某水闸工程爆破振动监测与分析

葛双成,汪守龙,曾熙敏,孙从炎,吴雄伟,陆国鑫

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.浙江东洲建设监理咨询有限公司,浙江 杭州 310002;3.浙江省台州港临海港区建设管理委员会,浙江 临海 317015)

1 问题的提出

某滩涂围垦工程的拟建水闸场地附近设有1座爆破开挖矿山,为了解爆破振动对水闸工程的影响,对山体开挖爆破进行了多次振动监测。其中,第2、3、4次监测点均位于水闸的混凝土底板上,且第3、4次监测是在上部结构混凝土浇注后进行的。通过各测点监测数据的时域和频域分析结果,依据相关技术标准进行评价,并对后期爆破参数进行预测。

2 监测方法

在爆破振动强度的监测与分析中,通常用质点振动速度来表示振动的强度。而在质点振动速度3个方向X、Y、Z的分量中,垂直 (Z)方向振速对爆破设计和施工的指导作用最大,且测量误差的影响因素相对较少。因此,在开挖工程的爆破中,一般选择质点垂向振速为监测和分析的主要物理量,而水平向振动速度作为辅助物理量。现场测试时,将拾震器按3个方向X、Y、Z有选择地放置在各个测点上,以便接收随机信号。当爆破振动信号被拾震器接收后,经电荷放大器放大和数据采集系统记录,即可获得振动参数。

该次监测采用DH5922多功能动态信号测试分析系统和941B型拾振器。仪器测试通道8个,采样速率每通道10,20,50,100,200,500 Hz和1,2,5,10,20,50,100 kHz,失真度不大于0.5%,模数转换器分辨率16位,最大分析频宽DC～50 kHz,抗混滤波器系每通道独立的模拟滤波+DSP数字滤波。为了解振动强度随距离的衰减规律和预测安全距离,因此布置了1条由多测点构成的测线。该次测试时,所有测点均由北至南放置在1条测线上。此外,使拾震器与测点表面牢固地结合在一起,以便真实地记录各测点爆破地震动的信号。

3 成果分析评价

3.1 实测结果

通过各次监测所得有效振动波形图的时域和频谱分析,各测点的峰值振动速度为2.02～18.46 cm/s,主振频率约6.54～21.29 Hz。分析表明,质点峰值振动速度随着测点-至爆心距离的增加而减少,且随着测点-至爆心距离的逐步增加,质点峰值振动速度减少的速率逐步降低。同炮次测点的质点振动主频率随测点-至爆心距离的变化不大。同炮次测点的振动持续时间随测点-至爆心距离的变化不大,而不同炮次的振动持续时间相差较大,即爆破振动持续时间与测点-至爆心距离关系不大,而与爆破参数 (如:单段最大炸药量)及测点处的地质条件有关。图1为某测点的典型振动速度时域和频域图。

图1 典型实测振动图

3.2 水闸作业区振动分析与评价

依据国标 《爆破安全规程》(GB 6722—2003),对第 2、3、4次监测所得的振动速度,结合混凝土浇注龄期进行分析评价表明,均超出安全允许速度,对水闸工程浇注混凝土有一定的不利影响。

3.3 参数拟合

在该工程中,第2、3、4次监测都是在闸基混凝土底板上进行的,且每次监测的各测点均在1条测线上,故将其监测数据进行回归分析,计算爆破振动安全允许距离公式 〈按国标 《爆破安全规程》 (GB 6722—2003)〉 中与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的场地系数和衰减指数分别为95.3、1.32,得到质点振动安全允许速度的计算公式为:

式中:V为质点振动安全允许速度(cm/s);

Q为同段最大药量(kg);

R为安全允许距离(m)。

3.4 安全炸药量预测

依据安全允许速度计算公式,根据该工程实际情况及各次爆破监测情况,设最短炮心距50 m作为未来爆破预测判断的测点-至爆心距离,预测闸基底板混凝土安全允许速度对应的炸药量。选取v=12.0 cm/s为安全允许速度(当混凝土超过28d龄期时,采用28d龄期对应的爆破振动安全允许速度),则预测单段最大炸药量Q约为1 116 kg。

4 结 论

在该滩涂围垦拟建水闸附近的采石场爆破工程中,实测得到了各测点的振动速度及其变化规律,并依据国标结合混凝土浇注龄期评价了爆破振动对水闸工程的影响。通过多次监测数据回归分析计算场地系数和衰减指数,得到了该工程的质点振动安全允许速度计算公式。最后,根据该工程各次爆破监测情况,预测了闸基底板混凝土安全允许速度对应的炸药量。该工程实例表明,振动监测对爆破工程的效应评价及安全炸药量预测,具有较好的指导意义。