石英砂岩夹紫红色泥岩,侏罗系中统上沙溪庙组薄～厚层状紫红色粉砂质泥岩夹灰、灰绿色长石石英砂岩互层,上沙溪庙组紫红色薄～中层泥质粉砂岩,与灰白色中～厚层长石砂岩不等厚互层。地层倾向一般南东138°～150°。

为了使爆破振动对周围的环境产生的影响达到最小,根据隧道爆破原理,中家湾隧道采用了单段毫秒延时爆破。该爆破方法的优点是利用两组药包的若干毫秒的间隔,后一组爆破时能利用前一组爆破时所产生的自由面、剩余应力和应力叠加,达到比常规爆破单位耗药量少,可控制爆堆方向、爆堆集中,爆破均匀,爆破地震强度低,施工安全和进度快等效果。

1.2 监测设备选用

依据工程实际情况及以往的监测经验,监测设备选用Ubox-20016振动自动记录仪(见图1)。该仪器由于具有轻巧、携带方便、灵敏度强等多种优势,近年来在爆破振动监测中得到广泛的应用。在监测时,连接Ubox与计算机进行联机实时监测。当爆破振动传递到测点时,速度传感器(振动记录仪所使用的探头)采集测点的地震波信号后将其转换成电压信号并传递给爆破振动记录仪,经过计算机数模转换后,将结果输入到电脑,进行分析和存储处理。记录完毕后利用提供的配套软件(TopView)进行数据处理和分析。与传统的测试方法相比,该监测方法使现场测试更方便、高效,同时凭借计算机的强大功能,监测数据处理更加准确、方便,功能更完善,极大地提高了实际监测工作的效率。

1.3 爆破振动监测物理量的确定以及监测点布置

相关研究表明,爆破引起的振动是一种极其复杂的随机地震波。它的振动强度可用介质的运动各物理量(如位移、加速度和速度)衡量。但具体哪一种介质的运动物理量能比较准确地衡量地震波强度,至今仍无定论。大量实践证明,振动速度大小与爆破地震破坏程度有密切的关系,故在实际爆破振动研究中,常采用介质质点振动速度的竖直分量作为衡量地震波强度的标准。因此,本文采用地震波质点振动速度的竖直分量作为监测过程中爆破地震波的测试物理量。

由于中家湾隧道爆破施工不远处有一高压电塔,为了减轻及控制爆破开挖对高压电塔产生的不利影响,在高压电塔塔底基础最靠近爆源的区域上分别布置3个测点。隧道爆破施工时,对3个监测点同时进行监测,并进行现场采样记录(见图2),分析振动效应。

2 爆破振动监测数据回归分析

2.1 爆破点地形地质条件衰减指数的回归分析

依据《爆破安全规程》规定,爆破振动的安全距离一般采用M.A萨道夫斯基公式计算:

其中,R为爆破地震的安全距离;Qmax为最大单响药量;V为建筑物所能承受的最大振动速度;K为与爆破地形、地质条件有关的系数;α为地震波衰减指数。

爆破形式、地质和场地等外部条件对K及α的影响较大。为了提高K及α的准确性,本文以M.A萨道夫斯基公式为基础,运用Matlab中的最小二乘法进行数据拟合求得相应爆破振动方程的实际衰减系数K,α。为了方便监测数据的拟合,对M.A萨道夫斯基经验公式两边取自然对数得:

此次爆破施工共进行了7次监测。选择有代表性的5组数据进行分析。分析结果见表1,然后运用Matlab中的最小二乘法并结合测试结果与工程地质勘察资料(中家湾隧道所通过地层岩性为页岩,属软质岩),对监测数据进行回归拟合分析(见图3),反演分析出爆破点地形地质条件衰减指数K=300.52,α=1.92。

2.2 安全装药量计算

利用得出的K,α值,根据式(1)便可计算出实际开挖进尺R对应应该采用的最大单响药量Qmax值。本文采用《爆破安全规程》中允许安全振动速度,针对不同围岩情况,导出理论单段最大装药量,如表2所示。

3 结语

1)通过现场测试和勘察资料分析,根据GB 6722-2003爆破安全规程,通过Matlab数值拟合以及反演的方法确定围岩条件较好时K=300.52,α=1.92;

2)单段装药量越大,转化为地震波的能量越多,爆破振动越强烈;距爆心的距离越远,振动衰减越大,爆破振动越弱;

3)考虑地形地质条件影响,围岩条件较好时,建议爆心距小于62.5 m时,单段最大装药量宜控制在10 kg以内,当爆心距小于60 m时,单段最大装药量宜控制在9 kg以内,爆心距小于58 m时,即处于电塔的正下方时,单段最大装药量宜控制在8 kg以内。

摘要：在中家湾隧道爆破施工过程中进行了爆破振动监测,应用基于Matlab的最小二乘法的回归分析得出了K,α值。根据K,α值获得的爆破振动规律估算出爆破振动达到安全振速时的单段最大允许装药量,以确保高压电塔的安全。

关键词：爆破振动,监测,回归分析

参考文献

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[2]吴立,闫天俊,周传波.凿岩爆破工程[M].武汉:中国地质大学出版社,2005:125-134.

[3]刘先林,周传波,张国生.隧洞开挖爆破振动监测与振速预测分析[J].爆破,2008,25(3):96-106.

[4]沈珊珊.某矿山爆破地震效应监测与分析[J].有色金属(矿山部分),2010,62(2):56-58.

[5]吴剑峰,王秀杰.水岙门山开挖爆破安全监测分析[J].爆破,2009,26(3):98-100.

[6]GB6722-2003,爆破安全规程[S].

爆破振动监测 篇2

为研究爆破荷载作用下高速公路既有隧道的动力特性,本文根据小净距隧道开挖爆破振动监测数据,应用小波包理论分析了爆破地震波沿既有隧道传播过程中的频谱及能量变化规律.得出了爆破地震波沿既有隧道传播过程中频谱特性、主振频率和能量随距离变化规律、不同频带上的振动速度峰值和能量变化规律.研究成果对进一步研究高速公路既有隧道的动力稳定性具有重要意义.

作 者：兰明雄 林从谋 Lan Mingxiong Lin Congmou 作者单位：兰明雄,Lan Mingxiong(泉州市公路局,福建省泉州市,36)

林从谋,Lin Congmou(华侨大学岩土工程研究所,福建省泉州市,36)

对爆破振动速度影响因素的探讨 篇3

关键词：爆破；振动速度；最小二乘法；影响因素

中图分类号：TD235 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）33－0128－02

1 引言

爆破以工程建设为目的，它作为工程施工的一种手段，直接为国民经济建设服务。随着爆破技术应用范围的不断扩大，工程爆破带来的危害日益凸显，其中爆破地震波会造成人员、设备、建（构）筑物的伤害和损害是我们公认的危害之一。爆破地震波中一个主要的参数是爆破振动速度，而爆破振动速度受多种因素的影响，萨道夫斯基提出了集中药包时的经验公式为：

（1）

其中Q表示装药量，R表示距爆源中心的距离，K和α为两个系数。

为了准确预测和计算爆破振动速度，往往依靠经验公式来计算，然而在一些工程当中，这种预测出来的爆破振动速度和用仪器测试出来的振动速度相差甚大。文章结合工程实例来探讨爆破振动速度的有关因素，为以后的工程在考虑爆破振动因素和计算爆破振动速度提供参考。

2 现场试验

2.1 工程概况

贵阳市金阳新区金岭东路西起金岭西路与金阳北路的交叉口，向东于K0＋762.335（X＝51 256.000，Y＝63 343.900）处与观山北路相交，再向东于K2＋549.146（X＝51 182.600，Y＝65 113.300）处与长岭路相交，终点与210国道相连。路堑开挖宽度为60 m，山体高度高低不等，最高处约为20 m，土石方开挖工程量约为20万m3，土方工程约占30%，石方工程约占70%。爆区土质主要为黏性土，爆区石质为白云岩，呈赤褐色，结构疏松，属中硬以上岩石，结构完好。爆区为独立山体，自身地下岩层含水量较少，爆破最低高程位置无地下水。

2.2 爆破和测试方案

2.2.1 爆破方案

针对该地块周围环境的特点，施工从上到下、由西向东分层、逐段爆破和开挖，并采用毫秒延时爆破方式进行土石方爆破。炸药为乳化炸药，起爆方式采用电力起爆法，炮孔间距为2.5 m，排距为2 m，深度为3～6 m，直径为100 mm。

2.2.2 测试方案

在采集爆破振动速度时，采用DH5936动态信号测试分析系统＋DH610磁电式速度传感器。测点布置：以药包中心为端点，将各速度传感器呈辐射状布置。在每次爆破前，首先布置好测试仪器，对仪器进行检查，记录爆破的总药量、单段最大药量和测点至爆源中心的距离。爆破后对所测数据整理制表。

3 测试结果

根据现场数据采集和记录，得出三组数据如下，表中药量指的是毫秒延时爆破最大一段的装药量，单位是kg；测距为药包中心到测试点的距离，单位是m；振速为被测点的爆破振动速度，单位是cm/s。

4 结果分析与讨论

先根据实测资料的第一组数据采用最小二乘法求出系数K、α，然后由公式（1）来验算第二组和第三组的数据，求出相对误差，分析影响爆破振动速度的因素。具体分析过程如下：

在式（1）中，令A＝v， ，则B＝Kxα。

两边去对数lnA＝lnK＋αlnB，

再令y＝lnA，x＝lnB，C＝lnK，D＝α，则K＝eC，α＝D。

式（1）可变为y＝C＋Dx。

根据最小二乘法原理，求出C＝5.4475，D＝1.89。

即求出K＝232，α＝1.89。

得到 （2）

将现场所得的第二组和第三组数据代入到式（2），求出各测点的振动速度值，运用相对误差公式δ＝|（vi计算－vi实测）|/vi实测，得出表4。

讨论：第一，从表格数据可以看出最大相对误差为21.4%，大部分相对误差在10%以下，基本能满足工程要求。第三组数据5、7、8三个测点，预测的振动速度和实测的速度值相差较大，原因是这三个测点位于水沟边，测点周围的岩石受到地面水的侵蚀，使岩石严重风化，形成强风化岩石，和其他测点周围的地质环境有显著差异。所以，对于同一类型的爆破，爆破参数、介质特性、地形及地形周围地质条件等因素相同的情况下，先根据试验用最小二乘法求出系数K、α，再运用公式（1），来预测将要爆破的振动速度。第二，虽然爆破安全规程给出了相对应的公式，但给出的系数K、α范围太大，很难准确预测测点的爆破振动速度值，在大型工程项目或保护的对象价值很高（如文物、古遗址等）的情况下，必须通过现场试验来确定系数K、α，对爆破振动速度准确预测，减少爆破振动危害。第三，爆破安全规程的表中只规定了岩石的K、α取值范围，而未对土、岩石和土的混合物做具体的规定，在这次现场测试中，如果改变土方和石方混合物中的比例，将得出不同状况下的K、α值。第四，现阶段爆破的理论尚未完全成熟，必须依靠相类似的工程实例来进行比较，选择爆破参数，优化爆破方案。

5 结束语

根据现场测试和数据分析可得出以下结论：

（1）可以运用萨道夫斯基的爆破振动速度经验公式来计算爆破振动速度，在测试好装药量Q和测点距爆源中心的距离之后，必须根据爆破条件、装药结构、地形及周围地质条件等合理选择系数K、α。

（2）爆破振动在土壤和岩石混合物的介质中传播时，与在单一的介质中传播有较大差别，土壤和岩石混合物的所占比例不同，传播方式也有较大差别，这种情况下，可以运用最小二乘法原理求出萨道夫斯基的爆破振动速度经验公式中的系数K、α，从而能够较为准确地预测爆破振动速度，对爆破方案进行设计。

（3）影响爆破振动速度的因素很多，归结起来主要有炸药性能、装药结构、爆破条件、地形及工程地质条件等，改变其中任一因素均会引起爆破振动速度的变化。

参考文献

1 国家标准局.爆破安全规程（GB6722－2003）［M］.北京：中国标准出版社，2004.2

2 张金泉、黄忆龙.爆破震动速度验算浅论［J］.煤矿爆破，1999（2）

3 史秀志等.基于支持向量机回归爆破振动速度预测分析［J］.工程爆破，2009（3）

4 田运生等.基坑开挖爆破振动速度的监测和控制［J］.有色金属，2004（6）

5 陈建平、高文学.爆破工程地质学［M］.北京：科学出版社，2005

The Blasting Vibration Velocity of the Influence Factors Are Discussed

Wang Sihai, Chen Chunhong

Abstract: Blasting vibration velocity of blasting seismic intensity is one of the important parameters, accurately calculate the good blasting vibration velocity to guide the explosive operations to have the important meaning. According to the new road JinYang guiyang JinLing blasting the field test using least square method analysis data, and discusses the influence factors of blasting vibration velocity.

爆破振动监测 篇4

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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[2]申玉生, 高波, 王志杰, 等.复线隧道施工爆破对既有隧道结构的影响分析[J].地下空间与工程学报, 2009 (05) :980-984. (Shen Yu-shen, Gao Bo, Wang Zhijie.Effect of blasting in double line tunnel on existing tunnel[J].Chinese Journal of Underground Spaceand Engineering, 2009 (05) :980-984.)

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[4]New B M.Ground vibration caused by construction works[J].Tunnelling and Underground Space Technology, 1990, 5 (3) :179-190.

[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.)

爆破振动监测 篇5

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。

爆破振动监测 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

[1]叶显亮.隧道爆破施工对附近房屋的振动监测与影响分析[J].贵州大学学报 (自然科学版) , 2010, 27 (2) :123-125.

[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.

爆破振动监测 篇7

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。

爆破振动监测 篇8

内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站上水库西北岸, 距上水库爆破开挖部位200 m处有内蒙古广播电影电视局706发射台、上水库专用气象站等已有建筑物。开工后, 业主方要求对爆破进行振动监测, 分析上水库区开挖爆破对上述已有建筑物的影响及安全的爆破参数, 并根据监测结果优化爆破施工和设计方案, 为此, 于2010年8月6日至8月20日对开挖初期不同位置、药量的8次爆破进行了振动监测, 并基于振动监测结果及地质资料对振动控制参数进行了分析。

2 监测系统

目前常用的振动监测系统基本可以分为两种, 各自特点如下:1) 海量数字记录系统:适合于固定测点的监测;记录时间长, 记录数据完整、易与爆破施工方配合;但需布设通讯线, 不适合流动控制点以及环境复杂不便布设通讯线的监测。2) 智能自记仪系统:不需布设通讯线, 适合流动控制点以及环境复杂不适合布设通讯线的监测, 但对触发门槛和触发方式的设置要求较高。

根据现场情况, 采用上述两种监测系统相结合的方法进行监测。706发射台和气象台处采用海量数字记录系统, 由891-Ⅱ型速度传感器、WS-USB数据采样仪、VIB SYS分析系统构成;其余测点采用智能自记仪系统, 由891-Ⅱ型速度传感器、UBOX智能监测仪、BM View分析系统构成。两种监测系统的构成及连接如图1所示。

3 测点布置

结合现场实际情况, 在爆破试验期间, 在爆源区和706发射台及气象台之间布设5个监测点, 每个测点布设垂直向、水平径向二个方向速度传感器 (图2) 。其中706发射台和气象台处监测点采用固定测点和海量数字记录系统, 其余监测点采用流动测点和智能自记仪系统。各测点的传感器布置在基础面上 (采用生石膏粘结) , 并做好测点警示标志及防护, 确保测点安全有效。

4 振动监测结果及分析

监测结果包括整个爆破施工过程中爆破参数、爆源距、各测点实测速度峰值和频率范围, 并根据监测结果进行场地的爆破振动速度衰减规律分析。

4.1 爆破振动监测结果

本次监测共对不同位置、药量的8次爆破进行了振动监测, 每次爆破均布设5个监测点, 每个测点均布设垂直向和水平径向两个传感器;各次爆破的爆破位置、参数及各测点的振动监测结果见表1。

4.2 场地的振动速度衰减公式

根据爆破振动监测结果 (振动速度) 以及爆破参数 (段药量、爆源距) , 对数据进行回归, 选用萨达夫斯基经验公式确定场地的振动速度衰减公式:

式中:V———垂直向、水平向质点峰值速度 (cm/s)

Q———最大段药量 (kg)

R———测点距起爆中心距离 (m)

k———与地质条件、地貌、岩性有关的系数

a———与地质条件、地貌、岩性有关的衰减指数

通过相应的k、a值, 确定振动控制标准范围内的施工药量, 指导爆破施工。

4.2.1 一般场地条件下的振动速度衰减公式

根据振动监测结果及爆破参数, 确定场地的振动衰减回归曲线 (图3) , 式 (1) 、 (2) 分别为一般场地的条件下的垂直向和水平向振动速度衰减公式:

根据现场的地形地貌及地质条件:开挖深度增加, 岩体完整程度增加, 同时山沟的减振效应减弱, 场区的爆破振动会有一定程度的增加。因此, 建议在后期施工过程中, 取振动控制标准的0.7倍 (即0.35 cm/s) 作为爆破设计的依据。

4.2.2 地质条件影响下的场地振动速度衰减公式

振动监测过程中发现, 在1#山梁附近的闸门井平台爆破时, 气象台处的地质点振动速度明显偏大, 其振动速度值明显偏离场区的振动速度衰减公式。通过现场量测和对地质资料的分析, 发现气象台处振动偏大的爆源位置与气象台连线的方向与爆源区J4-5节理密集带的走向一致, 并且:1) 偏离该区域不远的环库公路爆破时气象台处的地质点振动速度很小, 2) 爆源距相差几十米的706台处的地质点振动速度明显较小。

据此分析认为:1) 气象台基础的位置、布置方式导致其振动速度偏大, 但更重要的是受到场区地质条件的影响;2) 爆源位置与气象台连线的方向与爆源区J4-5节理密集带的走向一致, 爆破产生的应力波沿着J4-5切割而成的岩层传播至气象台处基岩, 应力波相对其它爆破位置而言衰减较慢, 导致气象台处的地质点振动速度偏大。因此, 应该区分研究上述爆破区域的控制参数。采用气象台处地质点振动速度较大的2次爆破 (均为1#山梁附近闸门井平台) 的监测结果来分析其振动控制参数, 如表2所示。

根据振动监测结果及爆破参数, 确定场地的振动速度衰减回归曲线 (图4) , 式 (3) 、 (4) 分别为地质条件影响下的场地垂直向和水平向振动速度衰减公式:

根据现场的地形地貌及地质条件:开挖深度增加, 岩体完整程度增加, 场区的振动会略有增加;因此, 建议在后期施工过程中, 取振动控制标准的0.9倍 (即0.45 cm/s) 作为控制爆破振动及进行爆破设计的依据。

5 结论

(1) 本次爆破振动监测过程中, 1#山梁附近闸门井平台的2次爆破导致气象台处地质点振动速度大于0.5 cm/s, 其根本原因为地质条件对振动衰减规律的影响, 造成其振动速度值明显偏离场区的振动衰减公式;后期正式爆破应该严格控制该区域爆破的最大单响药量。

(2) 根据振动监测结果及爆破参数, 回归得出一般场地条件下的垂直向和水平向振动速度衰减公式:

根据现场的地形地貌及地质条件, 开挖深度增加, 岩体完整程度增加, 同时山沟的减振效应减弱, 场区的振动会有一定程度的增加;因此, 建议在后期施工过程中, 取振动控制标准的0.7倍 (即0.35 cm/s) 作为控制爆破振动及进行爆破设计的依据。

(3) 通过现场量测和对地质资料的分析, 在1#山梁及闸门井平台爆破时, 地质条件对振动具有决定性的影响。在上述区域爆破时, 若爆源位置与气象台或706台连线方向与J4-5节理密集带的走向一致时, 采用考虑地质条件影响的场地振动速度衰减公式:

根据现场的地形地貌及地质条件:开挖深度增加, 岩体完整程度增加, 场区振动会略有增加;因此, 建议在后期施工过程中, 取振动控制标准的0.9倍 (即0.45 cm/s) 作为控制爆破振动及进行爆破设计的依据。

摘要：介绍了内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站上水库工程爆破振动监测及参数分析, 以期类似工程参考。

爆破振动监测 篇9

1 爆破振动的传播规律

前苏联科学家萨道夫斯基提出的爆破地面振动速度经验公式:

式中:

V———地面质点峰值振动速度, cm/s;

Q———炸药量 (齐爆时为总药量, 延迟爆破时为最大一段装药量) , kg;

R———观测 (计算) 点到爆源的距离, m;

K、α———与爆破点至计算点间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

式中, R、K、α为客观不变因素, 是定值, 因此要降低爆破振动效应, 就必须减少延迟爆破时最大单响药量Q。

2 爆破网路设计

利用孔内、孔外毫秒延期雷管组成的非电网路, 导爆管雷管段别少, 施工方便。孔内安置高段别的8～11段雷管, 一般每次爆破3～4排炮孔;孔外用低段别的2段雷管, 每排2个孔或1个孔进行捆联组成孔外微差网路, 炮孔布置为梅花型, 孔间距a为4.5～5.5m, 排间距b为3～3.5m。这样在理论上就可以实现逐孔爆破。优化爆破网路设计后, 最大单响药量为100kg。

逐孔起爆网路敷设方法是:从前排往后排在炮孔孔内分段放置毫秒延期雷管, 第一排为8段 (250ms) , 第二排为9段 (310ms) , 第三排为10段 (380ms) , 第四排为11段 (460ms) 。炮孔深度为16.5m, 直径为Φ115mm, 填塞高度为3.5m, 连续密实装药100kg, 内置同段雷管2发;地表连线从一端到另一端按照每排一个孔组成簇联, 用2段 (25ms) 雷管捆联成节点, 再与每排一个孔组成另一个簇联, 再用2段 (25ms) 雷管捆联成另一个节点, 以此类推, 直至把地表每排每孔均簇联完毕, 最后用导爆管连线至避爆室, 用高能脉冲起爆器引爆即可, 见图1。

采取上述爆破网路, 在时间及空间上, 都减少了爆破振动的有害效应;如果毫秒延期间隔时间恰当, 错开主振相的相位, 即使初振相和余振相叠加也不会超过原来主振相的最大振幅。

3 爆破安全校核

GB6722—2011《爆破安全规程》规定, 对一般民用建筑物, 深孔爆破主振频率在10～60Hz时, 其安全允许质点振动速度为2.0～2.5cm/s。

优化爆破网路前, 每次爆破最大单响药量为500kg, 而爆区岩性为中硬岩石, 其K=150～250, 取250, α=1.5～1.8, 取1.5, 爆破振动速度V最大为1.98cm/s;优化爆破网路后, 最大单响药量Q=100kg, 爆破振动速度V最大为0.88cm/s。

4 降低爆破振动的相应技术措施

1) 选择最小抵抗线方向布孔, 尽可能使被保护的对象位于最小抵抗线两侧位置。

2) 增加布药的分散性, 多点多次爆破, 每次爆破总药量尽可能小些, 以减少爆破的振动强度。

3) 进行爆破振动监测, 为安全校核提供准确依据, 这样可及时调整爆破参数, 确保被保护目标安全。

4) 使用高精度导爆管起爆系统, 实现逐孔爆破。

5 需注意的问题

我公司采用的国产导爆管雷管为南京理工大学科技化工公司生产的第一系列毫秒延期雷管。雷管延期段别一般为毫秒级, 从1段至20段共20个段别。导爆管雷管具有抗静电、抗雷电、抗射频电流、抗水及抗杂散电流的能力, 使用安全可靠, 简便易行, 因此得到广泛应用。但该系列导爆管雷管段数越高, 雷管的延期精度越差, 延期离散性越大, 加上孔外接力雷管的延时时间又较短, 以及网路导爆管自身的延时性, 造成网路叠加或可能引起网路跳段现象, 这将严重影响爆破效果和加剧地振波效应的危害, 所以在设计导爆管接力起爆网路时点燃阵面不能太长, 也不能太小。根据目前该延期雷管的精度及延期时间离散情况, 采用3～5排炮孔的点燃阵面比较适宜。

参考文献