水下鉆孔爆破振動對在建碼頭及周邊建筑的影響分析

權(quán)剛　田道森

摘 要：近年來，公司承接的工程多涉及炸礁工程，本文結(jié)合青島港前灣港區(qū)泛亞碼頭疏浚工程炸礁施工實施過程中的現(xiàn)場監(jiān)測資料，對水下鉆孔爆破產(chǎn)生的振動進行分析，確定安全藥量，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：炸礁施工;單段藥量;爆破振動;質(zhì)點振速峰值

中圖分類號：U655? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）01-0075-03

1工程概況

本工程位于青島港前灣港區(qū)南側(cè)區(qū)域。工程施工區(qū)南側(cè)為在建前灣港泛亞碼頭，距在建泛亞碼頭最近80m;東南向為融創(chuàng)維多利亞灣小區(qū)，距離維多利亞灣小區(qū)最近150米;西側(cè)為迪拜自動化碼頭，距離迪拜自動化碼頭最近140m。爆破巖質(zhì)為強風化和中風化花崗巖，為中硬度巖石。

2建筑物受到振動破壞的理論分析

炸藥起爆時，會釋放出巨大的能量，并按照波的形式傳遞。與炸藥直接接觸的巖石在能量最大的沖擊波作用下，受到巨大的壓力，產(chǎn)生破碎。剩余能量在向遠處傳遞過程中，使得巖石拉伸、開裂，這一過程衰減為應(yīng)力波。當應(yīng)力波傳播距離400～500倍的裝藥半徑時，巖石僅產(chǎn)生彈性振動，衰減為地震波。地震波從巖層向上傳遞，加載到建筑物上，造成建筑物的動態(tài)響應(yīng)，產(chǎn)生拉應(yīng)力，當應(yīng)力足夠大時，對建筑物造成破壞。

根據(jù)彈性力學理論，當結(jié)構(gòu)受到爆破振動擾動時，產(chǎn)生的應(yīng)力為：

σ=Ev/c

式中：E-結(jié)構(gòu)體的彈性模量;c-爆破振動波的傳遞速度;V-質(zhì)點振動速度。

由此可見，爆破所產(chǎn)生的振動對特定的結(jié)構(gòu)體某一質(zhì)點所產(chǎn)生的應(yīng)力與該質(zhì)點的振動速度成正比。當質(zhì)點的振動速度峰值超過安全允許振速時，才會對建筑物造成振動破壞。

3安全允許質(zhì)點振動速度

根據(jù)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范（JTS204-2008）》，可根據(jù)下表選取安全允許振速：

4爆破振動作用下的理論裝藥量計算

本工程距離在建泛亞碼頭80m，距離迪拜自動化碼頭140m，距離維多利亞灣小區(qū)最近150米，爆破采用微差起爆。由于迪拜自動化碼頭距離大于泛亞在建泛亞碼頭，爆破震動驗算重點控制對在建泛亞碼頭和維多利亞灣小區(qū)的影響。

根據(jù)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》中爆破地震作用對建筑影響的安全距離用下式估算：

R=（k/v）×Q

式中：Q—延期爆破的最大一段炸藥量（kg）;

R—爆破地震安全距離（m）;

V—安全振動速度（cm/s），鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋=3.0cm/s，重力式碼頭取=5cm/s，新澆大體積混凝土（初凝～3天）取=2cm/s，新澆大體積混凝土（3～7天）取v=3cm/s，新澆大體積混凝土（7天以上）取v=7cm/s。

K，α—分別為與爆破點地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù) ;

K：本工程炸巖石主要為不同風化程度的花崗巖，按照中等硬度巖石計取，K取250，α取1.5。

根據(jù)以上取值計算出不同距離對應(yīng)的允許單段最大藥量如下所示。

結(jié)合上表計算結(jié)果：最大單段藥量取200kg即能滿足泛亞碼頭已完工的主體、維多利亞小區(qū)以及150m以外新澆混凝土的安全距離驗算。

注：對于距離新澆混凝土胸墻80-150m范圍的爆破，優(yōu)先采取措施使爆破區(qū)域遠離現(xiàn)澆混凝土區(qū)，等待新澆混凝土齡期達到7天以上再進行爆破。

5理論裝藥量下的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)

5.1測點數(shù)據(jù)

通過上述理論分析，我部選取單段最大藥量200kg，在不同起爆距離下，監(jiān)測碼頭前沿區(qū)域的振動數(shù)據(jù)，如下表所示：

5.2振速時程曲線圖

5.4測點數(shù)據(jù)分析

（1）且各方向振動速度峰值隨著水平距離的增大而降低;垂直z方向上和切向x方向上的振速峰值數(shù)值較徑向y方向上普遍較大，垂直z方向上出現(xiàn)最大值的頻率較切向x和徑向y方向高，說明爆炸產(chǎn)生的沖擊波在垂直z方向較水平方向（x、y）傳播速度更快。

（2）從各個測點的振速時程曲線圖可以看出，各方向的速度響應(yīng)均持續(xù)至0.45s，作用時間很短，并且很快衰減，在距離碼頭80m處，速度響應(yīng)峰值為0.667cm/s，完全滿足重力式碼頭的安全允許標準;當距離超過100m時，速度響應(yīng)峰值衰減的比較慢，到150m處衰減為0.248cm/s，遠小于鋼筋混凝土房屋的安全允許振速3cm/s，不會對臨近小區(qū)房屋造成影響。

6爆破水中沖擊波對人員及施工船舶安全距離計算

根據(jù)上述測點數(shù)據(jù)分析，爆炸產(chǎn)生的沖擊波在垂直z方向較水平方向（x、y）傳播速度更快。故需針對單段200kg起爆藥量這一工況分析對水面人員及船舶影響。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程（GB6722-2014）》的規(guī)定，在水深不大于30米的水域進行爆破，水中沖擊波對人員及施工船舶的安全距離如下表：

根據(jù)上表及本工程單段最大藥量200kg，該施工區(qū)域內(nèi)與附近海域內(nèi)均無海水浴場、養(yǎng)殖、漁場等場所，也沒有游泳或潛水人員，故對人員均無影響;距離最近的迪拜自動化碼頭爆破距離最小140m，完全滿足鐵船100m的安全距離。

7結(jié)論

本工程通過理論計算和實際監(jiān)測爆破數(shù)據(jù)，確定了選取單段最大藥量200kg這一工況的可行性和安全性。

同時通過實測數(shù)據(jù)對比，爆點徑向方向上的振速響應(yīng)出現(xiàn)最大值的頻次遠低于水平切向和垂向。這是因為沖擊波在傳遞過程中，由于介質(zhì)阻隔以及水平距離的增大，在該方向上耗散的能量較多。故在實際監(jiān)測中，水平切向和垂向上的振速響應(yīng)出現(xiàn)最大值的頻次較高，后續(xù)工程中應(yīng)重點關(guān)注切向和垂向上的振動破壞。

參考文獻：

[1]長江重慶航道工程局.水運工程爆破技術(shù)規(guī)范（JTS204-2008）[S].人民交通出版社.2008.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.爆破安全規(guī)程（GB6722-2014）[S].中國標準出版社.2014.