爆破震動對建構(gòu)物的影響研究

馬培廣

摘要：當(dāng)前我國基礎(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題，在此過程中政府逐步開始重視地下交通的發(fā)展，在一些建筑物相對較為復(fù)雜且人口密集的核心區(qū)域進(jìn)行隧道的開挖。在此過程中往往需要使用爆破技術(shù)，但是爆破震動會對建構(gòu)物的影響。本文分析研究爆破震動對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;機(jī)理;建構(gòu)物;影響

Key words： blasting vibration;mechanism;construct;influence

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

1 ?爆破震動的產(chǎn)生機(jī)理

在巖土介質(zhì)當(dāng)中，炸藥爆炸是一個化學(xué)反應(yīng)，其機(jī)理非常復(fù)雜，另外還會涉及很多物理計(jì)算。首先，爆炸的過程中，會產(chǎn)生較大的沖擊力，沖擊荷載會在巖土介質(zhì)當(dāng)中形成壓縮波，這種壓縮波進(jìn)行傳播的過程中會導(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)生一個空腔。通過分析發(fā)現(xiàn)空腔形成的過程中主要是爆炸產(chǎn)生的壓縮波，在向外傳播的過程中對液體介質(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。在爆炸的過程中如果在空腔半徑之內(nèi)釋放的能量越大那么會導(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 ?爆破震動對建構(gòu)物的影響

2.1 工程概況

本工程主要處于我國西南某省的省會，是一個建筑平場工程，需要開挖的區(qū)域?qū)挾冗_(dá)到80米，長度為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)，主要是一個客運(yùn)站的維修車間，與報區(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。客運(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 爆破振動測試

2.2.1 爆破方案

本工程在施工的過程中，周邊的環(huán)境較為復(fù)雜，而且有居民區(qū)和車站，所以需要注意對巖土進(jìn)行有效的控制，臺階爆破高度為8米，孔徑為90毫米，孔深為9米。通過深孔松動爆破的方式，與淺孔爆破相結(jié)合的方案進(jìn)行處理。在此過程中用毫秒延時逐孔起爆網(wǎng)路進(jìn)行布設(shè)，通過非電毫秒導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行啟動。在此過程中通過三角形布控的方式進(jìn)行操作。在布設(shè)的過程中，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 測試儀器及測點(diǎn)布置

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

2.3 測試結(jié)果

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

2.4 振動頻譜分析

質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值對應(yīng)的頻率被叫作主振頻率，依照相關(guān)物理性質(zhì)分析，每個彈性體以及彈性系統(tǒng)當(dāng)中具有一定的固有振動頻率。這種固有頻率是不會改變的。而且如果外界振動的頻率和固有頻率比較接近時，就會出現(xiàn)共振。比如說，在爆破振動主頻率與建筑結(jié)構(gòu)固有振動頻率接近的時候會出現(xiàn)非常嚴(yán)重的共振，這樣就會導(dǎo)致爆破的過程中震動的情況進(jìn)一步增加，如果情況嚴(yán)重，可能會導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)部分或者全部開裂，甚至產(chǎn)生細(xì)紋的情況。所以在評估爆炸振動的過程中，爆炸主振頻率是非常重要的一個參數(shù)，爆破所測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較低，主要在10赫茲以下，所以爆炸過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，那么在爆炸過程中出現(xiàn)的震動造成的安全速度限制也就越高，這樣在爆炸過程中，出現(xiàn)的震動對周邊建筑產(chǎn)生的危害也相對比較小。

2.5 振動速度分析

對爆破振動強(qiáng)度的大小進(jìn)行分析，對其產(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、在爆炸過程中單段最大炸藥量兩個方面來共同決定的。在此過程中，相關(guān)人員對這些因素進(jìn)行了長時間的分析，也產(chǎn)生了一些對振動強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測的公式。我國在計(jì)算爆炸質(zhì)點(diǎn)振動速度和爆炸振動安全允許距離方面的公式如下：

（1）

通過經(jīng)驗(yàn)公式分析，可以將其轉(zhuǎn)化為冪級數(shù)公式：

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

確定參數(shù)Kp、α過程中，使用的常用方法是對式（2）兩側(cè)同時取對數(shù)，接著通過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a、b進(jìn)行確認(rèn)，最終獲得k和α。

依照爆破過程中所使用的裝藥量和相關(guān)的測量數(shù)據(jù)，利用上述經(jīng)驗(yàn)公式來分析各點(diǎn)的具體情況，在實(shí)驗(yàn)的過程中檢測的結(jié)果依照線性回歸方式進(jìn)行處理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)。為了在操作的過程中對測振結(jié)果的合理性進(jìn)行分析，通過相關(guān)方法轉(zhuǎn)變爆區(qū)中心的具體情況，在完成操作后，再對兩測點(diǎn)完成實(shí)測。將計(jì)算值和實(shí)測值的數(shù)據(jù)錄入電腦，并且對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，將獲得的實(shí)測值和回歸方程的數(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，可以對安全允許振動速度進(jìn)行進(jìn)一步的控制，取值為每秒兩厘米。依照實(shí)測和計(jì)算的結(jié)果分析，單段最大藥量控制在200公斤的時候，距離爆破區(qū)域100米外的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑相對較為安全。與此同時，分析表的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算的過程中，實(shí)測振速動值均比回歸公式計(jì)算值相對偏低，主要是由于回歸公式在計(jì)算的過程中產(chǎn)生了一定的誤差，另外通過實(shí)際觀測發(fā)現(xiàn)，測點(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

具體分析振動速度，與爆源距離較為接近的構(gòu)筑物振動速度峰值比安全標(biāo)準(zhǔn)低，也就是，爆破施工的過程中，不會對小區(qū)樓房、客運(yùn)總站以及人民檢察院產(chǎn)生破壞。具體分析振動頻率可以發(fā)現(xiàn)通過非電毫秒導(dǎo)爆管雷管主控進(jìn)行起爆爆破的過程中，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，不會出現(xiàn)共振的情況。依照實(shí)測數(shù)據(jù)完成回歸分析，利用相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式來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對附近的構(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

爆破施工的過程中由于爆破理論不成熟，周邊環(huán)境復(fù)雜多變，無法有效地對爆破進(jìn)行控制，沒有采取合理的措施來降低爆破產(chǎn)生的危害，會造成周邊產(chǎn)生一定的影響。在此過程中爆破震動強(qiáng)度過大，可能會導(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)行爆破施工的過程中一定要加強(qiáng)計(jì)算分析爆破可能對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，與實(shí)際情況相結(jié)合，采取合理的措施對爆破影響周邊的情況進(jìn)行有效的控制。

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