臨近裝修建筑片區(qū)爆破振動(dòng)閾值控制研究

張 棟，朱 寧，柯 波，周洪文，潘若寒，朱 镕

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢 430070；2.中國(guó)建筑材料工業(yè)建設(shè)西安工程有限公司，西安 710075)

爆破是工程施工過(guò)程中常用的作業(yè)方式，其優(yōu)點(diǎn)有操作簡(jiǎn)單便捷，施工效率高，經(jīng)濟(jì)性好。但是在爆破作業(yè)的過(guò)程中，不可避免的會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境和建筑物造成影響。在城市內(nèi)進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，爆破振動(dòng)對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)危害將直接影響人民的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。為弄清爆破振動(dòng)的具體影響，爆破測(cè)振便具有十分重大的意義。多年來(lái)，諸多學(xué)者和科研人員對(duì)爆破測(cè)振進(jìn)行了深入的研究。林世雄提出了測(cè)振時(shí)爆破測(cè)振儀選擇的四大原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)測(cè)點(diǎn)分布、地質(zhì)狀況、爆點(diǎn)分布、保護(hù)建筑物類(lèi)型等選擇合適的測(cè)振儀器[1]。徐洋等在爆破測(cè)振過(guò)程中選用遠(yuǎn)程測(cè)振系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)振數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄、遠(yuǎn)程傳輸、自動(dòng)處理等工作[2]，證明了遠(yuǎn)程測(cè)振的可靠性和實(shí)用性。胡方強(qiáng)和張春陽(yáng)等在測(cè)振數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行回歸分析，反算驗(yàn)證出測(cè)振得出的衰減常數(shù)K和α的可靠性[3,4]。由此可見(jiàn)，科研人員對(duì)測(cè)振工作的研究提供了豐富的理論依據(jù)。

論文以羅田縣棚改項(xiàng)目需爆破的路基石方為研究對(duì)象，探討爆破振動(dòng)對(duì)周邊無(wú)裝修施工進(jìn)行的建筑物和正在進(jìn)行裝修施工的建筑物造成影響的大小。

1 工程概況

羅田縣城南片區(qū)棚改項(xiàng)目H2鳳城三路、Z3飛鳳街道路排水工程，位于羅田縣鳳山鎮(zhèn)。需爆破的石方為路基開(kāi)挖和平基高出設(shè)計(jì)部分石方(人工和機(jī)械不能開(kāi)挖部分)，約20 000 m3。爆破高程最大為10 m,其中95%是堅(jiān)硬花崗巖，5%為次堅(jiān)石，硬度系數(shù)為f=8～16。周邊環(huán)境如下：東面是山，沒(méi)有民房和其他設(shè)施，南面、西面和北面均為居民區(qū)、辦公和商業(yè)區(qū)，南面和西面距居民房屋最近200 m，距商業(yè)區(qū)最近300 m，北面距居民房屋最近處160 m，距辦公和商業(yè)區(qū)最近190 m,爆區(qū)正上方有高壓線。該項(xiàng)目屬城鎮(zhèn)復(fù)雜環(huán)境爆破，按爆破工程分級(jí)確定為C級(jí)，采用小孔臺(tái)階爆破，需嚴(yán)格控制爆破，確保安全[5]。爆區(qū)與測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置如圖1所示。

2 施工爆破設(shè)計(jì)

此次施工臺(tái)階高度為0.5～3.5 m，孔徑為40 mm，孔深0.75 m。單位炸藥消耗量為0.45 kg/m3?？拙? m，排距0.9 m，孔數(shù)221個(gè)，單孔藥量Q為1 kg,每段6孔，最大段裝藥量為6 kg?？變?nèi)采用五段導(dǎo)爆管雷管，孔外采用三段導(dǎo)爆管雷管,采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。炸藥使用乳化炸藥，總裝藥量197 kg。非裝藥部分全部進(jìn)行堵塞，堵塞系數(shù)取較小值，保證最淺孔的填塞長(zhǎng)度不小于50 cm。

為了減小爆破震動(dòng)對(duì)周?chē)课?、設(shè)備設(shè)施的影響，施工中采用逐排三角形或方形布孔的方式[6，7]。起爆網(wǎng)路采用非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，即孔外延時(shí)、導(dǎo)爆管簇串聯(lián)起爆網(wǎng)路。

3 爆破振動(dòng)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

3.1 測(cè)試方案

為更好地評(píng)估爆破振動(dòng)對(duì)居民房屋的影響，根據(jù)項(xiàng)目施工現(xiàn)狀，爆破振動(dòng)測(cè)試選定爆區(qū)西北方向?yàn)橐惶?hào)測(cè)線，爆區(qū)西方向?yàn)槎?hào)測(cè)線，每條線上布置五個(gè)測(cè)點(diǎn)，相鄰測(cè)點(diǎn)間的距離為30～60 m，測(cè)點(diǎn)與爆心的距離為40～192 m,為確保測(cè)得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，其中離爆破點(diǎn)較近測(cè)點(diǎn)的測(cè)振儀多數(shù)安裝在地表巖石上，居民房周邊測(cè)點(diǎn)的測(cè)振儀安裝在居民建筑中的水泥地板上[8]。

3.2 測(cè)試結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

在爆破后確認(rèn)安全的情況下，收裝儀器，并及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理工作。典型的爆破振動(dòng)波形圖如圖2所示，此波形圖為測(cè)點(diǎn)一處的振動(dòng)值，因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)1距爆心最近，所以產(chǎn)生了較大的振動(dòng)。其中X、Y、Z分別是水平徑向、水平切向、豎直方向，通過(guò)波形圖可以看到X方向振動(dòng)的峰值為0.63 cm/s，Y方向振動(dòng)的峰值為0.61 cm/s，Z方向振動(dòng)的峰值為0.54 cm/s，振動(dòng)時(shí)間持續(xù)了2 s左右。

通過(guò)對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類(lèi)得出爆破振動(dòng)速度峰值基本出現(xiàn)在最先起爆的炮孔中。測(cè)點(diǎn)1、2位于爆區(qū)附近，出現(xiàn)了此次振動(dòng)的最大值0.63 cm/s，測(cè)點(diǎn)3、4、5位于居民區(qū)方向，與測(cè)點(diǎn)1、2之間有一條人工溝渠，會(huì)加快爆破振速的衰減，因此測(cè)得爆破振速較小，均值僅為0.24 cm/s。測(cè)點(diǎn)6和測(cè)點(diǎn)7安裝在二號(hào)測(cè)線的基巖上，距爆心位置較近，故表現(xiàn)出振動(dòng)速度較大，均值為0.41 cm/s。測(cè)點(diǎn)8和測(cè)點(diǎn)9安裝在爆區(qū)外圍的建筑區(qū)域內(nèi)，之后是較厚的土層，因此地震波衰減較快，振動(dòng)速度較小。測(cè)點(diǎn)10高差最大、距離最遠(yuǎn)，所以振動(dòng)速度最小，最小值為0.04 cm/s。

爆區(qū)爆源到附近民用建筑之間地質(zhì)條件復(fù)雜，有巖石、土、溝渠，地震波衰減較快，爆破區(qū)域的高程與測(cè)點(diǎn)高程相差約4 m，回歸也需要考慮高程差的影響?；谝陨檄h(huán)境因素，根據(jù)國(guó)家爆破安全規(guī)程及國(guó)內(nèi)外研究成果，爆破振動(dòng)傳播與衰減規(guī)律一般采用薩道夫斯基的經(jīng)驗(yàn)公式

(1)

式中，K為與地質(zhì)、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù)；α為與地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減系數(shù)；Q為與振動(dòng)速度V值相對(duì)應(yīng)的最大一段起爆藥量；R為測(cè)點(diǎn)與爆心的直線距離。

K、α值的選取因地質(zhì)條件的不同變化范圍較大，嚴(yán)重影響計(jì)算精度和爆破安全，因此必要時(shí)要對(duì)所進(jìn)行的爆破現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，依據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)求出相應(yīng)的K、α值。采用薩道夫斯基公式進(jìn)行最小二乘法回歸運(yùn)算，分別擬合出X、Y、Z三個(gè)方向的回歸直線，帶入數(shù)據(jù)得出兩條測(cè)線上X、Y、Z三個(gè)方向的K和α值，如表1所示。

表1 回歸所得K、α值

3.3 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果驗(yàn)算

根據(jù)表3中已經(jīng)得到的X、Y、Z回歸衰減系數(shù)和實(shí)際爆破測(cè)振的數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破測(cè)振進(jìn)行驗(yàn)算，考慮最不利情況，回歸衰減系數(shù)取最大值，K=265.8，α=1.9，V取本次測(cè)振的最大值0.63 cm/s，R取附近建筑物的最近距離85 m，進(jìn)行最大一段起爆允許藥量Q的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 最大一段起爆允許藥量

爆破作業(yè)實(shí)際最大一段起爆藥量為8 kg。通過(guò)表3的驗(yàn)算結(jié)果可知，最大一段允許起爆藥量為46 kg，因此實(shí)際起爆藥量小于最大一段允許起爆藥量，對(duì)現(xiàn)有房屋結(jié)構(gòu)沒(méi)有造成影響。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的調(diào)查，得到周邊建筑物在爆破作業(yè)期間不定期會(huì)進(jìn)行裝修施工，因此在后續(xù)的數(shù)據(jù)分析中進(jìn)行兩種不同情況下的計(jì)算。當(dāng)附近建筑物無(wú)裝修施工進(jìn)行時(shí)，保護(hù)對(duì)象判定為一般民用建筑物級(jí)別，當(dāng)附近建筑物有裝修施工進(jìn)行時(shí)，考慮到裝修材料例如玻璃，瓷磚等脆弱性，保護(hù)對(duì)象應(yīng)判定為土坯房級(jí)別。對(duì)照《爆破安全規(guī)程(GB6722—2014)》爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，如表3所示。

表3 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)保護(hù)對(duì)象為一般民用建筑級(jí)別時(shí)，對(duì)爆破數(shù)據(jù)進(jìn)行反算，考慮最不利因素，回歸衰減系數(shù)取最大值，K=265.8,α=1.9，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，頻率應(yīng)選擇10 Hz≤f≤50 Hz區(qū)間，振動(dòng)速度選擇頻率范圍內(nèi)最小的2 cm/s。當(dāng)測(cè)點(diǎn)與爆心距離為35 m時(shí)，允許最大一段安全起爆藥量為19.0 kg，當(dāng)爆點(diǎn)與爆心距離為45 m時(shí)，允許的最大一段安全起爆藥量為40.4 kg。同理，當(dāng)保護(hù)對(duì)象應(yīng)判定為土坯房級(jí)別，考慮最不利因素，回歸衰減系數(shù)取最大值，振動(dòng)速度選擇頻率范圍內(nèi)最小的0.45 cm/s。通過(guò)計(jì)算可得，當(dāng)測(cè)點(diǎn)與爆心距離為35 m時(shí)，允許最大一段安全起爆藥量為1.8 kg。當(dāng)爆點(diǎn)與爆心距離為45 m時(shí)，允許最大一段安全起爆藥量為3.8 kg。隨著爆點(diǎn)與周邊民用建筑物距離的不斷增加，允許最大一段安全起爆藥量也會(huì)逐漸增加。因此，在進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，不同判定級(jí)別下的建筑物在35 m及以上距離最大一段安全起爆藥量可參考表4。

表4 保護(hù)為一般民用建筑時(shí)最大一段安全起爆藥量反算結(jié)果

由原爆破方案可知，爆破作業(yè)時(shí)計(jì)劃最大段藥量10 kg，一次爆破總裝藥量不超過(guò)200 kg，此時(shí)不同級(jí)別保護(hù)對(duì)象安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度取不同數(shù)值，一般民用建筑級(jí)別V=2 cm/s,土坯房級(jí)別V=0.45 cm/s，計(jì)算得出不同情況下爆心與建筑物的安全距離，如表5所示。

表5 最小安全距離

4 結(jié) 論

a.從測(cè)試結(jié)果分析，對(duì)照《爆破安全規(guī)程(GB6722—2014)》爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，確定此次爆破振動(dòng)沒(méi)有對(duì)周邊居民房造成實(shí)質(zhì)性危害。

b.根據(jù)城區(qū)內(nèi)環(huán)境的實(shí)際情況，討論爆破測(cè)振的閾值應(yīng)該如何控制，提出在不同情況下周邊建筑物的判定級(jí)別也應(yīng)不同，選取最不利條件下K、α值，分別得出了在周邊建筑物無(wú)裝修進(jìn)行時(shí)和有裝修進(jìn)行時(shí)兩種情況下的爆破作業(yè)時(shí)允許最大一段起爆藥量和爆心與建筑物的最小安全距離。