臨近裝修建筑片區爆破振動閾值控制研究

張 棟，朱 寧，柯 波，周洪文，潘若寒，朱 镕

(1.武漢理工大學資源與環境工程學院，武漢 430070；2.中國建筑材料工業建設西安工程有限公司，西安 710075)

爆破是工程施工過程中常用的作業方式，其優點有操作簡單便捷，施工效率高，經濟性好。但是在爆破作業的過程中，不可避免的會對周邊的環境和建筑物造成影響。在城市內進行爆破作業時，爆破振動對周邊建筑物產生的振動危害將直接影響人民的生命安全和財產安全。為弄清爆破振動的具體影響，爆破測振便具有十分重大的意義。多年來，諸多學者和科研人員對爆破測振進行了深入的研究。林世雄提出了測振時爆破測振儀選擇的四大原則，根據現場的地質測點分布、地質狀況、爆點分布、保護建筑物類型等選擇合適的測振儀器[1]。徐洋等在爆破測振過程中選用遠程測振系統，實現了測振數據的自動記錄、遠程傳輸、自動處理等工作[2]，證明了遠程測振的可靠性和實用性。胡方強和張春陽等在測振數據處理的過程中運用最小二乘法進行回歸分析，反算驗證出測振得出的衰減常數K和α的可靠性[3,4]。由此可見，科研人員對測振工作的研究提供了豐富的理論依據。

論文以羅田縣棚改項目需爆破的路基石方為研究對象，探討爆破振動對周邊無裝修施工進行的建筑物和正在進行裝修施工的建筑物造成影響的大小。

1 工程概況

羅田縣城南片區棚改項目H2鳳城三路、Z3飛鳳街道路排水工程，位于羅田縣鳳山鎮。需爆破的石方為路基開挖和平基高出設計部分石方(人工和機械不能開挖部分)，約20 000 m3。爆破高程最大為10 m,其中95%是堅硬花崗巖，5%為次堅石，硬度系數為f=8～16。周邊環境如下：東面是山，沒有民房和其他設施，南面、西面和北面均為居民區、辦公和商業區，南面和西面距居民房屋最近200 m，距商業區最近300 m，北面距居民房屋最近處160 m，距辦公和商業區最近190 m,爆區正上方有高壓線。該項目屬城鎮復雜環境爆破，按爆破工程分級確定為C級，采用小孔臺階爆破，需嚴格控制爆破，確保安全[5]。爆區與測點相對位置如圖1所示。

2 施工爆破設計

此次施工臺階高度為0.5～3.5 m，孔徑為40 mm，孔深0.75 m。單位炸藥消耗量為0.45 kg/m3。孔距1 m，排距0.9 m，孔數221個，單孔藥量Q為1 kg,每段6孔，最大段裝藥量為6 kg。孔內采用五段導爆管雷管，孔外采用三段導爆管雷管,采用連續裝藥結構。炸藥使用乳化炸藥，總裝藥量197 kg。非裝藥部分全部進行堵塞，堵塞系數取較小值，保證最淺孔的填塞長度不小于50 cm。

為了減小爆破震動對周圍房屋、設備設施的影響，施工中采用逐排三角形或方形布孔的方式[6，7]。起爆網路采用非電導爆管起爆網路，即孔外延時、導爆管簇串聯起爆網路。

3 爆破振動測試與數據分析

3.1 測試方案

為更好地評估爆破振動對居民房屋的影響，根據項目施工現狀，爆破振動測試選定爆區西北方向為一號測線，爆區西方向為二號測線，每條線上布置五個測點，相鄰測點間的距離為30～60 m，測點與爆心的距離為40～192 m,為確保測得數據的準確性，其中離爆破點較近測點的測振儀多數安裝在地表巖石上，居民房周邊測點的測振儀安裝在居民建筑中的水泥地板上[8]。

3.2 測試結果與數據分析

在爆破后確認安全的情況下，收裝儀器，并及時進行數據的整理工作。典型的爆破振動波形圖如圖2所示，此波形圖為測點一處的振動值，因為測點1距爆心最近，所以產生了較大的振動。其中X、Y、Z分別是水平徑向、水平切向、豎直方向，通過波形圖可以看到X方向振動的峰值為0.63 cm/s，Y方向振動的峰值為0.61 cm/s，Z方向振動的峰值為0.54 cm/s，振動時間持續了2 s左右。

通過對所測數據進行整理分類得出爆破振動速度峰值基本出現在最先起爆的炮孔中。測點1、2位于爆區附近，出現了此次振動的最大值0.63 cm/s，測點3、4、5位于居民區方向，與測點1、2之間有一條人工溝渠，會加快爆破振速的衰減，因此測得爆破振速較小，均值僅為0.24 cm/s。測點6和測點7安裝在二號測線的基巖上，距爆心位置較近，故表現出振動速度較大，均值為0.41 cm/s。測點8和測點9安裝在爆區外圍的建筑區域內，之后是較厚的土層，因此地震波衰減較快，振動速度較小。測點10高差最大、距離最遠，所以振動速度最小，最小值為0.04 cm/s。

爆區爆源到附近民用建筑之間地質條件復雜，有巖石、土、溝渠，地震波衰減較快，爆破區域的高程與測點高程相差約4 m，回歸也需要考慮高程差的影響。基于以上環境因素，根據國家爆破安全規程及國內外研究成果，爆破振動傳播與衰減規律一般采用薩道夫斯基的經驗公式

(1)

式中，K為與地質、爆破方法等因素有關的系數；α為與地質條件有關的地震波衰減系數；Q為與振動速度V值相對應的最大一段起爆藥量；R為測點與爆心的直線距離。

K、α值的選取因地質條件的不同變化范圍較大，嚴重影響計算精度和爆破安全，因此必要時要對所進行的爆破現場進行測試，依據實測的數據求出相應的K、α值。采用薩道夫斯基公式進行最小二乘法回歸運算，分別擬合出X、Y、Z三個方向的回歸直線，帶入數據得出兩條測線上X、Y、Z三個方向的K和α值，如表1所示。

表1 回歸所得K、α值

3.3 數據分析與結果驗算

根據表3中已經得到的X、Y、Z回歸衰減系數和實際爆破測振的數據對現場爆破測振進行驗算，考慮最不利情況，回歸衰減系數取最大值，K=265.8，α=1.9，V取本次測振的最大值0.63 cm/s，R取附近建筑物的最近距離85 m，進行最大一段起爆允許藥量Q的計算，計算結果如表2所示。

表2 最大一段起爆允許藥量

爆破作業實際最大一段起爆藥量為8 kg。通過表3的驗算結果可知，最大一段允許起爆藥量為46 kg，因此實際起爆藥量小于最大一段允許起爆藥量，對現有房屋結構沒有造成影響。

通過對現場實際情況的調查，得到周邊建筑物在爆破作業期間不定期會進行裝修施工，因此在后續的數據分析中進行兩種不同情況下的計算。當附近建筑物無裝修施工進行時，保護對象判定為一般民用建筑物級別，當附近建筑物有裝修施工進行時，考慮到裝修材料例如玻璃，瓷磚等脆弱性，保護對象應判定為土坯房級別。對照《爆破安全規程(GB6722—2014)》爆破振動安全允許標準，如表3所示。

表3 爆破振動安全允許標準

當保護對象為一般民用建筑級別時，對爆破數據進行反算，考慮最不利因素，回歸衰減系數取最大值，K=265.8,α=1.9，由實測數據可知，頻率應選擇10 Hz≤f≤50 Hz區間，振動速度選擇頻率范圍內最小的2 cm/s。當測點與爆心距離為35 m時，允許最大一段安全起爆藥量為19.0 kg，當爆點與爆心距離為45 m時，允許的最大一段安全起爆藥量為40.4 kg。同理，當保護對象應判定為土坯房級別，考慮最不利因素，回歸衰減系數取最大值，振動速度選擇頻率范圍內最小的0.45 cm/s。通過計算可得，當測點與爆心距離為35 m時，允許最大一段安全起爆藥量為1.8 kg。當爆點與爆心距離為45 m時，允許最大一段安全起爆藥量為3.8 kg。隨著爆點與周邊民用建筑物距離的不斷增加，允許最大一段安全起爆藥量也會逐漸增加。因此，在進行爆破作業時，不同判定級別下的建筑物在35 m及以上距離最大一段安全起爆藥量可參考表4。

表4 保護為一般民用建筑時最大一段安全起爆藥量反算結果

由原爆破方案可知，爆破作業時計劃最大段藥量10 kg，一次爆破總裝藥量不超過200 kg，此時不同級別保護對象安全允許質點振動速度取不同數值，一般民用建筑級別V=2 cm/s,土坯房級別V=0.45 cm/s，計算得出不同情況下爆心與建筑物的安全距離，如表5所示。

表5 最小安全距離

4 結 論

a.從測試結果分析，對照《爆破安全規程(GB6722—2014)》爆破振動安全允許標準，確定此次爆破振動沒有對周邊居民房造成實質性危害。

b.根據城區內環境的實際情況，討論爆破測振的閾值應該如何控制，提出在不同情況下周邊建筑物的判定級別也應不同，選取最不利條件下K、α值，分別得出了在周邊建筑物無裝修進行時和有裝修進行時兩種情況下的爆破作業時允許最大一段起爆藥量和爆心與建筑物的最小安全距離。