浅谈爆破振动效应监测试验重要性

胡敏辉 HU Min-hui

（长江工程职业技术学院，武汉 430212）

（Changjiang Institute of Technology，Wuhan 430212，China）

摘要： 爆破工程施工作业有较大的安全隐患，其中地震波对爆破区周围建（构）筑物影响很大，本文以工程实例证明，在建（构）筑物较集中区进行工程爆破就必须进行爆破振动效应监测试验，提供试验数据，便于调整、优化爆破参数，防止出现安全事故。

Abstract： Blasting engineering construction has big potential safety hazard. The seismic wave has great influence on the building and structures around the blasting area. Based on the engineering examples， this article proves that blasting vibration effect monitoring experiment is a must when engineering blasting is carried out in places when buildings and structures are concentrated， in order to provide test data， so as to adjust and optimize the blasting parameters and prevent accidents.

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关键词 ： 爆破工程；振动效应监测；爆破参数；安全

Key words： blasting engineering；vibration effect monitoring；blasting parameters；security

中图分类号：TD235 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）25-0088-02

作者简介：胡敏辉（1965-），男，湖南龙山人，教师，高级工程师，研究方向为水利工程施工与管理。

0 引言

①振动效应监测的目的与内容。

工程爆破技术使用非常普及，它加快了工程进度，提高了施工效益，但是同时也出现了一些安全问题，如冲出波、飞石、有害气体、地震波等。而爆破中最常见的就是爆破地震，它严重影响了周围建筑等的安全，必须对其进行振动效应监测。（1）通过对现场爆破振动安全监测试验，量测地表质点振动速度和爆破振动频率，并以此为依据，研究这个过程中的地表振动特性以及变化规律，分析地表质点振动峰值速度与装药量等之间的关系，回归出该场地的爆破参数。（2）根据回归出的爆破参数，计算安全爆破的用药总量和单段（响）用药量，进而指导爆破施工单位对爆破炮孔布置及爆破的单段（响）用药量的设计，以便更好的控制爆破施工对地表振动造成的危害。

②监测与分析试验的方法。

1）爆破上方地表布置监测点，采用质点振动速度测量系统，实地监测各项参数。2）在爆破区建筑屋顶（高层）以及地基（单层）埋设监测点，监测质点振动速度是否符合安全标准。3）采用专业测试分析软件对爆破震动波形进行分析，获得每个测点的主振频率、持续时间等爆破振动参数。4）爆破振动效应监测时，有针对性地选取具有代表性的位置进行振动测试，最好选取离爆区较近处布置振动测点。5）尽管在工程爆破中很多因素都会影响爆破振动，但最主要的因素为一次同时起爆炸药量Q（kg）和爆源距测点的距离R（m）。爆破振动安全多采用质点峰值振速进行控制，根据萨道夫斯基提出的经验公式计算：

式中可知，爆破振动强度与段药量Q成正比关系，与爆心距成反比关系，当段药量减少，质点振动强度降低：V为爆破地震对建筑物或构筑物产生的质点垂直振动速度，cm/s；K为与地形、地质、爆破方式有关的系数；Q为炸药量，齐发爆破时取总装药量，延期爆破时取最大一段装药量，kg；β为药包形状系数，一般取1/3；α为爆破地震随距离衰减系数；R为从爆破地点药量分布的几何中心至观测点或被保护对象的水平距离，m。

6）最大分段装药量按萨道夫斯基公式变换进行计算：

式中 Q为最大分段装药量，kg；R为爆心距，m；V为爆破安全振动速度值，cm/s；K，α为岩石性质、地质条件、爆破规模等综和因素。

③现场监测试验结果要求。

1）对爆区环境条件进行实地勘察，确定爆破振动监测方案。2）现场布置测点，获得现场数据。3）对爆破振动监测结果进行数据处理，获得振动的最大振幅、质点振动速度、主振频率等爆破参数。4）根据测试数据，结合有关规定，分析施工爆破振动的影响情况。

1 爆破振动效应现场监测试验实例

1.1 爆区环境、地质概况

某隧洞过长冲河浅埋段线路调整段长约为943.702m，隧洞坡降为1/2151，隧洞开挖断面尺寸为5.4m×5.8m。隧洞轴线仅穿越一户的围墙，隧洞轴线60m 宽度范围内有5 户居民，线路在桩号GB0+492.396～+641.208m 段暂定段为该段隧洞施工的风险控制段。由于该隧洞地质条件复杂，可供施工面积小，存在巨大的施工风险。

1.2 测点布置

①按照爆破设计单位设计要求（施工单位爆破设计）和国家安全爆破规程的要求，本次测试区域暂定为以隧洞掌子面为爆心半径50 m内的地表圆形区域。涵盖受震动影响的民居和其他建筑物。每个测点均为三向（垂向，水平径向，水平切向）。现场实施过程中可根据需要扩大监测半径以及监测区域和选择监测对象。

②通过现场条件和爆破振动监测的要求，每一个测点上放置一台TC-4850爆破测振仪和一只三轴向速度传感器（TT-3A系列三轴向电磁式振动传感器和ZCC-202型速度传感器）。传感器托盘采用石膏粉固定于预先筑好的平台上（土壤则将仪器埋入土层）。三向测点上使用的水平传感器方向与垂直向垂直。为了得到准确的数据和保护设备的安全，每个测点上的设备全部使用保护罩盖住。

③振动速度测量系统由传感器、记录仪和笔记本电脑组成。首先选用适宜的记录仪记录振动信号，然后用传感器将信号转换成数字量存储起来，最后用计算机将转换后的信息进行波形显示、数据分析、结果输出。

1.3 爆破振动效应检测结果及分析

1.3.1 测试现场概况

测试现场表面为麦田，土壤覆盖层。隧洞顶部到地面平均距离为25m。长冲村民用建筑多为砖混结构、以及简易房，抗振性能较差。有资料显示一般砖结构房屋，其最大安全允许振动速度为V=2.0~3.0cm/s。土坯房最大安全允许振动速度为0.7~1.0cm/s。在风险控制段有砖房四座，土基房2座，石棉瓦房一座，不明建筑一座。

1.3.2 测试结果

本次测试的研究内容是爆破振动对民用建筑的影响范围以及影响程度，因此根据实际情况，在爆破作业掌子面上方地面各个方向布置了监测点，总计进行了8次40个点的测试。以爆心为圆心半径50m的地面范围作为测试研究对象，本次测试的目的是爆破振动对地面建筑物的影响。一般情况下，垂直方向的震动对建筑物影响较大，但是考虑到现场民房建筑质量不高，因此也要考虑爆破振动水平切向和水平径向地震波剪切力对建筑物的破坏作用。本次测试分别在爆心各个方向不同距离布置测点，取得大量实验数据。如表1。

根据实测数据分析，并与安全允许标准比较，判断其安全性。

通过对某隧道浅埋段爆破振动进行监测，得到以下结论：①本次监测过程中，隧洞开挖爆破单段（响）装药量在1.4kg～2.2kg之间，一次爆破总装药量在26kg～42kg之间。在掌子面正上方地表质点振动速度较大，超过了相关标准，人员感到了明显的震动感。②在距离掌子面正上方地表30m半径的圆形区域之外，质点振动速度迅速衰减。③本次监测区域的地质条件非常适宜进行爆破，但由于爆破区域附近存在少量民房，因此，在实际的爆破过程中应合理控制装药量，根据计算，单段（响）装药量不宜高于0.3kg～0.5kg，总装药量不宜高于15kg～20kg。在风险控制段以外，可以逐步增大爆破装药量。④随着开挖向风险控制段接近，宜逐步减少装药量，尤其是在离保护建筑物四十米内飞范围内更应严格控制装药量。⑤振动频率分析表明，分段微差起爆能有效地控制爆破振动效应；小药量下的岩石松动控制爆破的主振频率主要集中在20～50Hz，高于建筑物自振频率，不会出现共振现象，爆破施工对周围建（构）筑物的影响较小。⑥萨道夫斯基公式计算较为复杂，为方便起见，本次测试给出了距离爆心0～97m，单段（响）装药0.2～3.6kg的振速预测表。根据该表，可以方便查询相应距离的安全装药量。

2 结语

通过以上案例分析可知，对于建（构）筑物集中的地区，进行爆破设计施工时，必须提前进行振动效应监测试验，找到最合理、最安全的爆破参数，确保爆区周围人员和建筑物等的安全，也可采取如下措施来控制或减弱爆破地震效应，将爆破震动效应控制在允许范围之内。

①采用微差爆破技术。根据微差爆破原理，采用微差爆破技术可以使爆破地震波的能量在时空上分散，使主震相的相位错开，从而有效地降低爆破地震强度，一般可降低30％～50％。

②预裂爆破或减震沟减震。为了提高减震效果，预裂孔、缝和沟应有一定的超深（20～30cm）或宽度（不小于1.0cm），而且切忌充水。

③采用合理的装药结构。实践证明：装药结构对爆破震动有明显的影响。装药越分散，地震效应越小。常采用不耦合装药、空气间隔装药、孔底空气垫层装药等减震。

④采用合理的起爆顺序。试验研究表明，在垂直于炮孔连心线方向上地震速度较大。因此，根据爆区条件和被保护物体情况，选择合适的起爆方向或顺序可以起到一定的减震作用。

⑤注重爆破地震效应监测。对于一些重要的保护设施或爆破，应采用振动仪表进行爆破安全监测，为安全检算提供较为准确的数据。

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参考文献：

[1]凌同华，李夕兵.多段微差爆破振动信号频带能量分布特征的小波包分析[J].岩石力学与工程学报，2005（07）.

[2]陈士海.爆破地震动作用下结构震动响应研究现状与发展[J].爆破，2003（S1）.

[3]周建伟，王光勇，王有凯.在爆破震动作用下地下硐室震动速度分布规律[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2013（09）.