關(guān)于工程爆破振動(dòng)的影響及降振策略的研究

陳文基

摘要：爆破振動(dòng)以及相關(guān)的降振措施的研究對(duì)于確保工程爆破的安全實(shí)施，保障周圍建筑物的結(jié)構(gòu)安全而言至關(guān)重要。本文對(duì)工程爆破振動(dòng)的影響 及降振策略進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：工程爆破;振動(dòng)效應(yīng);影響因素;降振策略

1爆破振動(dòng)效應(yīng)的原理

在工程爆破的實(shí)施過程中，炸藥在引爆時(shí)，其能量會(huì)以波動(dòng)的形式迅速向外傳播，并對(duì)其周圍的介質(zhì)構(gòu)成影響，隨著傳播距離的增加，其沖擊波也呈現(xiàn)出快速衰減的趨勢(shì)，當(dāng)降至聲波速度水平后，沖擊波就轉(zhuǎn)變成為了應(yīng)力波，前者傳播的區(qū)域被稱為粉碎區(qū)，而后種波傳播的區(qū)域被稱為破碎區(qū)，從名稱中即可看出，雖然兩種波的破壞程度相差較大，但同樣都會(huì)對(duì)周圍環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的威脅;隨著傳播距離的繼續(xù)增加，波的振幅繼續(xù)下降，其性質(zhì)也再次轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥缘卣鸩ǎm然此時(shí)震波的破壞性大幅降低， 但仍然可以導(dǎo)致已存裂隙的發(fā)展，從而給建筑物的安全造成負(fù)面影響，彈性地震波的傳播區(qū)域也被稱為彈性區(qū)。根據(jù)大量的工程爆破經(jīng)驗(yàn)顯示，一 般的爆破作業(yè)，在正常執(zhí)行安全管理措施之后，沖擊波和應(yīng)力波的作用范圍內(nèi)是不會(huì)出現(xiàn)建筑物的，但是爆破地震波的傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前兩種波， 其影響范圍也大大增加，尤其對(duì)于城市地區(qū)，人口密度大、建筑物集中， 更容易受到工程爆破的影響，若沒有采用科學(xué)的方法降振，控制地震波帶來的影響，就會(huì)對(duì)這些建筑物造成安全隱患。

2爆破地震波影響因素分析

從目前該領(lǐng)域內(nèi)的研究成果分析，爆破地震波的主要影響因素分為兩個(gè)方面，一是爆源本身的特性參數(shù)，如振動(dòng)強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間等，另一方面則是受振對(duì)象的屬性，如爆破地點(diǎn)的地質(zhì)構(gòu)造、與爆源的相對(duì)距離等。必須要指出的是，這些因素之間相互制約、相互影響，形成了一個(gè)復(fù) 雜的關(guān)聯(lián)體。一般而言，爆破本身的強(qiáng)度越大，振動(dòng)頻率越接近建筑物固 有頻率，且持續(xù)時(shí)間越長，則對(duì)后者造成的損害也就越大。本節(jié)對(duì)這些影 響因素展開逐一的介紹與分析。

2.1爆破地點(diǎn)地質(zhì)構(gòu)造條件

爆破地點(diǎn)介質(zhì)的特點(diǎn)直接影響到了爆破振動(dòng)效應(yīng)的程度與特性。若爆破所在地地質(zhì)堅(jiān)硬，則振動(dòng)基頻相對(duì)較高，爆破振動(dòng)持續(xù)時(shí)間會(huì)得到顯著到峰值，導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)反應(yīng)超過彈性區(qū)間，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的局部損傷，隨著持續(xù)振動(dòng)周期延長，則后續(xù)振動(dòng)效應(yīng)會(huì)在這些損傷中進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致?lián)p傷的加劇與擴(kuò)大，最終對(duì)建筑物造成嚴(yán)重的破壞;若爆破振動(dòng)持續(xù)時(shí)間短，結(jié)構(gòu)破壞過程尚未完成，爆破振動(dòng)即終止或衰落成弱振動(dòng)， 此時(shí)對(duì)建筑物的影響就相對(duì)小了許多，并通常不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的太大損傷。

3 爆源降振措施

為了保障爆破工程影響范圍內(nèi)的建筑物及其他構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全，避 免因建筑物損毀而帶來的人員傷亡事件，必須在爆破前嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定， 充分做好各種防范措施，并根據(jù)工程所在地的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的爆破方案，有效控制爆破振動(dòng)造成的嚴(yán)重影響。目前從降振措施方面看， 主要有控制爆破用藥量、選用低威力、低爆速炸藥、微差爆破和間隔裝藥等。本節(jié)主要介紹微差爆破和間隔裝藥措施。

3.1微差爆破

3.1.1微差爆破的原理

微差爆破又稱為毫秒延時(shí)爆破，它是在排間、孔間或單孔內(nèi)，采用毫秒雷管起爆，使相鄰孔段、孔間或孔中炸藥在極短的時(shí)間間隔內(nèi)依次爆炸， 在恰當(dāng)?shù)奈⒉顣r(shí)間間隔里，先后起爆的地震波相互作用、干擾，使得地震波得以削弱。另外，微差爆破分散了整個(gè)爆破總藥量，并確定了每段最大藥量，由此就控制了爆破振動(dòng)強(qiáng)度，這可以減少爆破振動(dòng)對(duì)爆破地點(diǎn)周邊建（構(gòu)）筑物、邊坡及基礎(chǔ)面的影響。根據(jù)大量實(shí)際工程爆破的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，微差爆破能有效的降低爆破振動(dòng)，在總藥量和其它爆破條件相似的情況下，微差爆破振速比齊發(fā)爆破大約降低（0.33 ～ 0.67），降振效果顯著。

3.1.2爆破間隔時(shí)間的確定

關(guān)于最佳的微差爆破時(shí)間間隔，各國采用的數(shù)值以及相關(guān)的計(jì)算方法均存在一定的差異，在我國，不少成功的微差爆破案例均采用式（1）進(jìn)行計(jì)算，而結(jié)果一般位于（25 ～ 50）ms 之間的縮減，振動(dòng)幅度也會(huì)隨之降低;若爆破地點(diǎn)地質(zhì)較為松軟，則以上三種振動(dòng)參數(shù)的變化則會(huì)相反。此外，還需要考慮到爆破地點(diǎn)的自振現(xiàn)象同樣也會(huì)受到該地點(diǎn)的介質(zhì)特性的影響，從而導(dǎo)致自振的周期、頻率和振幅隨之變化，在加人到爆破振動(dòng)的效應(yīng)之后，會(huì)形成類似于受擾振動(dòng)的增幅效 果，使振動(dòng)波的傳播出現(xiàn)各種反常變化，并對(duì)爆破振動(dòng)效應(yīng)的預(yù)測形成極 大的影響。因此，對(duì)于爆源影響區(qū)域內(nèi)建于粘土或回填土上的建筑物，必 須施加針對(duì)性的保護(hù)措施，以確保安全。

2.2爆破振動(dòng)頻率

由于爆破頻率接近建筑物固有頻率而引發(fā)的劇烈共振是導(dǎo)致建筑物受到爆破振動(dòng)波影響而發(fā)生損毀的重要原因。頻率與距離的變化關(guān)系曲線， 大體呈負(fù)指數(shù)變化，其中爆破地震波的高頻部分由于受到了地層的過濾作 用而快速下降，而低頻部分則下降緩慢。參閱大量的文獻(xiàn)和相關(guān)記錄顯示， 大多數(shù)爆破振動(dòng)頻率位于（10 ～ 300）Hz 之間，且受到諸多的因素影響而呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、復(fù)雜度高的特征，建（構(gòu)）筑物頻率振動(dòng)波動(dòng)力響應(yīng)關(guān)系與爆破振動(dòng)危害性密切相關(guān)如普通民用低層建筑，其固有頻率一般位于 （4 ～ 12）Hz 的區(qū)間內(nèi)，而高層建筑物則相對(duì)更低。

2.3爆破振動(dòng)持續(xù)時(shí)間

從爆破開始，至振動(dòng)最終停止經(jīng)歷的時(shí)間周期，被稱為爆破振動(dòng)周期。 這一周期相對(duì)于天然地震周期而言要短的多，且與爆破用藥量直接相關(guān)。 對(duì)于藥量少的小型工程爆破而言，這一周期約處于（0.1 ～ 0.55）ms 之間， 而對(duì)于一般非大型工程爆破而言，這一周期可延長至（0.5 ～ 2.55）ms，而天然地震的振動(dòng)持續(xù)時(shí)間則往往延長至（10 ～ 405）ms。隨著振動(dòng)持續(xù)時(shí)間的增加，振動(dòng)效應(yīng)對(duì)其傳播范圍內(nèi)的建筑物及其他結(jié)構(gòu)物非彈性變形 影響也會(huì)出現(xiàn)積累效果，破壞程度也隨之加劇。在爆破初期，振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)上式中， dc為藥包直徑，單位為 cm; q 為單位炸藥消耗量，單位為 kg/ m3;pc為裝藥密度，單位為t / m3;R 為裝藥作用半徑，單位為m;a 為孔間距，單位為 cm。間隔裝藥分為空氣間隔裝藥和分層裝藥，也就是分散裝藥。與集中裝藥相比，不但巖石破碎度好，爆炸能量利用率高，更重要的是分散裝藥的爆破振動(dòng)強(qiáng)度比集中裝藥的爆破振動(dòng)強(qiáng)度要低 很多，即降低了爆破振動(dòng)效應(yīng)，而且藥量越分散，其減振效果越顯著。例如，在總藥量相同的情況下，淺孔爆破比中深孔爆破的振動(dòng)要大幅降低;即便 是中深孔爆破，采用分層裝藥或者間隔裝藥，與連續(xù)裝藥相比，其爆破振動(dòng)要明顯低很多。

結(jié)束語

爆破振動(dòng)以及相關(guān)的降振措施的研究對(duì)于確保工程爆破的安全實(shí)施， 保障周圍建筑物的結(jié)構(gòu)安全而言至關(guān)重要。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論研究成果，對(duì)影響爆破振動(dòng)的相關(guān)因素進(jìn)行了探討，對(duì)降振措施中的微差爆破和間隔裝藥方法進(jìn)行了系統(tǒng)地分析與介紹。相信隨著相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)的不斷進(jìn)步，會(huì)出現(xiàn)更加優(yōu)良的爆破控制技術(shù)，將工程爆破對(duì)周邊造成的影響降至最低，更有力地推動(dòng)我國基礎(chǔ)建設(shè)和城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷向前發(fā)展。

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