水下鉆孔爆破振動對在建碼頭及周邊建筑的影響分析

權剛　田道森

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

關鍵詞：炸礁施工;單段藥量;爆破振動;質點振速峰值

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南側區域。工程施工區南側為在建前灣港泛亞碼頭，距在建泛亞碼頭最近80m;東南向為融創維多利亞灣小區，距離維多利亞灣小區最近150米;西側為迪拜自動化碼頭，距離迪拜自動化碼頭最近140m。爆破巖質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，這一過程衰減為應力波。當應力波傳播距離400～500倍的裝藥半徑時，巖石僅產生彈性振動，衰減為地震波。地震波從巖層向上傳遞，加載到建筑物上，造成建筑物的動態響應，產生拉應力，當應力足夠大時，對建筑物造成破壞。

根據彈性力學理論，當結構受到爆破振動擾動時，產生的應力為：

σ=Ev/c

式中：E-結構體的彈性模量;c-爆破振動波的傳遞速度;V-質點振動速度。

由此可見，爆破所產生的振動對特定的結構體某一質點所產生的應力與該質點的振動速度成正比。當質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安全允許質點振動速度

根據《水運工程爆破技術規范（JTS204-2008）》，可根據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的影響。

根據《水運工程爆破技術規范》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），鋼筋混凝土結構房屋=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、地質條件有關的系數和衰減指數 ;

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。

根據以上取值計算出不同距離對應的允許單段最大藥量如下所示。

結合上表計算結果：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，優先采取措施使爆破區域遠離現澆混凝土區，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測數據

5.1測點數據

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，監測碼頭前沿區域的振動數據，如下表所示：

5.2振速時程曲線圖

5.4測點數據分析

（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值較徑向y方向上普遍較大，垂直z方向上出現最大值的頻率較切向x和徑向y方向高，說明爆炸產生的沖擊波在垂直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，各方向的速度響應均持續至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

根據上述測點數據分析，爆炸產生的沖擊波在垂直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《爆破安全規程（GB6722-2014）》的規定，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：

根據上表及本工程單段最大藥量200kg，該施工區域內與附近海域內均無海水浴場、養殖、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結論

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

同時通過實測數據對比，爆點徑向方向上的振速響應出現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。故在實際監測中，水平切向和垂向上的振速響應出現最大值的頻次較高，后續工程中應重點關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.水運工程爆破技術規范（JTS204-2008）[S].人民交通出版社.2008.

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