水下钻孔爆破振动对在建码头及周边建筑的影响分析

权刚　田道森

摘 要：近年来，公司承接的工程多涉及炸礁工程，本文结合青岛港前湾港区泛亚码头疏浚工程炸礁施工实施过程中的现场监测资料，对水下钻孔爆破产生的振动进行分析，确定安全药量，为类似工程提供借鉴。

关键词：炸礁施工;单段药量;爆破振动;质点振速峰值

中图分类号：U655      文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2022）01-0075-03

1工程概况

本工程位于青岛港前湾港区南侧区域。工程施工区南侧为在建前湾港泛亚码头，距在建泛亚码头最近80m;东南向为融创维多利亚湾小区，距离维多利亚湾小区最近150米;西侧为迪拜自动化码头，距离迪拜自动化码头最近140m。爆破岩质为强风化和中风化花岗岩，为中硬度岩石。

2建筑物受到振动破坏的理论分析

炸药起爆时，会释放出巨大的能量，并按照波的形式传递。与炸药直接接触的岩石在能量最大的冲击波作用下，受到巨大的压力，产生破碎。剩余能量在向远处传递过程中，使得岩石拉伸、开裂，这一过程衰减为应力波。当应力波传播距离400～500倍的装药半径时，岩石仅产生弹性振动，衰减为地震波。地震波从岩层向上传递，加载到建筑物上，造成建筑物的动态响应，产生拉应力，当应力足够大时，对建筑物造成破坏。

根据弹性力学理论，当结构受到爆破振动扰动时，产生的应力为：

σ=Ev/c

式中：E-结构体的弹性模量;c-爆破振动波的传递速度;V-质点振动速度。

由此可见，爆破所产生的振动对特定的结构体某一质点所产生的应力与该质点的振动速度成正比。当质点的振动速度峰值超过安全允许振速时，才会对建筑物造成振动破坏。

3安全允许质点振动速度

根据《水运工程爆破技术规范（JTS204-2008）》，可根据下表选取安全允许振速：

4爆破振动作用下的理论装药量计算

本工程距离在建泛亚码头80m，距离迪拜自动化码头140m，距离维多利亚湾小区最近150米，爆破采用微差起爆。由于迪拜自动化码头距离大于泛亚在建泛亚码头，爆破震动验算重点控制对在建泛亚码头和维多利亚湾小区的影响。

根据《水运工程爆破技术规范》中爆破地震作用对建筑影响的安全距离用下式估算：

R=（k/v）×Q

式中：Q—延期爆破的最大一段炸药量（kg）;

R—爆破地震安全距离（m）;

V—安全振动速度（cm/s），钢筋混凝土结构房屋=3.0cm/s，重力式码头取=5cm/s，新浇大体积混凝土（初凝～3天）取=2cm/s，新浇大体积混凝土（3～7天）取v=3cm/s，新浇大体积混凝土（7天以上）取v=7cm/s。

K，α—分别为与爆破点地形、地质条件有关的系数和衰减指数 ;

K：本工程炸岩石主要为不同风化程度的花岗岩，按照中等硬度岩石计取，K取250，α取1.5。

根据以上取值计算出不同距离对应的允许单段最大药量如下所示。

结合上表计算结果：最大单段药量取200kg即能满足泛亚码头已完工的主体、维多利亚小区以及150m以外新浇混凝土的安全距离验算。

注：对于距离新浇混凝土胸墙80-150m范围的爆破，优先采取措施使爆破区域远离现浇混凝土区，等待新浇混凝土龄期达到7天以上再进行爆破。

5理论装药量下的实际监测数据

5.1测点数据

通过上述理论分析，我部选取单段最大药量200kg，在不同起爆距离下，监测码头前沿区域的振动数据，如下表所示：

5.2振速时程曲线图

5.4测点数据分析

（1）且各方向振动速度峰值随着水平距离的增大而降低;垂直z方向上和切向x方向上的振速峰值数值较径向y方向上普遍较大，垂直z方向上出现最大值的频率较切向x和径向y方向高，说明爆炸产生的冲击波在垂直z方向较水平方向（x、y）传播速度更快。

（2）从各个测点的振速时程曲线图可以看出，各方向的速度响应均持续至0.45s，作用时间很短，并且很快衰减，在距离码头80m处，速度响应峰值为0.667cm/s，完全满足重力式码头的安全允许标准;当距离超过100m时，速度响应峰值衰减的比较慢，到150m处衰减为0.248cm/s，远小于钢筋混凝土房屋的安全允许振速3cm/s，不会对临近小区房屋造成影响。

6爆破水中冲击波对人员及施工船舶安全距离计算

根据上述测点数据分析，爆炸产生的冲击波在垂直z方向较水平方向（x、y）传播速度更快。故需针对单段200kg起爆药量这一工况分析对水面人员及船舶影响。

根据《爆破安全规程（GB6722-2014）》的规定，在水深不大于30米的水域进行爆破，水中冲击波对人员及施工船舶的安全距离如下表：

根据上表及本工程单段最大药量200kg，该施工区域内与附近海域内均无海水浴场、养殖、渔场等场所，也没有游泳或潜水人员，故对人员均无影响;距离最近的迪拜自动化码头爆破距离最小140m，完全满足铁船100m的安全距离。

7结论

本工程通过理论计算和实际监测爆破数据，确定了选取单段最大药量200kg这一工况的可行性和安全性。

同时通过实测数据对比，爆点径向方向上的振速响应出现最大值的频次远低于水平切向和垂向。这是因为冲击波在传递过程中，由于介质阻隔以及水平距离的增大，在该方向上耗散的能量较多。故在实际监测中，水平切向和垂向上的振速响应出现最大值的频次较高，后续工程中应重点关注切向和垂向上的振动破壞。

参考文献：

[1]长江重庆航道工程局.水运工程爆破技术规范（JTS204-2008）[S].人民交通出版社.2008.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.爆破安全规程（GB6722-2014）[S].中国标准出版社.2014.