某水閘工程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析

葛雙成,汪守龍,曾熙敏,孫從炎,吳雄偉,陸國(guó)鑫

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.浙江東洲建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司,浙江 杭州 310002;3.浙江省臺(tái)州港臨海港區(qū)建設(shè)管理委員會(huì),浙江 臨海 317015)

1 問題的提出

某灘涂圍墾工程的擬建水閘場(chǎng)地附近設(shè)有1座爆破開挖礦山,為了解爆破振動(dòng)對(duì)水閘工程的影響,對(duì)山體開挖爆破進(jìn)行了多次振動(dòng)監(jiān)測(cè)。其中,第2、3、4次監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于水閘的混凝土底板上,且第3、4次監(jiān)測(cè)是在上部結(jié)構(gòu)混凝土澆注后進(jìn)行的。通過各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域分析結(jié)果,依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià),并對(duì)后期爆破參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 監(jiān)測(cè)方法

在爆破振動(dòng)強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)與分析中,通常用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度來表示振動(dòng)的強(qiáng)度。而在質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度3個(gè)方向X、Y、Z的分量中,垂直 (Z)方向振速對(duì)爆破設(shè)計(jì)和施工的指導(dǎo)作用最大,且測(cè)量誤差的影響因素相對(duì)較少。因此,在開挖工程的爆破中,一般選擇質(zhì)點(diǎn)垂向振速為監(jiān)測(cè)和分析的主要物理量,而水平向振動(dòng)速度作為輔助物理量?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí),將拾震器按3個(gè)方向X、Y、Z有選擇地放置在各個(gè)測(cè)點(diǎn)上,以便接收隨機(jī)信號(hào)。當(dāng)爆破振動(dòng)信號(hào)被拾震器接收后,經(jīng)電荷放大器放大和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄,即可獲得振動(dòng)參數(shù)。

該次監(jiān)測(cè)采用DH5922多功能動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)和941B型拾振器。儀器測(cè)試通道8個(gè),采樣速率每通道10,20,50,100,200,500 Hz和1,2,5,10,20,50,100 kHz,失真度不大于0.5%,模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率16位,最大分析頻寬DC～50 kHz,抗混濾波器系每通道獨(dú)立的模擬濾波+DSP數(shù)字濾波。為了解振動(dòng)強(qiáng)度隨距離的衰減規(guī)律和預(yù)測(cè)安全距離,因此布置了1條由多測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的測(cè)線。該次測(cè)試時(shí),所有測(cè)點(diǎn)均由北至南放置在1條測(cè)線上。此外,使拾震器與測(cè)點(diǎn)表面牢固地結(jié)合在一起,以便真實(shí)地記錄各測(cè)點(diǎn)爆破地震動(dòng)的信號(hào)。

3 成果分析評(píng)價(jià)

3.1 實(shí)測(cè)結(jié)果

通過各次監(jiān)測(cè)所得有效振動(dòng)波形圖的時(shí)域和頻譜分析,各測(cè)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度為2.02～18.46 cm/s,主振頻率約6.54～21.29 Hz。分析表明,質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度隨著測(cè)點(diǎn)-至爆心距離的增加而減少,且隨著測(cè)點(diǎn)-至爆心距離的逐步增加,質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度減少的速率逐步降低。同炮次測(cè)點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)主頻率隨測(cè)點(diǎn)-至爆心距離的變化不大。同炮次測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)持續(xù)時(shí)間隨測(cè)點(diǎn)-至爆心距離的變化不大,而不同炮次的振動(dòng)持續(xù)時(shí)間相差較大,即爆破振動(dòng)持續(xù)時(shí)間與測(cè)點(diǎn)-至爆心距離關(guān)系不大,而與爆破參數(shù) (如:單段最大炸藥量)及測(cè)點(diǎn)處的地質(zhì)條件有關(guān)。圖1為某測(cè)點(diǎn)的典型振動(dòng)速度時(shí)域和頻域圖。

圖1 典型實(shí)測(cè)振動(dòng)圖

3.2 水閘作業(yè)區(qū)振動(dòng)分析與評(píng)價(jià)

依據(jù)國(guó)標(biāo) 《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003),對(duì)第 2、3、4次監(jiān)測(cè)所得的振動(dòng)速度,結(jié)合混凝土澆注齡期進(jìn)行分析評(píng)價(jià)表明,均超出安全允許速度,對(duì)水閘工程澆注混凝土有一定的不利影響。

3.3 參數(shù)擬合

在該工程中,第2、3、4次監(jiān)測(cè)都是在閘基混凝土底板上進(jìn)行的,且每次監(jiān)測(cè)的各測(cè)點(diǎn)均在1條測(cè)線上,故將其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,計(jì)算爆破振動(dòng)安全允許距離公式 〈按國(guó)標(biāo) 《爆破安全規(guī)程》 (GB 6722—2003)〉 中與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的場(chǎng)地系數(shù)和衰減指數(shù)分別為95.3、1.32,得到質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度的計(jì)算公式為:

式中:V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度(cm/s);

Q為同段最大藥量(kg);

R為安全允許距離(m)。

3.4 安全炸藥量預(yù)測(cè)

依據(jù)安全允許速度計(jì)算公式,根據(jù)該工程實(shí)際情況及各次爆破監(jiān)測(cè)情況,設(shè)最短炮心距50 m作為未來爆破預(yù)測(cè)判斷的測(cè)點(diǎn)-至爆心距離,預(yù)測(cè)閘基底板混凝土安全允許速度對(duì)應(yīng)的炸藥量。選取v=12.0 cm/s為安全允許速度(當(dāng)混凝土超過28d齡期時(shí),采用28d齡期對(duì)應(yīng)的爆破振動(dòng)安全允許速度),則預(yù)測(cè)單段最大炸藥量Q約為1 116 kg。

4 結(jié) 論

在該灘涂圍墾擬建水閘附近的采石場(chǎng)爆破工程中,實(shí)測(cè)得到了各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度及其變化規(guī)律,并依據(jù)國(guó)標(biāo)結(jié)合混凝土澆注齡期評(píng)價(jià)了爆破振動(dòng)對(duì)水閘工程的影響。通過多次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析計(jì)算場(chǎng)地系數(shù)和衰減指數(shù),得到了該工程的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度計(jì)算公式。最后,根據(jù)該工程各次爆破監(jiān)測(cè)情況,預(yù)測(cè)了閘基底板混凝土安全允許速度對(duì)應(yīng)的炸藥量。該工程實(shí)例表明,振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)爆破工程的效應(yīng)評(píng)價(jià)及安全炸藥量預(yù)測(cè),具有較好的指導(dǎo)意義。