爆破震動(dòng)對(duì)建構(gòu)物的影響研究

馬培廣

摘要：當(dāng)前我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的速度逐漸加快，很多城市都面臨著地面交通壓力較大等問(wèn)題，在此過(guò)程中政府逐步開(kāi)始重視地下交通的發(fā)展，在一些建筑物相對(duì)較為復(fù)雜且人口密集的核心區(qū)域進(jìn)行隧道的開(kāi)挖。在此過(guò)程中往往需要使用爆破技術(shù)，但是爆破震動(dòng)會(huì)對(duì)建構(gòu)物的影響。本文分析研究爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響具有非常重要的意義。

Abstract： At present， the speed of infrastructure development in China is gradually accelerating. Many cities are facing the problem of large ground traffic pressure. In the process， the government gradually began to pay attention to the development of underground transportation， and excavated tunnels in some relatively complex and densely populated core areas. Blasting techniques are often required in this process， but the effects of blasting vibrations on the structure. This paper analyzes the impact of blasting vibration on buildings and has very important significance.

關(guān)鍵詞：爆破震動(dòng);機(jī)理;建構(gòu)物;影響

Key words： blasting vibration;mechanism;construct;influence

中圖分類號(hào)：TD235 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）30-0159-02

1 ?爆破震動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理

在巖土介質(zhì)當(dāng)中，炸藥爆炸是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，其機(jī)理非常復(fù)雜，另外還會(huì)涉及很多物理計(jì)算。首先，爆炸的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，沖擊荷載會(huì)在巖土介質(zhì)當(dāng)中形成壓縮波，這種壓縮波進(jìn)行傳播的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致液體介質(zhì)出現(xiàn)一定的塑性形變，最終出現(xiàn)破壞，在爆炸周邊產(chǎn)生一個(gè)空腔。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)空腔形成的過(guò)程中主要是爆炸產(chǎn)生的壓縮波，在向外傳播的過(guò)程中對(duì)液體介質(zhì)產(chǎn)生擠壓造成的，這種壓縮波在爆炸載荷之間有正相關(guān)性。在爆炸的過(guò)程中如果在空腔半徑之內(nèi)釋放的能量越大那么會(huì)導(dǎo)致該非彈性形變區(qū)半徑也越大，所以非彈性區(qū)大小主要是爆炸能量產(chǎn)生的，也就是其半徑大小最終是由爆炸地震波的強(qiáng)度所決定的。

2 ?爆破震動(dòng)對(duì)建構(gòu)物的影響

2.1 工程概況

本工程主要處于我國(guó)西南某省的省會(huì)，是一個(gè)建筑平場(chǎng)工程，需要開(kāi)挖的區(qū)域?qū)挾冗_(dá)到80米，長(zhǎng)度為250米，高度為30米，所處區(qū)域在全鎮(zhèn)較為復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，在爆區(qū)的北側(cè)，主要是一個(gè)客運(yùn)站的維修車間，與報(bào)區(qū)之間的直線距離達(dá)到了70米;候車區(qū)和客運(yùn)站大樓與爆區(qū)的距離最近位置為210米?？瓦\(yùn)站當(dāng)中有一些35千伏的線塔，與爆區(qū)之間的距離達(dá)到了275米，爆區(qū)的東南位置是一條交通主干道，與爆區(qū)之間的距離為250米，還有一些安置房，與爆區(qū)之間的距離為270米。

2.2 爆破振動(dòng)測(cè)試

2.2.1 爆破方案

本工程在施工的過(guò)程中，周邊的環(huán)境較為復(fù)雜，而且有居民區(qū)和車站，所以需要注意對(duì)巖土進(jìn)行有效的控制，臺(tái)階爆破高度為8米，孔徑為90毫米，孔深為9米。通過(guò)深孔松動(dòng)爆破的方式，與淺孔爆破相結(jié)合的方案進(jìn)行處理。在此過(guò)程中用毫秒延時(shí)逐孔起爆網(wǎng)路進(jìn)行布設(shè)，通過(guò)非電毫秒導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行啟動(dòng)。在此過(guò)程中通過(guò)三角形布控的方式進(jìn)行操作。在布設(shè)的過(guò)程中，排間距設(shè)置為2.5米，孔間距設(shè)置為3米，孔與孔之間通過(guò)串聯(lián)的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，使用充電式起爆器完成起爆。

2.2.2 測(cè)試儀器及測(cè)點(diǎn)布置

在爆破地震測(cè)試的過(guò)程中主要使用的是廣州某公司研制的RVs網(wǎng)絡(luò)測(cè)振儀。該測(cè)震儀在使用的過(guò)程中，其優(yōu)點(diǎn)在于容易進(jìn)行操作，而且靈敏度相對(duì)較高，體積相對(duì)較小，具有較強(qiáng)的智能化水平。在測(cè)震工作開(kāi)始之前需要將待測(cè)位置的基巖整平，清理表面，通過(guò)石膏粉與水之間進(jìn)行混合，對(duì)測(cè)震儀進(jìn)行固定，依照測(cè)量的具體要求，合理地進(jìn)行位置的設(shè)置。

2.3 測(cè)試結(jié)果

依照實(shí)際工程的具體需要，監(jiān)測(cè)每個(gè)爆破點(diǎn)的振動(dòng)情況，表1當(dāng)中對(duì)測(cè)點(diǎn)儀和測(cè)點(diǎn)二的相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了顯示，測(cè)點(diǎn)一設(shè)置在報(bào)區(qū)中心到檢察院的位置上，側(cè)點(diǎn)二設(shè)定在報(bào)區(qū)中心到客運(yùn)站的位置上。

2.4 振動(dòng)頻譜分析

質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值對(duì)應(yīng)的頻率被叫作主振頻率，依照相關(guān)物理性質(zhì)分析，每個(gè)彈性體以及彈性系統(tǒng)當(dāng)中具有一定的固有振動(dòng)頻率。這種固有頻率是不會(huì)改變的。而且如果外界振動(dòng)的頻率和固有頻率比較接近時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)共振。比如說(shuō)，在爆破振動(dòng)主頻率與建筑結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)頻率接近的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的共振，這樣就會(huì)導(dǎo)致爆破的過(guò)程中震動(dòng)的情況進(jìn)一步增加，如果情況嚴(yán)重，可能會(huì)導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)部分或者全部開(kāi)裂，甚至產(chǎn)生細(xì)紋的情況。所以在評(píng)估爆炸振動(dòng)的過(guò)程中，爆炸主振頻率是非常重要的一個(gè)參數(shù)，爆破所測(cè)得的主振頻率主要在30赫茲和50赫茲的頻段當(dāng)中。然而一般條件下，房屋結(jié)構(gòu)的自振頻率往往相對(duì)較低，主要在10赫茲以下，所以爆炸過(guò)程中一定要控制共振的情況。依照爆炸安全規(guī)程的相關(guān)要求分析發(fā)現(xiàn)地震波的頻率越高，那么在爆炸過(guò)程中出現(xiàn)的震動(dòng)造成的安全速度限制也就越高，這樣在爆炸過(guò)程中，出現(xiàn)的震動(dòng)對(duì)周邊建筑產(chǎn)生的危害也相對(duì)比較小。

2.5 振動(dòng)速度分析

對(duì)爆破振動(dòng)強(qiáng)度的大小進(jìn)行分析，對(duì)其產(chǎn)生影響的因素非常多，主要是爆破到構(gòu)建物的之間的距離、在爆炸過(guò)程中單段最大炸藥量?jī)蓚€(gè)方面來(lái)共同決定的。在此過(guò)程中，相關(guān)人員對(duì)這些因素進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的分析，也產(chǎn)生了一些對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)的公式。我國(guó)在計(jì)算爆炸質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和爆炸振動(dòng)安全允許距離方面的公式如下：

（1）

通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式分析，可以將其轉(zhuǎn)化為冪級(jí)數(shù)公式：

V=Kpα ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

確定參數(shù)Kp、α過(guò)程中，使用的常用方法是對(duì)式（2）兩側(cè)同時(shí)取對(duì)數(shù)，接著通過(guò)一元線性回歸的方法進(jìn)行線性擬合操作，也就是：

logy=logK+alogp ? ? ? ? ? ? ? （3）

令y=logv、a=logK、x=logp、b=α，則有y=a+bx。

對(duì)a、b進(jìn)行確認(rèn)，最終獲得k和α。

依照爆破過(guò)程中所使用的裝藥量和相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，利用上述經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)分析各點(diǎn)的具體情況，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中檢測(cè)的結(jié)果依照線性回歸方式進(jìn)行處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)。為了在操作的過(guò)程中對(duì)測(cè)振結(jié)果的合理性進(jìn)行分析，通過(guò)相關(guān)方法轉(zhuǎn)變爆區(qū)中心的具體情況，在完成操作后，再對(duì)兩測(cè)點(diǎn)完成實(shí)測(cè)。將計(jì)算值和實(shí)測(cè)值的數(shù)據(jù)錄入電腦，并且對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，將獲得的實(shí)測(cè)值和回歸方程的數(shù)據(jù)列為表2。

依照《爆破安全規(guī)程》當(dāng)中相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，在振動(dòng)頻率為10赫茲到50赫茲的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物當(dāng)中，其安全允許振速為每秒3.5厘米到每秒4.5厘米。為了安全起見(jiàn)，可以對(duì)安全允許振動(dòng)速度進(jìn)行進(jìn)一步的控制，取值為每秒兩厘米。依照實(shí)測(cè)和計(jì)算的結(jié)果分析，單段最大藥量控制在200公斤的時(shí)候，距離爆破區(qū)域100米外的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑相對(duì)較為安全。與此同時(shí)，分析表的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算的過(guò)程中，實(shí)測(cè)振速動(dòng)值均比回歸公式計(jì)算值相對(duì)偏低，主要是由于回歸公式在計(jì)算的過(guò)程中產(chǎn)生了一定的誤差，另外通過(guò)實(shí)際觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，測(cè)點(diǎn)和到區(qū)中心的一些溝壑具有一定減振的效果，干擾了數(shù)據(jù)。

2.6 結(jié)論

具體分析振動(dòng)速度，與爆源距離較為接近的構(gòu)筑物振動(dòng)速度峰值比安全標(biāo)準(zhǔn)低，也就是，爆破施工的過(guò)程中，不會(huì)對(duì)小區(qū)樓房、客運(yùn)總站以及人民檢察院產(chǎn)生破壞。具體分析振動(dòng)頻率可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)非電毫秒導(dǎo)爆管雷管主控進(jìn)行起爆爆破的過(guò)程中，主振頻率控制在30赫茲到50赫茲，其頻率遠(yuǎn)高于固有的頻率，不會(huì)出現(xiàn)共振的情況。依照實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)完成回歸分析，利用相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)完成最終的修正工作，在相關(guān)數(shù)據(jù)指導(dǎo)下完成爆破設(shè)計(jì)，可以保證爆破工作不會(huì)對(duì)附近的構(gòu)建物產(chǎn)生影響，周邊的構(gòu)建物都是安全的。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

爆破施工的過(guò)程中由于爆破理論不成熟，周邊環(huán)境復(fù)雜多變，無(wú)法有效地對(duì)爆破進(jìn)行控制，沒(méi)有采取合理的措施來(lái)降低爆破產(chǎn)生的危害，會(huì)造成周邊產(chǎn)生一定的影響。在此過(guò)程中爆破震動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致周邊爆破區(qū)域附近的構(gòu)筑物出現(xiàn)一定的損壞。在實(shí)際工程當(dāng)中這種現(xiàn)象較為普遍，而且形成的原因非常復(fù)雜，很容易產(chǎn)生民事糾紛。因此在后續(xù)進(jìn)行爆破施工的過(guò)程中一定要加強(qiáng)計(jì)算分析爆破可能對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，與實(shí)際情況相結(jié)合，采取合理的措施對(duì)爆破影響周邊的情況進(jìn)行有效的控制。

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