爆破工程振动安全影响评估与降振技术措施

朱兴广

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳110003）

爆破工程振动安全影响评估与降振技术措施

朱兴广

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳110003）

长距离隧洞钻爆法施工中，爆破施工会对周围地段环境有影响，因此，预先进行振动安全影响评估，既能保证当地村民合法权益不受损害，又能保证承包商自身的合法利益不受侵害。本文通过对爆破振动速度测试，对衰减规律进行反演，并依据爆破振动速度衰减规律，提出安全振动评估意见，不仅有助于及时调整爆破参数，确保被保护物的安全，而且有利于在爆破振动可能引起诉讼或索赔中，提供科学的依据。

钻爆施工；爆破监测；安全评估；降振措施

1 项目概况

辽宁省某重点工程开挖一无压隧洞，开挖断面为马蹄形，爆破断面尺寸为6.75m×6.5m（宽×高），主要岩性为混合岩、混合质黑云斜长片麻岩、长英片麻岩、黑云二长片麻岩、角闪岩夹磁铁石英岩、大理石透镜体等。工程地区地下水以基岩裂隙为主，赋水性较差，基岩裂隙水地下活动微弱，局部穿越断层破碎带部位为构造裂隙水，其赋水性较好，渗透性较强，易产生涌水或突水，影响洞室稳定。

隧洞沿线周边区域有较多的房屋分布，且结构类型复杂，修建时间不一，多为砖砌结构、砖混结构和部分土木结构。距离施工掌子面最近的为210m。

2 评估目的与方法

为了使工程建设顺利实施，保证隧洞爆破区域临近居民村落的当地村民合法利益不受损害，采取爆破试验的方式，进行爆破振动速度测试。验证并确定爆源和周边被保护建筑物之间与地形、地质条件相关参数和衰减指数，对衰减规律进行反演，依据爆破振动速度衰减规律，提出安全振动评估意见，并确定爆破振动的影响范围及危害程度，对爆破设计和施工方案进行优化。

3 爆破振动影响范围的确定

3.1 安全评估标准依据

爆破振动强度用介质的质点振动速度来表示，我国颁布的《爆破安全规程》（G B6722—2003）中规定，地面建筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率。采用萨道夫斯基经验公式记录现场爆破试验获取的振动速度值V，然后利用最小二乘法回归计算来确定K、α值。

3.2 工地现场爆破开挖方式及最大单响药量的确定

该隧洞爆破采用全断面光面爆破的开挖方法，2号岩石硝铵炸药和2号岩石乳化炸药，周边孔采用空气间隔不耦合装药结构，导爆管和毫秒雷管复式起爆，其他炮孔采用连续柱状装药结构，采用非电毫秒雷管孔内延时微差起爆。起爆顺序为掏槽孔、辅助孔、底孔、周边孔。钻孔采用Y T 28气腿式凿岩机成孔，孔径Φ 42m m。

根据本工程的地质情况，实际围岩类别为I I I、I V、V类，隧洞开挖爆破设计按不同围岩类别进行爆破设计和爆破试验，并结合其它类似工程对比分析，对最大单响药量进行认定，单响装药量控制在10～18kg之间。认定最大单响药量为18kg。爆破具体参数见表1。

表1 爆破参数汇总表

3.3 与地形、地质条件有关的系数和衰减系数计算

2013年3月22日～26日期间共完成振动检测4次，其中测得符合爆破振动规律的爆破振速最大值是3.500c m/s，距离爆破点96.5m，最大单响药量是17.1kg；测得爆破振速最小值是0.006c m/s，距离爆源784.9m，最大单响药量是16.8kg。

根据以上爆破实测数据，对爆破区域与周边被保护建筑物之间的爆破振动衰减规律进行了测试分析，并对K、a值进行了回归计算，采用实际检测振动速度作为计算依据，得到K= 123.557、a=1.302。

根据表2可知，最大单响药量越大，爆破振动速度值越大。爆破振动速度随着距离的增加逐渐减小，距离爆源越近的地方爆破振动速度越大，振动速度衰减越快；距离爆源越远的地方爆破振动速度越小，振动速度衰减越慢。

3.4 振动控制影响范围确定

隧洞周边被保护建筑物多为砖混结构及部分土木结构，参照爆破安全规程中“土坯房”的安全允许标准，且一般浅孔爆破振动频率在40～100H z之间，故选取爆破振动控制标准为0.7～ 1.2c m/s，考虑到民房的修建年限和修建质量，经科学分析，周边民房的爆破振动安全允许评估标准采取谨慎原则，降低一个等级，最终确定为0.5c m/s。

以安全允许振动速度0.5c m/s为允许承受的振动强度指标，计算出不同最大单响装药量条件下，被保护地面建筑物不受爆破振动危害影响的安全距离临界值，在180.42m以外的一般砖房，不会产生危害。见表3。

在爆破作业过程中，最大单响药量的控制是影响爆破振动大小的关键因素。如果最大单响药量超出允许范围，规定距离内爆破振速峰值大于《爆破安全规程》规定的安全允许标准，对该范围内的房屋会造成不同程度的影响。而且，对于抗振能力较弱，即使在安全允许标准之内的爆破振动，也有可能对房屋造成一定程度的影响。

同时，地形地质条件、爆破点与房屋距离也是影响爆破振动大小的主要因素。在相同装药条件和地质地形条件下，与爆破点越近的房屋，受到的爆破振动影响越大。另外不同地质地形条件，爆破振动衰减规律和影响的范围有所区别，岩石硬度较高而且岩性完整，同等装药条件下爆破振动的影响范围越大，岩石硬度越小且裂隙较发育，爆破振动的影响范围则较小。

表2 爆破振动速度值计算表

表3 不同单响药量影响范围计算表

4 降低爆破振动的技术措施

4.1 限制爆破振动源强度

即控制一次爆破装药量，根据保护对象所在地面质点振动的安全允许速度和保护对象至爆心的距离，算出爆破振动安全允许装药量，做为本次爆破不产生振动危害的极限用药量。

4.2 分段延期起爆

降低单位时间内爆炸能量的释放，分散、均匀布药，分段延期起爆；实测资料表明，毫秒爆破与一般爆破相比，其振动强度可降低1/3-2/3。采用合理的分段数、起爆顺序和延期间隔时间，将每段药包的爆破振动控制在安全允许程度内。

4.3 均匀释放爆破能量

降低峰值效应，采用低爆速，低威力炸药和不耦合装药结构，将炸药能量突然释放变为均匀释放，降低单个药包爆破振动峰值效应。

4.4 阻碍、消弱爆破振动传播

在爆源、保护对象周围以及爆源与保护对象之间打不装药的单（双）排防振孔，实施预裂爆破或开挖减震沟、槽等；吸收爆破振动的能量。

4.5 加固保护对象

采取应急措施，根据保护对象不同，采取相应加固防护措施，提高其抗震能力，重要目标要有防危害影响应急预案。

5 结论

（1）通过爆破振动还原实验及综合各方面分析得出：爆破振动对该区域结构形式的建筑物造成结构性损害的影响范围为180.42m，建筑物与隧洞爆破点直线距离大于180.42m，爆破振动不会对周边建筑物主体结构造成损害。

（2）该工程附近的民房距离最近的为210m，不会对民房造成损害，造成房屋出现不同程度的墙体裂缝、渗水等现象，主要原因与房屋建造质量、新旧程度和地基条件有关，也有自然力作用的因素，如温差引起的变形收缩裂缝、不良地质及排水不畅造成的沉降裂缝，同时还有人类活动的因素，并且随着时间的推移，损害还会继续发展。

（3）爆破振动虽然不可避免，但通过技术措施能够控制有害效应的发生，能够有效避免保护对象受到损害。

［1］张宇，吴宗宇，等.隧洞开挖爆破振动对地面建筑的影响分析［J］.水利规划与设计，2014（02）.

［2］朱金彪.城市引水工程爆破施工振动监测与控制技术［J］.水利技术监督，2014（02）.

［3］石学厚，冯秋生，等.施工爆破影响处理应对措施探讨［J］.水利规划与设计，2015（01）.

［4］杨照明，张金承，等.小断面长距离引水隧洞的施工设计［J］.水利规划与设计，2011（03）.

［5］王振庭.抗震不利地段建筑结构设计［J］.水利规划与设计，2013（12）.

在正常运行工况条件下，锥形阀消能率的试验结果如表1所示：

表1 锥形阀消能率

由表可知，在正常运行工况条件下，锥形阀的消能率达到81.9%，消能效果非常明显。这说明锥形阀作为管道内部消能工，能够降低隧洞内部过流的能量，从而保证了输水隧洞运行的安全。试验还研究了其他工况条件下锥形阀的消能率，各工况条件下锥形阀的消能率在75～92%之间。

4 锥型消能阀结构设计中需注意的问题

4.1 如何消除消能时产生的振动

锥心消能阀往往要通过近30m/s的流速，流速极高，如何消除泄流的震动十分关键。辽宁省重点输水工程中主要采用在锥体和套筒上焊接加强肋（也叫导向叶片）进行加强来解决，本工程加强肋的数量为6个，加强肋的厚度需根据水压进行计算；锥体和套筒一般采用采用Q 345C材质钢板。

4.2 密封

套管和锥体之间的密封十分关键，最早的锥型阀采用一层软密封，后经工程实践运行，软密封比较容易损坏，本工程的密封采用金属密封（硬密封）。

4.3 气蚀

由于通过锥形消能阀的水流流速大，水头压力高。如何确保泄流时在套筒和锥体中不产生气蚀十分关键，特别是在安装有导流罩的情况下，更为明显。本工程通过模型试验，在导流罩上均匀钻孔，使一部分水流通过外部相互交错，从而达到减少气蚀的作用。

4.4 驱动装置

锥型阀可以采用电动驱动、液压驱动和手动驱动三种方式进行操作，但电动和手动不能出现锥型阀淹没的情况，因为电动机无法在水下工作，手动方式在水下也无法操作，因此本工程采用的是液压驱动。

4.5 锥形消能阀的布置

锥形消能阀的布置与枢纽建筑物有密切关系，如布置不妥，会产生射流引起对建筑物的冲刷或形成雾气对工程运行产生影响，也可能由于过水时引起的强烈震动，导致阀体损坏，因此布置形式必须慎重考虑。

5 结论

锥型阀作为隧洞内部消能工，能够明显的降低过流的能量，达到较高的消能率，确保了输水建筑物正常运行。目前，锥形消能阀在其他水利工程应用中十分广泛，在国外很多工程也采用这种设备进行中小流量的消能及生态流量的下泄，它造价低，消能效果好，运行方便，非常值得在水利建设工程中推广使用。

参考文献

［1］阎秋霞.大口径调流阀应用研究［J］.水利建设与管理，2012（05）.

［2］陈立新，聂世虎，王子朝.水闸消力池深度与长度计算中应注意的问题［J］.水利技术监督，2005（04）.

［3］卞全.锥型阀及消能室在巴贡水电站放水孔的泄洪消能运用［J］.水利水电工程设计，2012，31（03）：12-15.

［4］M.C.约翰逊.锥形固定消能阀［J］.水利水电快报，2001（24）：7-9.

［5］陈阳，杨旭，等.消能调流阀在引黄入晋工程北干线大梁水库放水工程中的应用［J］.水利水电工程设计，2014，33（01）：53-55.

文献标识码： 文章编号：1672-2469（2015）05-0095-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.030

朱兴广（1972年—），男，高级工程师。