爆破震動衰減規律的現場試驗研究

摘要：爆破震動衰減公式中的K、α取值，受爆破方法、地形地質條件等影響較大，根據同一地區小型爆破試驗和現場工程實測獲得的衰減公式中的K,α值，分析、探討了不同條件下爆破震動衰減公式的變化規律，試驗結果表明，即使在同一地區，應用回歸的衰減公式指導爆破設計和施工時，應加以試驗條件的限制，從而使爆破地震波預測預報更加符合實際。

　　關鍵詞：爆破震動；質點速度；衰減規律；震動控制

Du Han-qing

（ The First Co. Ltd. of Gezhouba Group, Yichang Hubei 443002 )

Abstract: The condition of blasting and landform has a tremendous influence on the value of K and a of blasting vibration attenuation formula. According to the small experiment and project to obtain value of K and a of attenuation formula. Different condition of change law are compare and analyze. Experiment result shows that application attenuation formula to direct design and construction of blasting should to mete limit of experiment condition, as a result to make the forecast of earthquake waves more accurate.

Key words: blasting vibration；vibrating speed of particles；attenuation law；vibration control

巖體在爆炸動力的瞬間沖擊荷載作用下，爆炸沖擊波和應力波向四周傳播，使巖體產生變形和破壞。研究爆破震動的主要目的是探索爆炸作用下地震波的傳播規律及建（構）筑物的響應情況，確定適合的爆破方案，指導爆破設計與施工，確保施工安全。我國目前基本上還是沿用前蘇聯標準，以地面峰值震動速度為判據，分波段考慮了頻率的影響。由于爆破震動引起的建（構）筑物或巖土體等的破壞受到爆破過程的復雜性和巖土介質的多變性等因素的影響，爆破震動激勵下的地震波傳播及衰減規律目前還無法從理論上給出統一公式，主要采用小型爆破試驗和現場工程實測獲取實測數據，然后通過最小二乘法回歸擬和適合特定地區的經驗公式，由于公式中的場地系數、衰減指數受爆破方法、地形地質條件等影響較大，即使在同一地區，也會發生很大變化，使爆破地震波的預測預報產生較大困難，本文根據同一地區的工程實測資料，分析、探討了不同條件下爆破震動衰減公式的變化規律。

酉酬水電站壩址位于重慶市酉陽縣酉酬鎮酉酬大橋上游約350.0m處。工程樞紐由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、消力池、壩式進水口、壩后式電站廠房等組成。壩址區基巖裸露，出露地層較單一，為寒武系中統上組白云質灰巖，區內斷裂構造不甚發育，以裂隙為主。電站土石方明挖包括大壩左岸、右岸、大壩河床、發電廠房及開關站4個施工區，爆破開挖工期緊，強度大，但由于爆區臨近酉酬鎮和酉酬大橋，爆破施工受到極大的制約，居民對爆破震動反映強烈。為此在爆破開挖時進行了爆破試驗和爆破震動衰減規律測試，以尋找適合酉酬水電站地區巖體開挖爆破震動速度的傳播與衰減規律的經驗公式，指導爆破設計與施工。爆破施工環境示意圖如圖1。

　　根據酉酬水電站布置特點，現場測試在右岸進場公路進行了小型爆破試驗；在左岸結合上壩公路實際爆破開挖進行了測試，爆破震動衰減規律測點主要布置在邊坡部位的巖體上，每個測點均按豎直向和水平向2個方向布設傳感器。測試系統采用四川拓普數字設備有限公司生產的UBOX20016便攜式數據采集儀及配套速度傳感器，測試前對測試儀器進行了系統標定，測試系統如圖2所示：

　　衡量爆破地震強度的物理量有爆破震動引起的質點震動速度、加速度和位移等?，F行國家標準及水利部行業標準中的安全震動控制標準均采用質點最大震速和主頻作為安全振動控制標準^[1-2]。爆破震動速度傳播與衰減規律一般采用薩道夫斯基經驗公式：

式中：K、α為與地質、爆破方法、地質條件等因素有關的系數；

K為場地系數，α為衰減指數；

Q為最大一段起爆藥量，Kg；

R為測點與爆源中心的距離，m； 為比例藥量。

　　因此，爆破震動測試結果按上述公式進行回歸分析^[3-4]，以尋找適合酉酬水電站地區巖體開挖爆破震動速度的傳播與衰減規律的經驗公式，從而控制大壩左、右岸及河床段基礎石方明挖施工過程所允許的最大單段起爆藥量，減小爆破震動對臨近的建(構)筑物的影響，確保施工安全。

　　（1）右岸進場公路小型爆破試驗采用手風鉆鉆孔，水平布孔，孔徑φ45mm，孔間排距1.2×1.2m，孔深2.2m，采用Ø32的硝銨炸藥連續裝藥，分段微差起爆。爆破試驗共進行了4次，獲取的振動實測波形資料垂直32組，水平30組。通過回歸分析求得巖體開挖爆破震動速度傳播與衰減規律的經驗公式：

（r=0.940） （r=0.935）

　　（2）左岸上壩公路實際生產爆破為臺階梯段爆破，爆破孔徑φ90mm，孔間排距3.0×2.5m，孔深8-12m，采用耦合間隔裝藥，炸藥單耗0.55～0.6kg/m³，分段微差起爆，爆破測試共進行了6次，獲取震動實測波形資料垂直45組，水平40組。通過回歸分析求得巖體開挖爆破震動速度傳播與衰減規律的經驗公式：

（r=0.915） （r=0.935）

　?。?）左岸上壩公路預裂爆破，爆破孔徑φ90mm，孔深8-12m，孔間距0.9～1.0m，線裝藥密度0.35～0.45kg/m，爆破測試共進行了四次，獲取震動實測波形資料垂直28組，水平25組。通過回歸分析求得巖體開挖爆破震動速度傳播與衰減規律的經驗公式：

（r=0.90） （r=0.91）

　?。?）爆破震動衰減規律與爆破方式、藥量關系密切，由小型爆破試驗和生產爆破測得的經驗公式可以看出，即使在同一地區，根據不同的試驗方法獲得的衰減公式中的K,α值相差較大，如果不加以試驗條件的說明，直接應用回歸的衰減規律指導爆破設計和施工， 勢必造成爆破地震波預測預報的較大誤差。

　　（2）不同爆破條件下測得的震動速度回歸結果表明，爆破介質臨空面的夾制作用和震動衰減公式中的場地系數K 有一定的對應關系。同一地區在地質條件基本相同的情況下,夾制作用大，則公式中K值較大；夾制作用小，則K值也減小。

　　（3）炮孔孔徑和爆源深度對爆破震動衰減規律的影響主要表現在場地系數K 上，試驗回歸結果表明，大孔徑深孔爆破的K值比小孔徑淺孔爆破大的多。

　　（4）實踐表明，預裂爆破降震率大都在30%以上，效果好的預裂爆破降震率可達50%以上，預裂爆破已成為常用的有效降震措施。但預裂爆破時一般處于較大的夾制約束狀態,其誘發震動的衰減規律中的K、α值與梯段爆破也有很大的差別，在進行爆破地震波預測預報時應加以重視。

　　（5）根據力學的作用原理，在地質地形條件相似、巖性一致、爆破參數相同的條件下，相對爆源不同方向(爆破抵抗線后沖向、側向或正前方) 的震動衰減規律也是不盡相同的，地震作用最強烈的方向是最小抵抗線W的后方，而側面較小。分區開挖時，將最小抵抗線方向都控制向河床方向，可以有效的控制爆破飛石，降低爆破震動對酉酬鎮的影響。

　　爆破地震是爆破三大公害中最嚴重的公害，研究爆破地震波的傳播規律及其對建（構）筑物的影響程度，目前的主要方法就是進行現場試驗，由于公式中的場地系數、衰減指數受爆破方法、地形地質條件等影響較大，即使在同一地區，也會發生很大變化，因此在進行爆破地震波的預測預報時必須采用相同或相近的試驗條件下獲得的經驗公式，才能夠降低誤差。酉酬水電站壩基巖體開挖爆破施工過程中，根據不同部位的爆破開挖條件，依據相應的衰減規律公式指導爆破設計與施工，同時加強施工期的監測，最大限度的減少了爆破震動對爆區臨近的酉酬鎮和酉酬大橋的震害影響，確保了施工安全。

　　參考文獻

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