汽车专用道控制爆破振动监测与分析

苏 波，韦 猛，赵 江

（成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都610059）

汽车专用道控制爆破振动监测与分析

苏 波*，韦 猛，赵 江

（成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都610059）

通过对嘉陵江桥改移汽车二级专用道控制爆破振动效应进行监测、分析，通过线性回归拟合，得到了该工程的萨道夫斯基经验公式，为预测爆破振动振速、安全装药量、安全影响半径提供依据。根据爆破振动的特点，结合工程实际施工条件，提出了一系列减振手段，为类似工程对减弱爆破振动效应提供了一定的参考价值。

控制爆破；爆破振动效应；监测与分析

随着国家经济建设的全面展开，爆破工程技术在采矿工程、交通工程、土建工程、水利工程、国防军事工程等众多领域，有了更广泛的应用。但由于爆破控制理论的不够成熟、爆破施工环境的不可控因素过多等原因，各种爆破事故时有发生，爆破作业产生的爆轰波、爆破振动、爆破飞石等对施工区建筑物及周围环境、人身安全造成一定的安全隐患：爆破振动可能造成建筑结构损伤、强度降低，土壤液化、边坡失稳；爆破飞石可能造成人身安全事故、建（构）筑物破坏；爆轰波和冲击波可能造成建筑失稳。其中，爆破振动因为其普遍性、严重性而成为爆破作业中各类控制因素的关键[1]。因而，准确监测振动数据并采取措施控制爆破振动，使其对环境和周围建筑物的影响降低，成为在爆破作业中的一项重要课题。

本文根据嘉陵江桥改移二级汽车专用道控制爆破振动测试数据，对爆破振动数据监测处理，振动传播衰减规律，爆破振动控制进行了研究，可对类似爆破工程提供一定的参考。

1 改线土石方爆破振动监测

1.1 工程概况

西安至成都铁路客运专线四川段工程XCZQ-1标，因嘉陵江桥建设占用广元至陕西专用二级公路，需将该段改线。该改线工程需将约60000m3的岩石进行爆破开挖，山体开挖高度约30m。作业工地位于川陕公路近旁，日交通车辆在0.5万辆以上，且施工期间需保持通行。爆破区四周临近各种建筑设施，除了征地拆迁范围内的民房拆除外，大部分建（构）筑物仍然在爆破的影响范围内，爆破环境极为复杂。

爆破作业现场位于西成客专线路桩号DK378+810处，为汽车二级公路改线工程。爆破区一侧紧邻原川陕二级公路，及广陕高速公路嘉陵江高架桥。最近处水平距离17m，最高高差20m（桥面）、32m（桥底及原二专路路面）。另一侧为山体高边坡，边坡上方有民房多间，最近处水平距离15m。作业区平台为原开挖形成岩质边坡，坡度1∶0.5，最高处高32m，宽18m，长约300m。爆区地层主要为灰岩夹页岩（T2l）：灰、黄灰、灰白色，中厚层状，节理裂隙发育，岩体较破碎，溶蚀发育，地表多见溶沟、溶槽。夹灰绿、黄绿色薄层页岩。岩体产状近水平，弱风化带（W2）属Ⅴ级次坚石，B组填料。

1.2 爆破方案

根据控制爆破机理，以及开挖路段的设计资料、周边环境、工程性质的分析，结合我国当前的爆破工程技术发展水平和国家相关行业要求，土石方爆破拟确定采用浅孔微差控制爆破的施工方案。同时考虑进度要求，将爆区分为6个台阶，平行作业。爆区边缘永久边坡采用预裂爆破及光面爆破法施工，有效减振的同时又使边坡平整。台阶分层高度为5m。对于接近广陕高速公路嘉陵江高架桥桥墩的高危开挖路段，多次爆破到设计标高。

1.3 监测仪器

根据现场地貌特点以及工程需求，对工区爆破作业振动监测采用TDEC拓普测控科技有限公司研发生产的UBOX-20016爆破振动记录仪。该仪器尺寸小、重量轻且自带蓄电池，适合野外爆破作业现场。该仪器集振动监测、数据处理、结果输出三位一体，配有BM View专业软件进行数据处理和分析。仪器主要性能指标：采样频率：20～200kHz；负延时长度：0～4k可调；最长采集长度：64k；量程：1V、2V、5V、10V四档可调；触发电平：0.01～0.95倍量程；内触发方式：上升沿内触发；通道数：4个[2]。

1.4 测点布置及拾振器安装

根据作业现场实际情况，测点布置的原则是：（1）最近原则，测点位置靠近最近处的建(构)筑物。就该项目而言，测点应布置在紧邻待爆区的高边坡居民区以及距待爆区直线距离较近的广陕高速高架桥墩；（2）直线原则，在一定监测范围，监测点尽量布置为直线，形成监测线；（3）近密远疏原则，同一监测线上，布点距离遵循对数原则，近源地段集中布点，方便线性回归，测点布置如图1所示。

图1 控制爆破振动监测测点布置示意图

UBOX-20016爆破振动记录仪配套使用的拾振器采用磁电式振动速度传感器，其工作参数如下：（1）误差精度：＜3%；（2）敏度：250mV/cms-1。将接触面以及传感器磁座清理干净，用石膏粉将拾振器牢固粘结在被测建筑上，拾振器至记录仪的传输信号线长度小于2m，避免长距离的信号衰减。

1.5 爆破参数及监测结果

为了降低振动和空气冲击波，孔间采用毫秒微差爆破，单段装药量控制在10kg以内，延时雷管采用普通毫秒延期电雷管。段间微差时间间隔应等于或接近使前排药包承担的受爆体已经移动，后排药包爆破的临空面已经形成的时间，同时大于或等于可使相邻药包爆炸引起的爆破振动主振相分离的时间，以使前后排药包爆破地震波传播至保护物时不叠加，从而达到降震缓冲的目的[3]。

本次爆破振动监测共计观察4次，每次6个测点，得到有效爆破振动监测数据24次，部分振动监测结果如表1所示，其典型振动波形如图2所示。

1.6 爆破振动规律

表1 部分监测数据一览表

爆破时影响振动强度的因素很多，主要包括爆源药量、埋深、爆源介质物理参数，爆破方式，放置炸药的孔洞的自然性质以及爆心距、传播途径的地质背景、岩土条件等。要完全考虑这些变量是困难的，可近似地选择炸药量和爆心距作为主要变量，其它变量归纳到常系数中去。为得到工区岩体的爆破振动规律,利用前苏联萨道夫斯基经验公式对爆破振动数据进行拟合分析。

式中：V——爆破振动速度，cm/s；

R——爆破地震波危险半径；

K——与地震波传播地段的介质性质及距离有关的系数；

α——爆破性质系数；

Q——最大单响装药量，kg。

图2 典型振动波形图

对式（1）左右两边取对数，得到：

利用萨道夫斯基公式的线性拟合方法，将所测得的24组数据进行线性回归分析得出K、α值。爆破介质系数K=2.073，爆破性质系数α=0.276。因此式（1）可以改写为：

用所得出的经验公式可以得出爆破振动传播的基本规律，反算出在一定安全振速的限制下，最大单段使用炸药量Q以及在一定炸药量情况下距爆心不同距离的振动速度，以此指导施工，使得最大段炸药量控制在Q值以下。

1.7 爆破安全性判定

量化爆破振动对建（构）筑物影响的参量主要有爆破振动速度、爆破振动加速度、爆破振动幅度。国内外多以爆破振动速度作为爆破振动破坏安全性判别标准。根据国家2003年颁布的爆破振动安全标准[4]，具体规定如表2所示：

表2 爆破振动安全标准

在此工程实例中，受爆破振动危及的建筑物主要为民用砖房、钢筋混凝土结构高速公路桥墩。根据爆破振动安全标准，我们可以认为保护对象类别为一般砖房、非抗震大型砌块建筑物。为确保建筑物的安全性，爆破振动速度许用临界值按照表2中相关类别的下限来进行取值，既是2.0cm/s。从现场实测振动速度数据可知，振动速度最大值为1.269cm/s，在安全振速标准内，故而现场的爆破施工对邻近建筑物没有安全影响。

2 爆破振动控制手段

针对明山爆破施工中振动效应的振动幅度大、频率高、幅值衰减快、持续时间短等特点[5]，结合现场爆破振动监测数据，采用如下方法来减弱爆破振动效应带来的影响，从而保障邻近建筑物以及居民的安全：

（1）严格控制单段装药量。炸药量是控制爆破振动效应最有效、最直观的措施之一。根据线性拟合的萨道夫斯基经验公式，在岩性和爆破条件一定的情况下，比例药量ρ=越小，振速V就越小。当爆心距R一定，在不影响破碎岩体的情况下，减小单段起爆装药量，能有效控制爆破振动效应[6]。

（2）钻凿预裂爆破孔及减震沟。在爆破作业区边缘设置预裂炮孔，在爆破作业区与修筑民房的边坡之间设置减震沟。预裂孔平行于坡面布置，其装药结构为不耦合空气间隔装药，即孔底放置炸药，中间空气间隔，孔口炮泥封堵。通过现场工程实践，通过钻凿预裂爆破孔及减震沟，能有效降低爆破振动对建筑物的扰动，降振幅度可达20%～40%。

（3）合理确定起爆顺序及各段起爆时间间隔。预裂孔与主爆孔首段同步起爆；主爆孔采用斜线起爆，同时爆破方向为斜向永久边坡，以确保爆破飞散物崩落方向背离高架桥方向。增大延时非电雷管的段位差，使排间微差时间间隔适当增大，大于使前排药包承担的受爆体已经移动，后排药包爆破的临空面已经形成的时间，以及可使相邻药包爆炸引起的爆破振动主振相分离的时间，使前后排药包爆破地震波传播至受振动效应波及的建筑物时不叠加，从而达到减振的目的。

（4）调整局部装药结构。由于钻孔施工中的操作失误、地形限制，造成某些炮孔位抵抗线过小；或者钻遇断层、裂隙等软弱结构时，炮孔的装药结构应当做出适当的调整，包括装药量的控制以及炸药布设位置。

（5）提高堵孔炮泥质量。堵孔材料可选用粘土、砂加粘土或者较湿润的河沙，为保证堵塞质量，每填入0.3m时用木棍或竹竿捣固密实，堵塞材料中应避免夹杂碎石。炮孔堵塞必须要有一定的长度，一般取堵塞长度不小于孔深的20%。

3 结语

作为爆破作业中最为普遍的一种危害，爆破振动效应一直是限制爆破工程进度、威胁爆破工程安全的罪魁祸首，对爆破振动的监测与分析成为一项重要的课题。通过爆破振动记录仪对现场振动数据进行监控，通过回归分析、线性拟合得到符合该项爆破工程的萨道夫斯基公式，可以对爆破振动振速、安全装药量、安全影响半径作出预测，为减弱爆破振动效应提供参考。通过控制单段起爆炸药量、钻凿预裂爆破孔、开挖减震沟、确定合理的起爆顺序、各段间起爆时间间隔、调整局部装药结构、提高炮泥质量等手段，可以有效控制爆破振动振速，确保工程的顺利进行。

[1]CN-GB爆破安全规程[S].2003.

[2] 杨文东,范高军.龙滩水电站左岸导流洞爆破振动测试与控制研究[J].地震工程与工程振动,2008,28(4):168-172.

[3] 李生鑫.露天煤矿深孔爆破振动测试及分析[J].科技信息, 2013(6):397.

[4] 吴克刚,邱进芳,谢鹏，等.爆破地震危害及爆破振动测试[J].采矿技术，2009(5):115-116,122.

[5] 黄建军,李克民,常治国，等.中小型露天矿山爆破有害效应分析[J].露天采矿技术,2011(6):1-3.

[6] 黄忆龙.工程爆破中的灾害及其控制[J].西部探矿工程,2002, 14(2):90-91.

TD235

A

1004-5716(2015)02-0187-04

2014-10-14

2014-11-03

苏波（1989-），男（汉族），四川绵阳人，成都理工大学在读硕士研究生，研究方向：地质工程（钻掘工程理论与方法）。