炮孔直徑對爆破振動的影響

梁 虎，丁松波，徐榮文，韓 飛，吳從師

(長沙理工大學(xué) 土木與建筑學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

影響爆破振動速度的因素有很多，總藥量、單段最大藥量、爆破區(qū)域及測點處的地形地質(zhì)條件、孔徑、孔深、排距等都能對爆破的振動速度產(chǎn)生影響[1-2]。而相對于改變地形及地質(zhì)條件(預(yù)裂孔爆破、開挖減震溝及減震孔等措施)，改變爆破參數(shù)(孔徑、孔深、微差間隔時間、各段藥量分部及起爆順序、起爆網(wǎng)絡(luò)等)對爆破振動的影響更大[3]。盧文波等學(xué)者的研究表示，炮孔直徑以及測點的爆心距是影響爆破振動強度的重要參數(shù)，并基于柱面波理論和球面波及長柱狀裝藥子波理論，得出了相應(yīng)的質(zhì)點峰值振動速度衰減公式，并表示為孔徑和距離的函數(shù)[4]。更有實測數(shù)據(jù)表明，小孔徑爆破時質(zhì)點振動速度的衰減速率比大孔徑爆破時快，小孔徑爆破時，爆破速度更容易衰減[5]；并且，爆破振動的強度是隨著孔徑的增大而增大的，增長速率隨著比例藥量的減少而增大[6]。因此可以認(rèn)為，炮孔直徑雖然不是影響爆破振動的決定性因素，但對爆破振動強度有著重要的影響，本文根據(jù)實測爆破振動數(shù)據(jù)來討論不同炮孔孔徑的爆破振動。

1 土石方爆破參數(shù)

懷化市高鐵南站廣場建設(shè)需對車站廣場的場地平整和高堰路路塹的開挖進(jìn)行爆破施工。其中車站廣場的場平爆破為不規(guī)則的臺階爆破，炮孔直徑為76 mm，孔深為4～9 m，孔距為2～3 m，排距為2～3 m，每次爆破孔數(shù)26～45個，均采用孔內(nèi)7段導(dǎo)爆管雷管、孔外3段導(dǎo)爆管雷管成組連接成接力式起爆網(wǎng)路，最大一段藥量為36～76 kg，總藥量260～360 kg，組與組之間的微差間隔時間75 ms。而高堰路的爆破也為不規(guī)則的臺階爆破，炮孔直徑為90 mm，孔深為3～10 m，孔距為2～3 m，排距為2～3 m，每次爆破孔數(shù)15～36個，均采用孔內(nèi)7段導(dǎo)爆管雷管，孔外3段導(dǎo)爆管雷管成組連接成接力式起爆網(wǎng)路，最大一段藥量為27～48 kg，總藥量144～288 kg，組與組之間的微差間隔時間75 ms。大小孔徑爆破均采用耦合裝藥結(jié)構(gòu)，炮孔填塞長度0.5～1 m，選用的2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為32 mm。

2 測點布置

由于爆破區(qū)域附近的居民住宅區(qū)到爆破中心的距離最近，因此，測點盡量布置在居民生活區(qū)域內(nèi)，每次爆破布置5～6個監(jiān)測點。結(jié)合爆破區(qū)域自由面的朝向和爆破地震波的傳播特性，決定將所有測點盡可能布置在一條直線上，并與爆破中心連接成為一條直線，在分別對兩處爆破區(qū)域周邊環(huán)境進(jìn)行實地考察之后，得到爆破現(xiàn)場平面示意圖，炮孔直徑為76 mm的爆破現(xiàn)場平面示意見圖1，炮孔直徑為90 mm的高堰路爆破現(xiàn)場平面示意見圖2。

3 實測結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

分別對場平爆破進(jìn)行3次爆破振動監(jiān)測，對高堰路爆破進(jìn)行5次爆破振動監(jiān)測，監(jiān)測系統(tǒng)由加拿大Instantel公司生產(chǎn)的Minimate Pro⑥微型測振儀及配套的速度傳感器、高屏蔽低抗鍍銀信號電纜和計算機組成。每個測點每次都能監(jiān)測爆破振動的水平橫向、水平縱向、垂直方向三個方向的振動速度及最大主頻率，在此處選擇爆破質(zhì)點三個方向矢量和速度與最大主頻率作為監(jiān)測分析的物理量，得到的場平爆破(炮孔直徑76 mm)和高堰路爆破(炮孔直徑90 mm)的各項實測數(shù)據(jù)見表1、表2。

圖1 場平爆破現(xiàn)場

圖2 高堰路爆破現(xiàn)場

表1 炮孔直徑90 mm時的爆破振動實測數(shù)據(jù)

在國內(nèi)大部分爆破振動質(zhì)點衰減規(guī)律的研究課題中，大多采用薩道夫斯基經(jīng)驗公式預(yù)估質(zhì)點的振動速度，根據(jù)最小二乘法原理，利用編制的回歸分析計算程序IDTS3850，對表1、表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行一維線性擬合，得到不同大小炮孔直徑矢量和速度的擬合曲線見圖3、圖4。

表2 炮孔直徑76 mm時的爆破振動實測數(shù)據(jù)

由圖3、圖4得到炮孔直徑為76 mm時的爆破質(zhì)點振動速度的計算公式(1)和炮孔直徑為90 mm時的爆破質(zhì)點振動速度的計算公式(2)：

(1)

(2)

圖3 直徑76 mm炮孔速度爆破矢量和擬合曲線

圖4 直徑90 mm炮孔爆破速度矢量和擬合曲線

取炮孔直徑為76 mm，在2月19日爆破時，最大段裝藥量76 kg，爆心距為158 m，振動峰值速度為1.29 cm/s測點的波形圖(見圖5，X軸為爆破振動時間，Y軸為振動轉(zhuǎn)化的電壓信號，與振動速度成正比，圖6坐標(biāo)定義一樣。)，同時也提取炮孔直徑為90 mm，在2月24日爆破時，最大段裝藥量45 kg，爆心距為150 m，振動峰值速度為1.07 cm/s測點的波形圖(見圖6)。二者的爆心距和振動峰值速度相差極小，雖然炮孔直徑為76 mm的最大段裝藥量比炮孔直徑為90 mm的還要大，但比較二者的波形圖我們可以看出大孔徑三個方向的振動速度持續(xù)時間卻更長，而且大孔徑的振動速度矢量和都比小孔徑的要大，雖然小孔徑水平徑向和豎直方向的最大峰值速度比大孔徑略大一些，這是因為小孔徑的最大段裝藥量比大孔徑多出31 kg，出現(xiàn)這種現(xiàn)象也屬于正常。總體來說，炮孔直徑為90 mm的振動速度比炮孔直徑為76 mm大，振動持續(xù)的時間更長。

同時提取與二者相對應(yīng)的頻譜圖如圖7～圖8(X軸為質(zhì)點爆破振動頻率，Y軸為質(zhì)點爆破振動幅度)所示，對比兩者可見直徑為76 mm的炮孔爆破時爆破地震波的高頻成分多于炮孔直徑為90 mm的爆破地震波，并且炮孔直徑為90 mm的振動頻率大部分要低于炮孔直徑為76 mm的振動頻率，說明直徑為90 mm炮孔的振動衰減比76 mm的要慢。

圖5 炮孔直徑76 mm測點波形圖

圖6 炮孔直徑90 mm測點波形圖

圖7 炮孔直徑76 mm測點頻譜圖

4 結(jié) 論

本文對懷化市高鐵南站廣場爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集和回歸分析，得到了車站廣場場地平整爆破和高堰路爆破地震質(zhì)點振動速度和比例藥量之間的關(guān)系，為接下來兩處地方爆破時的最大一段裝藥量提供參考，并得到以下結(jié)論：

圖8 炮孔直徑90 mm測點頻譜圖

(1) 對比不同直徑炮孔實測振動峰值速度的擬合結(jié)果，可以看出，雖然炮孔直徑90 mm的衰減系數(shù)α比炮孔直徑76 mm的衰減系數(shù)α大，但90 mm炮孔直徑的K值是76 mm炮孔直徑K值的5～6倍，所測比例藥量范圍內(nèi)90 mm炮孔的振動速度比76 mm炮孔振動速度大。

(2) 76 mm的單段裝藥量雖然大，但單孔藥量少，不如90 mm炮孔的藥量集中，而藥量集中的爆破產(chǎn)生的振動難以衰減些，因此振動速度大些。

(3) 大孔徑爆破質(zhì)點振動持續(xù)的時間比小孔徑爆破質(zhì)點振動持續(xù)的時間長。

(4) 大部分測點的主頻率表明，小孔徑爆破振動的主頻高于小孔徑爆破振動的主頻。

參考文獻(xiàn)：

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