爆破工程振動安全影響評估與降振技術措施

朱興廣

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

爆破工程振動安全影響評估與降振技術措施

朱興廣

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

長距離隧洞鉆爆法施工中，爆破施工會對周圍地段環(huán)境有影響，因此，預先進行振動安全影響評估，既能保證當?shù)卮迕窈戏嘁娌皇軗p害，又能保證承包商自身的合法利益不受侵害。本文通過對爆破振動速度測試，對衰減規(guī)律進行反演，并依據(jù)爆破振動速度衰減規(guī)律，提出安全振動評估意見，不僅有助于及時調(diào)整爆破參數(shù)，確保被保護物的安全，而且有利于在爆破振動可能引起訴訟或索賠中，提供科學的依據(jù)。

鉆爆施工；爆破監(jiān)測；安全評估；降振措施

1 項目概況

遼寧省某重點工程開挖一無壓隧洞，開挖斷面為馬蹄形，爆破斷面尺寸為6.75m×6.5m（寬×高），主要巖性為混合巖、混合質(zhì)黑云斜長片麻巖、長英片麻巖、黑云二長片麻巖、角閃巖夾磁鐵石英巖、大理石透鏡體等。工程地區(qū)地下水以基巖裂隙為主，賦水性較差，基巖裂隙水地下活動微弱，局部穿越斷層破碎帶部位為構(gòu)造裂隙水，其賦水性較好，滲透性較強，易產(chǎn)生涌水或突水，影響洞室穩(wěn)定。

隧洞沿線周邊區(qū)域有較多的房屋分布，且結(jié)構(gòu)類型復雜，修建時間不一，多為磚砌結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和部分土木結(jié)構(gòu)。距離施工掌子面最近的為210m。

2 評估目的與方法

為了使工程建設順利實施，保證隧洞爆破區(qū)域臨近居民村落的當?shù)卮迕窈戏ɡ娌皇軗p害，采取爆破試驗的方式，進行爆破振動速度測試。驗證并確定爆源和周邊被保護建筑物之間與地形、地質(zhì)條件相關參數(shù)和衰減指數(shù)，對衰減規(guī)律進行反演，依據(jù)爆破振動速度衰減規(guī)律，提出安全振動評估意見，并確定爆破振動的影響范圍及危害程度，對爆破設計和施工方案進行優(yōu)化。

3 爆破振動影響范圍的確定

3.1 安全評估標準依據(jù)

爆破振動強度用介質(zhì)的質(zhì)點振動速度來表示，我國頒布的《爆破安全規(guī)程》（G B6722—2003）中規(guī)定，地面建筑物的爆破振動判據(jù)，采用保護對象所在地質(zhì)點峰值振動速度和主振頻率。采用薩道夫斯基經(jīng)驗公式記錄現(xiàn)場爆破試驗獲取的振動速度值V，然后利用最小二乘法回歸計算來確定K、α值。

3.2 工地現(xiàn)場爆破開挖方式及最大單響藥量的確定

該隧洞爆破采用全斷面光面爆破的開挖方法，2號巖石硝銨炸藥和2號巖石乳化炸藥，周邊孔采用空氣間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，導爆管和毫秒雷管復式起爆，其他炮孔采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，采用非電毫秒雷管孔內(nèi)延時微差起爆。起爆順序為掏槽孔、輔助孔、底孔、周邊孔。鉆孔采用Y T 28氣腿式鑿巖機成孔，孔徑Φ 42m m。

根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，實際圍巖類別為I I I、I V、V類，隧洞開挖爆破設計按不同圍巖類別進行爆破設計和爆破試驗，并結(jié)合其它類似工程對比分析，對最大單響藥量進行認定，單響裝藥量控制在10～18kg之間。認定最大單響藥量為18kg。爆破具體參數(shù)見表1。

表1 爆破參數(shù)匯總表

3.3 與地形、地質(zhì)條件有關的系數(shù)和衰減系數(shù)計算

2013年3月22日～26日期間共完成振動檢測4次，其中測得符合爆破振動規(guī)律的爆破振速最大值是3.500c m/s，距離爆破點96.5m，最大單響藥量是17.1kg；測得爆破振速最小值是0.006c m/s，距離爆源784.9m，最大單響藥量是16.8kg。

根據(jù)以上爆破實測數(shù)據(jù)，對爆破區(qū)域與周邊被保護建筑物之間的爆破振動衰減規(guī)律進行了測試分析，并對K、a值進行了回歸計算，采用實際檢測振動速度作為計算依據(jù)，得到K= 123.557、a=1.302。

根據(jù)表2可知，最大單響藥量越大，爆破振動速度值越大。爆破振動速度隨著距離的增加逐漸減小，距離爆源越近的地方爆破振動速度越大，振動速度衰減越快；距離爆源越遠的地方爆破振動速度越小，振動速度衰減越慢。

3.4 振動控制影響范圍確定

隧洞周邊被保護建筑物多為磚混結(jié)構(gòu)及部分土木結(jié)構(gòu)，參照爆破安全規(guī)程中“土坯房”的安全允許標準，且一般淺孔爆破振動頻率在40～100H z之間，故選取爆破振動控制標準為0.7～ 1.2c m/s，考慮到民房的修建年限和修建質(zhì)量，經(jīng)科學分析，周邊民房的爆破振動安全允許評估標準采取謹慎原則，降低一個等級，最終確定為0.5c m/s。

以安全允許振動速度0.5c m/s為允許承受的振動強度指標，計算出不同最大單響裝藥量條件下，被保護地面建筑物不受爆破振動危害影響的安全距離臨界值，在180.42m以外的一般磚房，不會產(chǎn)生危害。見表3。

在爆破作業(yè)過程中，最大單響藥量的控制是影響爆破振動大小的關鍵因素。如果最大單響藥量超出允許范圍，規(guī)定距離內(nèi)爆破振速峰值大于《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的安全允許標準，對該范圍內(nèi)的房屋會造成不同程度的影響。而且，對于抗振能力較弱，即使在安全允許標準之內(nèi)的爆破振動，也有可能對房屋造成一定程度的影響。

同時，地形地質(zhì)條件、爆破點與房屋距離也是影響爆破振動大小的主要因素。在相同裝藥條件和地質(zhì)地形條件下，與爆破點越近的房屋，受到的爆破振動影響越大。另外不同地質(zhì)地形條件，爆破振動衰減規(guī)律和影響的范圍有所區(qū)別，巖石硬度較高而且?guī)r性完整，同等裝藥條件下爆破振動的影響范圍越大，巖石硬度越小且裂隙較發(fā)育，爆破振動的影響范圍則較小。

表2 爆破振動速度值計算表

表3 不同單響藥量影響范圍計算表

4 降低爆破振動的技術措施

4.1 限制爆破振動源強度

即控制一次爆破裝藥量，根據(jù)保護對象所在地面質(zhì)點振動的安全允許速度和保護對象至爆心的距離，算出爆破振動安全允許裝藥量，做為本次爆破不產(chǎn)生振動危害的極限用藥量。

4.2 分段延期起爆

降低單位時間內(nèi)爆炸能量的釋放，分散、均勻布藥，分段延期起爆；實測資料表明，毫秒爆破與一般爆破相比，其振動強度可降低1/3-2/3。采用合理的分段數(shù)、起爆順序和延期間隔時間，將每段藥包的爆破振動控制在安全允許程度內(nèi)。

4.3 均勻釋放爆破能量

降低峰值效應，采用低爆速，低威力炸藥和不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，將炸藥能量突然釋放變?yōu)榫鶆蜥尫牛档蛦蝹€藥包爆破振動峰值效應。

4.4 阻礙、消弱爆破振動傳播

在爆源、保護對象周圍以及爆源與保護對象之間打不裝藥的單（雙）排防振孔，實施預裂爆破或開挖減震溝、槽等；吸收爆破振動的能量。

4.5 加固保護對象

采取應急措施，根據(jù)保護對象不同，采取相應加固防護措施，提高其抗震能力，重要目標要有防危害影響應急預案。

5 結(jié)論

（1）通過爆破振動還原實驗及綜合各方面分析得出：爆破振動對該區(qū)域結(jié)構(gòu)形式的建筑物造成結(jié)構(gòu)性損害的影響范圍為180.42m，建筑物與隧洞爆破點直線距離大于180.42m，爆破振動不會對周邊建筑物主體結(jié)構(gòu)造成損害。

（2）該工程附近的民房距離最近的為210m，不會對民房造成損害，造成房屋出現(xiàn)不同程度的墻體裂縫、滲水等現(xiàn)象，主要原因與房屋建造質(zhì)量、新舊程度和地基條件有關，也有自然力作用的因素，如溫差引起的變形收縮裂縫、不良地質(zhì)及排水不暢造成的沉降裂縫，同時還有人類活動的因素，并且隨著時間的推移，損害還會繼續(xù)發(fā)展。

（3）爆破振動雖然不可避免，但通過技術措施能夠控制有害效應的發(fā)生，能夠有效避免保護對象受到損害。

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在正常運行工況條件下，錐形閥消能率的試驗結(jié)果如表1所示：

表1 錐形閥消能率

由表可知，在正常運行工況條件下，錐形閥的消能率達到81.9%，消能效果非常明顯。這說明錐形閥作為管道內(nèi)部消能工，能夠降低隧洞內(nèi)部過流的能量，從而保證了輸水隧洞運行的安全。試驗還研究了其他工況條件下錐形閥的消能率，各工況條件下錐形閥的消能率在75～92%之間。

4 錐型消能閥結(jié)構(gòu)設計中需注意的問題

4.1 如何消除消能時產(chǎn)生的振動

錐心消能閥往往要通過近30m/s的流速，流速極高，如何消除泄流的震動十分關鍵。遼寧省重點輸水工程中主要采用在錐體和套筒上焊接加強肋（也叫導向葉片）進行加強來解決，本工程加強肋的數(shù)量為6個，加強肋的厚度需根據(jù)水壓進行計算；錐體和套筒一般采用采用Q 345C材質(zhì)鋼板。

4.2 密封

套管和錐體之間的密封十分關鍵，最早的錐型閥采用一層軟密封，后經(jīng)工程實踐運行，軟密封比較容易損壞，本工程的密封采用金屬密封（硬密封）。

4.3 氣蝕

由于通過錐形消能閥的水流流速大，水頭壓力高。如何確保泄流時在套筒和錐體中不產(chǎn)生氣蝕十分關鍵，特別是在安裝有導流罩的情況下，更為明顯。本工程通過模型試驗，在導流罩上均勻鉆孔，使一部分水流通過外部相互交錯，從而達到減少氣蝕的作用。

4.4 驅(qū)動裝置

錐型閥可以采用電動驅(qū)動、液壓驅(qū)動和手動驅(qū)動三種方式進行操作，但電動和手動不能出現(xiàn)錐型閥淹沒的情況，因為電動機無法在水下工作，手動方式在水下也無法操作，因此本工程采用的是液壓驅(qū)動。

4.5 錐形消能閥的布置

錐形消能閥的布置與樞紐建筑物有密切關系，如布置不妥，會產(chǎn)生射流引起對建筑物的沖刷或形成霧氣對工程運行產(chǎn)生影響，也可能由于過水時引起的強烈震動，導致閥體損壞，因此布置形式必須慎重考慮。

5 結(jié)論

錐型閥作為隧洞內(nèi)部消能工，能夠明顯的降低過流的能量，達到較高的消能率，確保了輸水建筑物正常運行。目前，錐形消能閥在其他水利工程應用中十分廣泛，在國外很多工程也采用這種設備進行中小流量的消能及生態(tài)流量的下泄，它造價低，消能效果好，運行方便，非常值得在水利建設工程中推廣使用。

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文獻標識碼： 文章編號：1672-2469（2015）05-0095-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.030

朱興廣（1972年—），男，高級工程師。