朱興廣

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110003）

爆破工程振動(dòng)安全影響評(píng)估與降振技術(shù)措施

朱興廣

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110003）

長(zhǎng)距離隧洞鉆爆法施工中，爆破施工會(huì)對(duì)周?chē)囟苇h(huán)境有影響，因此，預(yù)先進(jìn)行振動(dòng)安全影響評(píng)估，既能保證當(dāng)?shù)卮迕窈戏?quán)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(guò)對(duì)爆破振動(dòng)速度測(cè)試，對(duì)衰減規(guī)律進(jìn)行反演，并依據(jù)爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律，提出安全振動(dòng)評(píng)估意見(jiàn)，不僅有助于及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，確保被保護(hù)物的安全，而且有利于在爆破振動(dòng)可能引起訴訟或索賠中，提供科學(xué)的依據(jù)。

鉆爆施工；爆破監(jiān)測(cè)；安全評(píng)估；降振措施

1 項(xiàng)目概況

遼寧省某重點(diǎn)工程開(kāi)挖一無(wú)壓隧洞，開(kāi)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(zhǎng)片麻巖、長(zhǎng)英片麻巖、黑云二長(zhǎng)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(dòng)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(qiáng)，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(lèi)型復(fù)雜，修建時(shí)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(píng)估目的與方法

為了使工程建設(shè)順利實(shí)施，保證隧洞爆破區(qū)域臨近居民村落的當(dāng)?shù)卮迕窈戏ɡ娌皇軗p害，采取爆破試驗(yàn)的方式，進(jìn)行爆破振動(dòng)速度測(cè)試。驗(yàn)證并確定爆源和周邊被保護(hù)建筑物之間與地形、地質(zhì)條件相關(guān)參數(shù)和衰減指數(shù)，對(duì)衰減規(guī)律進(jìn)行反演，依據(jù)爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律，提出安全振動(dòng)評(píng)估意見(jiàn)，并確定爆破振動(dòng)的影響范圍及危害程度，對(duì)爆破設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

3 爆破振動(dòng)影響范圍的確定

3.1 安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

爆破振動(dòng)強(qiáng)度用介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度來(lái)表示，我國(guó)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(dòng)判據(jù)，采用保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率。采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式記錄現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)獲取的振動(dòng)速度值V，然后利用最小二乘法回歸計(jì)算來(lái)確定K、α值。

3.2 工地現(xiàn)場(chǎng)爆破開(kāi)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(kāi)挖方法，2號(hào)巖石硝銨炸藥和2號(hào)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(dǎo)爆管和毫秒雷管復(fù)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(shí)微差起爆。起爆順序?yàn)樘筒劭住⑤o助孔、底孔、周邊孔。鉆孔采用Y T 28氣腿式鑿巖機(jī)成孔，孔徑Φ 42m m。

根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，實(shí)際圍巖類(lèi)別為I I I、I V、V類(lèi)，隧洞開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)按不同圍巖類(lèi)別進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)和爆破試驗(yàn)，并結(jié)合其它類(lèi)似工程對(duì)比分析，對(duì)最大單響藥量進(jìn)行認(rèn)定，單響裝藥量控制在10～18kg之間。認(rèn)定最大單響藥量為18kg。爆破具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 爆破參數(shù)匯總表

3.3 與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)計(jì)算

2013年3月22日～26日期間共完成振動(dòng)檢測(cè)4次，其中測(cè)得符合爆破振動(dòng)規(guī)律的爆破振速最大值是3.500c m/s，距離爆破點(diǎn)96.5m，最大單響藥量是17.1kg；測(cè)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)爆破區(qū)域與周邊被保護(hù)建筑物之間的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律進(jìn)行了測(cè)試分析，并對(duì)K、a值進(jìn)行了回歸計(jì)算，采用實(shí)際檢測(cè)振動(dòng)速度作為計(jì)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(dòng)速度值越大。爆破振動(dòng)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(dòng)速度越大，振動(dòng)速度衰減越快；距離爆源越遠(yuǎn)的地方爆破振動(dòng)速度越小，振動(dòng)速度衰減越慢。

3.4 振動(dòng)控制影響范圍確定

隧洞周邊被保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)，且一般淺孔爆破振動(dòng)頻率在40～100H z之間，故選取爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)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(xué)分析，周邊民房的爆破振動(dòng)安全允許評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)采取謹(jǐn)慎原則，降低一個(gè)等級(jí)，最終確定為0.5c m/s。

以安全允許振動(dòng)速度0.5c m/s為允許承受的振動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)，計(jì)算出不同最大單響裝藥量條件下，被保護(hù)地面建筑物不受爆破振動(dòng)危害影響的安全距離臨界值，在180.42m以外的一般磚房，不會(huì)產(chǎn)生危害。見(jiàn)表3。

在爆破作業(yè)過(guò)程中，最大單響藥量的控制是影響爆破振動(dòng)大小的關(guān)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(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該范圍內(nèi)的房屋會(huì)造成不同程度的影響。而且，對(duì)于抗振能力較弱，即使在安全允許標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)的爆破振動(dòng)，也有可能對(duì)房屋造成一定程度的影響。

同時(shí)，地形地質(zhì)條件、爆破點(diǎn)與房屋距離也是影響爆破振動(dòng)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(diǎn)越近的房屋，受到的爆破振動(dòng)影響越大。另外不同地質(zhì)地形條件，爆破振動(dòng)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(dòng)的影響范圍越大，巖石硬度越小且裂隙較發(fā)育，爆破振動(dòng)的影響范圍則較小。

表2 爆破振動(dòng)速度值計(jì)算表

表3 不同單響藥量影響范圍計(jì)算表

4 降低爆破振動(dòng)的技術(shù)措施

4.1 限制爆破振動(dòng)源強(qiáng)度

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

4.2 分段延期起爆

降低單位時(shí)間內(nèi)爆炸能量的釋放，分散、均勻布藥，分段延期起爆；實(shí)測(cè)資料表明，毫秒爆破與一般爆破相比，其振動(dòng)強(qiáng)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(shí)間，將每段藥包的爆破振動(dòng)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(yīng)，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?，降低單個(gè)藥包爆破振動(dòng)峰值效應(yīng)。

4.4 阻礙、消弱爆破振動(dòng)傳播

在爆源、保護(hù)對(duì)象周?chē)约氨磁c保護(hù)對(duì)象之間打不裝藥的單（雙）排防振孔，實(shí)施預(yù)裂爆破或開(kāi)挖減震溝、槽等；吸收爆破振動(dòng)的能量。

4.5 加固保護(hù)對(duì)象

采取應(yīng)急措施，根據(jù)保護(hù)對(duì)象不同，采取相應(yīng)加固防護(hù)措施，提高其抗震能力，重要目標(biāo)要有防危害影響應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)爆破振動(dòng)還原實(shí)驗(yàn)及綜合各方面分析得出：爆破振動(dòng)對(duì)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(diǎn)直線距離大于180.42m，爆破振動(dòng)不會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(guān)，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(shí)還有人類(lèi)活動(dòng)的因素，并且隨著時(shí)間的推移，損害還會(huì)繼續(xù)發(fā)展。

（3）爆破振動(dòng)雖然不可避免，但通過(guò)技術(shù)措施能夠控制有害效應(yīng)的發(fā)生，能夠有效避免保護(hù)對(duì)象受到損害。

［1］張宇，吳宗宇，等.隧洞開(kāi)挖爆破振動(dòng)對(duì)地面建筑的影響分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（02）.

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在正常運(yùn)行工況條件下，錐形閥消能率的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

表1 錐形閥消能率

由表可知，在正常運(yùn)行工況條件下，錐形閥的消能率達(dá)到81.9%，消能效果非常明顯。這說(shuō)明錐形閥作為管道內(nèi)部消能工，能夠降低隧洞內(nèi)部過(guò)流的能量，從而保證了輸水隧洞運(yùn)行的安全。試驗(yàn)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(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題

4.1 如何消除消能時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)

錐心消能閥往往要通過(guò)近30m/s的流速，流速極高，如何消除泄流的震動(dòng)十分關(guān)鍵。遼寧省重點(diǎn)輸水工程中主要采用在錐體和套筒上焊接加強(qiáng)肋（也叫導(dǎo)向葉片）進(jìn)行加強(qiáng)來(lái)解決，本工程加強(qiáng)肋的數(shù)量為6個(gè)，加強(qiáng)肋的厚度需根據(jù)水壓進(jìn)行計(jì)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(guān)鍵，最早的錐型閥采用一層軟密封，后經(jīng)工程實(shí)踐運(yùn)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(guò)錐形消能閥的水流流速大，水頭壓力高。如何確保泄流時(shí)在套筒和錐體中不產(chǎn)生氣蝕十分關(guān)鍵，特別是在安裝有導(dǎo)流罩的情況下，更為明顯。本工程通過(guò)模型試驗(yàn)，在導(dǎo)流罩上均勻鉆孔，使一部分水流通過(guò)外部相互交錯(cuò)，從而達(dá)到減少氣蝕的作用。

4.4 驅(qū)動(dòng)裝置

錐型閥可以采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和手動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種方式進(jìn)行操作，但電動(dòng)和手動(dòng)不能出現(xiàn)錐型閥淹沒(méi)的情況，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)無(wú)法在水下工作，手動(dòng)方式在水下也無(wú)法操作，因此本工程采用的是液壓驅(qū)動(dòng)。

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(guān)系，如布置不妥，會(huì)產(chǎn)生射流引起對(duì)建筑物的沖刷或形成霧氣對(duì)工程運(yùn)行產(chǎn)生影響，也可能由于過(guò)水時(shí)引起的強(qiáng)烈震動(dòng)，導(dǎo)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(guò)流的能量，達(dá)到較高的消能率，確保了輸水建筑物正常運(yùn)行。目前，錐形消能閥在其他水利工程應(yīng)用中十分廣泛，在國(guó)外很多工程也采用這種設(shè)備進(jìn)行中小流量的消能及生態(tài)流量的下泄，它造價(jià)低，消能效果好，運(yùn)行方便，非常值得在水利建設(shè)工程中推廣使用。

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文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：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(jí)工程師。