復(fù)雜環(huán)境下爆破降振的微差時(shí)間優(yōu)選

林 飛

（1.中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司，安徽 淮北 235000；2.重慶大學(xué)資源與安全學(xué)院，重慶 400044）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，爆破技術(shù)在廠區(qū)擴(kuò)建、建筑物基坑施工中起到了廣泛的應(yīng)用，然而爆破作業(yè)中會(huì)產(chǎn)生多種爆破次生災(zāi)害，尤其爆破振動(dòng)對(duì)工廠的正常生產(chǎn)、人員的正常活動(dòng)產(chǎn)生影響［1］。

蔣文俊［2］提出了考慮高程差及地形地貌的薩道夫斯基改進(jìn)公式，分析了導(dǎo)爆管雷管與高精度數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路起爆方式下的爆破振動(dòng)傳播與衰減規(guī)律，提高了爆破振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性并改善了爆破效果。鄭儒彬［3］以薩道夫斯基模型為主、考慮高程和巖體累計(jì)損傷，對(duì)爆破振動(dòng)速度預(yù)測(cè)模型進(jìn)行變換，較好地反映了爆破區(qū)域爆破振動(dòng)傳播與衰減規(guī)律。鐘冬望等［4］結(jié)合量綱分析理論，探討了爆破振動(dòng)持時(shí)影響因素，推導(dǎo)出了爆破振動(dòng)持時(shí)預(yù)測(cè)公式，基于地震波線性疊加原理，計(jì)算得到毫秒微差爆破不同爆心距處合理延時(shí)區(qū)間。

微差爆破是控制爆破強(qiáng)度的有效手段，利用孔、排間的時(shí)間差，使各段炸藥逐孔起爆并產(chǎn)生干擾，有效地降低爆破振動(dòng)［6］。目前爆破施工中，仍然以導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行爆破網(wǎng)絡(luò)連接，延期時(shí)間精度低、誤差大，無法通過改變微差時(shí)間精確控制爆破振動(dòng)強(qiáng)度［4］。隨著數(shù)碼電子雷管［7］在爆破工程中的不斷應(yīng)用，工程技術(shù)人員可以按照確定的最佳延期時(shí)間實(shí)施爆破，通過數(shù)碼電子雷管在降低爆破振動(dòng)峰值中的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)初始爆破方案進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到預(yù)期的爆破效果。

1 工程概況

某公司在廠區(qū)內(nèi)提升改造，需要對(duì)新建主廠房基礎(chǔ)進(jìn)行爆破施工。開挖基坑?xùn)|西長(zhǎng)43 m，南北寬34 m，最大開挖深度9 m，開挖工程量約為5 000 m3。基坑表層為回填土，下部主要由凝灰?guī)r組成，巖石堅(jiān)固系數(shù)f=8～10，屬中硬巖類，微風(fēng)化且?guī)r石節(jié)理裂隙不發(fā)育。待爆基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，項(xiàng)目區(qū)西北側(cè)為公司廠房、縣道和高速公路，距爆區(qū)分別為9.5 m、116 m和127 m，項(xiàng)目區(qū)西側(cè)14 m處為新運(yùn)輸棧橋，項(xiàng)目區(qū)南側(cè)為改造工程項(xiàng)目部，距爆區(qū)140 m，項(xiàng)目區(qū)東側(cè)為凈水壓泥車間，距爆區(qū)14 m。爆區(qū)周邊環(huán)境如圖1。

2 爆破試驗(yàn)

2.1 爆破開挖總體方案

待爆基坑表層土采用機(jī)械開挖，下部巖層計(jì)劃采用深孔松動(dòng)爆破方式開挖，爆破器材選用2號(hào)巖石乳化炸藥和數(shù)碼電子雷管，開挖深度5 m，梅花形布孔，孔徑90 mm，孔距3 m，排距2.5 m，為了嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)的危害采用微差控制爆破方法，最大單段藥量控制在14 kg以內(nèi)。爆破參數(shù)見表1。

為了有效控制爆破振動(dòng)危害，指導(dǎo)爆破施工，測(cè)振儀采用四川拓普測(cè)控有限公司生產(chǎn)的NUBOX-8016便攜式爆破振動(dòng)測(cè)試儀［8］，配套振動(dòng)速度傳感器，最高采樣率200千次/s，可實(shí)現(xiàn)多通道爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析。

在爆區(qū)東北側(cè)、凈水壓泥車間北側(cè)有大量垃圾焚燒廢氣管道，為本工程的重要保護(hù)目標(biāo)，故本次爆破監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)和衰減規(guī)律的研究以爆區(qū)北側(cè)為主。根據(jù)爆區(qū)位置和周邊環(huán)境情況，在爆區(qū)北側(cè)由近及遠(yuǎn)布置1#、2#、3#、4#4個(gè)測(cè)點(diǎn)，爆心距分別為27 m、41 m、61 m、81 m，利用GPS測(cè)量?jī)x確定測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，使用玻璃膠將傳感器與地面基巖粘合，使其更好地與基巖接觸。測(cè)點(diǎn)布置如圖2。

2.2 不同微差時(shí)間下爆破對(duì)比試驗(yàn)

根據(jù)半個(gè)主振波形周期效應(yīng)相減的干擾降震理論［9］，即使前后到達(dá)某點(diǎn)地震波的波峰和波谷正好抵消疊加，從而降低爆破地震效應(yīng)，有效控制爆破振動(dòng)強(qiáng)度。在相同的地質(zhì)條件下，孔、排間采用（17 ms、75 ms）、（22 ms、75 ms）、（27 ms、75 ms）、（32 ms、75 ms）的微差時(shí)間進(jìn)行4次控制爆破對(duì)比試驗(yàn)。1#測(cè)點(diǎn)在不同延期時(shí)間下的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律如圖3，4次試驗(yàn)中4個(gè)測(cè)點(diǎn)不同微差時(shí)間下爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

由圖4可知，在爆心距27m處，爆破降振最優(yōu)的微差時(shí)間是孔間17 ms、排間75 ms；在爆心距41 m處，爆破降振最優(yōu)的微差時(shí)間是孔間17 ms、排間75 ms；在爆心距61 m處，雖然爆破降振最優(yōu)的微差時(shí)間是孔間22 ms、排間75 ms，但與孔間17 ms、排間75 ms的爆破振動(dòng)速度峰值僅相差0.013 cm/s；在爆心距81 m處，孔間22 ms、排間75 ms，孔間27 ms、排間75 ms的爆破振動(dòng)由于波形失真，振動(dòng)數(shù)據(jù)舍去，而孔間17 ms、排間75 ms要優(yōu)于孔間32 ms、排間75 ms的爆破振動(dòng)速度峰值。綜合分析可知，在此基礎(chǔ)爆破開挖中爆破降振最優(yōu)的孔、排間微差時(shí)間為孔間17 ms、排間75 ms。

表3中Vmax為不同微差時(shí)間下實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)速度的最大值，Vmin為不同微差時(shí)間下實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)速度的最小值（61 m處選取孔間17 ms、排間75 ms延期方式下的爆破振動(dòng)速度峰值），可知采用孔間17 ms、排間75 ms的微差時(shí)間相比其他延期方式具有良好的降振效果，在爆心距41 m處，最大降振比例達(dá)到54.13%。

2.3 爆破振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)回歸分析

爆破震動(dòng)傳播規(guī)律的數(shù)據(jù)回歸分析，目前仍廣泛采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式［10］。

式中，V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度；Q為段裝藥量；R為測(cè)點(diǎn)到爆區(qū)中心的距離；K為場(chǎng)地條件系數(shù)；α為爆破振動(dòng)衰減指數(shù)。

基坑爆破施工工作面基本在+7 m海拔工作面，并且監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程差較小，不做高程影響分析。孔、排間采用（17 ms、75 ms）、（22 ms、75 ms）、（27 ms、75 ms）、（32 ms、75 ms）進(jìn)行逐孔微差起爆，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行了薩道夫斯基回歸分析研究，數(shù)據(jù)結(jié)果列于表4，不同微差時(shí)間下的回歸擬合曲線如圖5。

根據(jù)《GB 6722—2014爆破安全規(guī)程》［11］列出的K、α的計(jì)算取值范圍，如表5。

從表4和圖5的回歸數(shù)據(jù)結(jié)果和曲線來看，孔、排間采用（17 ms、75 ms）、（22 ms、75 ms）、（27 ms、75 ms）相關(guān)系數(shù)基本上在0.94以上，可以此3組數(shù)據(jù)依據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式建立爆破地震波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的回歸預(yù)測(cè)模型。待爆基坑地質(zhì)情況主要巖體為凝灰?guī)r，屬中硬巖類，微風(fēng)化且?guī)r石節(jié)理裂隙不發(fā)育，對(duì)比GB 6722-2014《爆破安全規(guī)程》中K值和α值與巖性的關(guān)系，回歸曲線和相關(guān)系數(shù)也可支持這一觀點(diǎn)。這樣，本待爆基坑巖體爆破震動(dòng)衰減規(guī)律的薩道夫斯基預(yù)測(cè)模型參數(shù)K為148.509 3～274.053 2，α為1.568 5～1.856 8。

同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，在相同地質(zhì)條件下，雖然微差時(shí)間選取得不同，產(chǎn)生了干擾降振的效果，對(duì)K、α值的回歸產(chǎn)生了一定影響，但是對(duì)巖性的判斷并沒有產(chǎn)生影響。

3 結(jié) 論

（1）依據(jù)爆破干擾降振原理在不同孔、排間的微差時(shí)間下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，采用孔間17 ms、排間75 ms的微差時(shí)間，取得了更好的降振效果，在爆心距41 m處，最大降振比例達(dá)到54.13%。

（2）實(shí)測(cè)的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)可以依據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式建立爆破地震波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的回歸預(yù)測(cè)模型，模型參數(shù)K為148.509 3～274.053 2，α為1.568 5～1.856 8。

（3）基于數(shù)碼電子雷管的爆破降振技術(shù)相比導(dǎo)爆管雷管的爆破工藝，可以精準(zhǔn)地控制延期時(shí)間，達(dá)到爆破降振的預(yù)期效果，可以將此技術(shù)推廣到其他工程應(yīng)用。