临近装修建筑片区爆破振动阈值控制研究

张 栋，朱 宁，柯 波，周洪文，潘若寒，朱 镕

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉 430070；2.中国建筑材料工业建设西安工程有限公司，西安 710075)

爆破是工程施工过程中常用的作业方式，其优点有操作简单便捷，施工效率高，经济性好。但是在爆破作业的过程中，不可避免的会对周边的环境和建筑物造成影响。在城市内进行爆破作业时，爆破振动对周边建筑物产生的振动危害将直接影响人民的生命安全和财产安全。为弄清爆破振动的具体影响，爆破测振便具有十分重大的意义。多年来，诸多学者和科研人员对爆破测振进行了深入的研究。林世雄提出了测振时爆破测振仪选择的四大原则，根据现场的地质测点分布、地质状况、爆点分布、保护建筑物类型等选择合适的测振仪器[1]。徐洋等在爆破测振过程中选用远程测振系统，实现了测振数据的自动记录、远程传输、自动处理等工作[2]，证明了远程测振的可靠性和实用性。胡方强和张春阳等在测振数据处理的过程中运用最小二乘法进行回归分析，反算验证出测振得出的衰减常数K和α的可靠性[3,4]。由此可见，科研人员对测振工作的研究提供了丰富的理论依据。

论文以罗田县棚改项目需爆破的路基石方为研究对象，探讨爆破振动对周边无装修施工进行的建筑物和正在进行装修施工的建筑物造成影响的大小。

1 工程概况

罗田县城南片区棚改项目H2凤城三路、Z3飞凤街道路排水工程，位于罗田县凤山镇。需爆破的石方为路基开挖和平基高出设计部分石方(人工和机械不能开挖部分)，约20 000 m3。爆破高程最大为10 m,其中95%是坚硬花岗岩，5%为次坚石，硬度系数为f=8～16。周边环境如下：东面是山，没有民房和其他设施，南面、西面和北面均为居民区、办公和商业区，南面和西面距居民房屋最近200 m，距商业区最近300 m，北面距居民房屋最近处160 m，距办公和商业区最近190 m,爆区正上方有高压线。该项目属城镇复杂环境爆破，按爆破工程分级确定为C级，采用小孔台阶爆破，需严格控制爆破，确保安全[5]。爆区与测点相对位置如图1所示。

2 施工爆破设计

此次施工台阶高度为0.5～3.5 m，孔径为40 mm，孔深0.75 m。单位炸药消耗量为0.45 kg/m3。孔距1 m，排距0.9 m，孔数221个，单孔药量Q为1 kg,每段6孔，最大段装药量为6 kg。孔内采用五段导爆管雷管，孔外采用三段导爆管雷管,采用连续装药结构。炸药使用乳化炸药，总装药量197 kg。非装药部分全部进行堵塞，堵塞系数取较小值，保证最浅孔的填塞长度不小于50 cm。

为了减小爆破震动对周围房屋、设备设施的影响，施工中采用逐排三角形或方形布孔的方式[6，7]。起爆网路采用非电导爆管起爆网路，即孔外延时、导爆管簇串联起爆网路。

3 爆破振动测试与数据分析

3.1 测试方案

为更好地评估爆破振动对居民房屋的影响，根据项目施工现状，爆破振动测试选定爆区西北方向为一号测线，爆区西方向为二号测线，每条线上布置五个测点，相邻测点间的距离为30～60 m，测点与爆心的距离为40～192 m,为确保测得数据的准确性，其中离爆破点较近测点的测振仪多数安装在地表岩石上，居民房周边测点的测振仪安装在居民建筑中的水泥地板上[8]。

3.2 测试结果与数据分析

在爆破后确认安全的情况下，收装仪器，并及时进行数据的整理工作。典型的爆破振动波形图如图2所示，此波形图为测点一处的振动值，因为测点1距爆心最近，所以产生了较大的振动。其中X、Y、Z分别是水平径向、水平切向、竖直方向，通过波形图可以看到X方向振动的峰值为0.63 cm/s，Y方向振动的峰值为0.61 cm/s，Z方向振动的峰值为0.54 cm/s，振动时间持续了2 s左右。

通过对所测数据进行整理分类得出爆破振动速度峰值基本出现在最先起爆的炮孔中。测点1、2位于爆区附近，出现了此次振动的最大值0.63 cm/s，测点3、4、5位于居民区方向，与测点1、2之间有一条人工沟渠，会加快爆破振速的衰减，因此测得爆破振速较小，均值仅为0.24 cm/s。测点6和测点7安装在二号测线的基岩上，距爆心位置较近，故表现出振动速度较大，均值为0.41 cm/s。测点8和测点9安装在爆区外围的建筑区域内，之后是较厚的土层，因此地震波衰减较快，振动速度较小。测点10高差最大、距离最远，所以振动速度最小，最小值为0.04 cm/s。

爆区爆源到附近民用建筑之间地质条件复杂，有岩石、土、沟渠，地震波衰减较快，爆破区域的高程与测点高程相差约4 m，回归也需要考虑高程差的影响。基于以上环境因素，根据国家爆破安全规程及国内外研究成果，爆破振动传播与衰减规律一般采用萨道夫斯基的经验公式

(1)

式中，K为与地质、爆破方法等因素有关的系数；α为与地质条件有关的地震波衰减系数；Q为与振动速度V值相对应的最大一段起爆药量；R为测点与爆心的直线距离。

K、α值的选取因地质条件的不同变化范围较大，严重影响计算精度和爆破安全，因此必要时要对所进行的爆破现场进行测试，依据实测的数据求出相应的K、α值。采用萨道夫斯基公式进行最小二乘法回归运算，分别拟合出X、Y、Z三个方向的回归直线，带入数据得出两条测线上X、Y、Z三个方向的K和α值，如表1所示。

表1 回归所得K、α值

3.3 数据分析与结果验算

根据表3中已经得到的X、Y、Z回归衰减系数和实际爆破测振的数据对现场爆破测振进行验算，考虑最不利情况，回归衰减系数取最大值，K=265.8，α=1.9，V取本次测振的最大值0.63 cm/s，R取附近建筑物的最近距离85 m，进行最大一段起爆允许药量Q的计算，计算结果如表2所示。

表2 最大一段起爆允许药量

爆破作业实际最大一段起爆药量为8 kg。通过表3的验算结果可知，最大一段允许起爆药量为46 kg，因此实际起爆药量小于最大一段允许起爆药量，对现有房屋结构没有造成影响。

通过对现场实际情况的调查，得到周边建筑物在爆破作业期间不定期会进行装修施工，因此在后续的数据分析中进行两种不同情况下的计算。当附近建筑物无装修施工进行时，保护对象判定为一般民用建筑物级别，当附近建筑物有装修施工进行时，考虑到装修材料例如玻璃，瓷砖等脆弱性，保护对象应判定为土坯房级别。对照《爆破安全规程(GB6722—2014)》爆破振动安全允许标准，如表3所示。

表3 爆破振动安全允许标准

当保护对象为一般民用建筑级别时，对爆破数据进行反算，考虑最不利因素，回归衰减系数取最大值，K=265.8,α=1.9，由实测数据可知，频率应选择10 Hz≤f≤50 Hz区间，振动速度选择频率范围内最小的2 cm/s。当测点与爆心距离为35 m时，允许最大一段安全起爆药量为19.0 kg，当爆点与爆心距离为45 m时，允许的最大一段安全起爆药量为40.4 kg。同理，当保护对象应判定为土坯房级别，考虑最不利因素，回归衰减系数取最大值，振动速度选择频率范围内最小的0.45 cm/s。通过计算可得，当测点与爆心距离为35 m时，允许最大一段安全起爆药量为1.8 kg。当爆点与爆心距离为45 m时，允许最大一段安全起爆药量为3.8 kg。随着爆点与周边民用建筑物距离的不断增加，允许最大一段安全起爆药量也会逐渐增加。因此，在进行爆破作业时，不同判定级别下的建筑物在35 m及以上距离最大一段安全起爆药量可参考表4。

表4 保护为一般民用建筑时最大一段安全起爆药量反算结果

由原爆破方案可知，爆破作业时计划最大段药量10 kg，一次爆破总装药量不超过200 kg，此时不同级别保护对象安全允许质点振动速度取不同数值，一般民用建筑级别V=2 cm/s,土坯房级别V=0.45 cm/s，计算得出不同情况下爆心与建筑物的安全距离，如表5所示。

表5 最小安全距离

4 结 论

a.从测试结果分析，对照《爆破安全规程(GB6722—2014)》爆破振动安全允许标准，确定此次爆破振动没有对周边居民房造成实质性危害。

b.根据城区内环境的实际情况，讨论爆破测振的阈值应该如何控制，提出在不同情况下周边建筑物的判定级别也应不同，选取最不利条件下K、α值，分别得出了在周边建筑物无装修进行时和有装修进行时两种情况下的爆破作业时允许最大一段起爆药量和爆心与建筑物的最小安全距离。