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，既能保證當地村民合法權益不受損害，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，不僅有助于及時調整爆破參數，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。

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造裂隙水，其賦水性較好，滲透性較強，易產生涌水或突水，影響洞室穩(wěn)定。

隧洞沿線周邊區(qū)域有較多的房屋分布，且結構類型復雜，修建時間不一，多為磚砌結構、磚混結構和部分土木結構。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地村民合法利益不受損害，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、地質條件相關參數和衰減指數，對衰減規(guī)律進行反演，依據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

爆破振動強度用介質的質點振動速度來表示，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，采用保護對象所在地質點峰值振動速度和主振頻率。采用薩道夫斯基經驗公式記錄現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構，導爆管和毫秒雷管復式起爆，其他炮孔采用連續(xù)柱狀裝藥結構，采用非電毫秒雷管孔內延時微差起爆。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。

根據本工程的地質情況，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。爆破具體參數見表1。

表1 爆破參數匯總表

3.3 與地形、地質條件有關的系數和衰減系數計算

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。

根據以上爆破實測數據，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，得到K= 123.557、a=1.302。

根據表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構及部分土木結構，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量，經科學分析，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，根據保護對象所在地面質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、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。

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構，將炸藥能量突然釋放變?yōu)榫鶆蜥尫?，降低單個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)域結構形式的建筑物造成結構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構造成損害。

（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，造成房屋出現不同程度的墻體裂縫、滲水等現象，主要原因與房屋建造質量、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部消能工，能夠降低隧洞內部過流的能量，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 錐型消能閥結構設計中需注意的問題

4.1 如何消除消能時產生的振動

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，本工程加強肋的數量為6個，加強肋的厚度需根據水壓進行計算；錐體和套筒一般采用采用Q 345C材質鋼板。

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 驅動裝置

錐型閥可以采用電動驅動、液壓驅動和手動驅動三種方式進行操作，但電動和手動不能出現錐型閥淹沒的情況，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，會產生射流引起對建筑物的沖刷或形成霧氣對工程運行產生影響，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 結論

錐型閥作為隧洞內部消能工，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。