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爆破震動(dòng)測試技術(shù)及控制措施

文檔作者：張金泉魏海霞文檔來源：山東科技大學(xué)土建學(xué)院工程爆破研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年08月26日
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第15卷第6期
2006年6月
中 國 礦 業(yè)
CHINA M INING M AGAZINE
VoI．15。No．6
June 2006
爆破震動(dòng)測試技術(shù)及控制措施
張金泉魏海霞
(山東科技大學(xué)土建學(xué)院工程爆破研究所·青島2665lo)
摘要：本文講述了爆破地震波的特征，及爆破地震強(qiáng)度的判定標(biāo)準(zhǔn)，并給出了相應(yīng)的計(jì)算公式。
針對(duì)性地介紹了相關(guān)的爆破測試技術(shù)內(nèi)容，以及各種控制爆破振動(dòng)的措施。
關(guān)鍵詞：地震波爆破地震強(qiáng)度爆破震動(dòng)測試減震
中圖分類號(hào)：TD235．37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—4051(2006)06-0065—03
TESTING TECHNIQUE AND CONTROL
M EASURES 0F BLASTING VIBRATION
Zhang J inquan W ei Haixia
(Engineering Blasting Institute， Civil Engineering Department，
Shandong University of Science And Technology·Qingdao 266510)
Abstract：The characteristic of blasting seismic wave，the judgment standard of the blasting seismic in—
tensity and its corresponding computing formula are discussed in this thesis． The related content about
blasting testing technique and measures to control the blasting vibration are also concluded．
Key words：Seismic wave Blasting seismic intensity Testing technique of blasting vibration Damp—
ing of vibration
1 問題的提出
爆破作業(yè)引起大地震動(dòng)，波及建筑物基礎(chǔ)，影
響建筑物安全，并給人們帶來不愉快的感覺，成為
被社會(huì)廣泛關(guān)注的“公害”。幾十年的爆波生產(chǎn)實(shí)
踐證明，爆破地震是引起周圍地面和地下建筑物、
結(jié)構(gòu)物發(fā)生破壞的主要原因之一。在許多情況下，
爆破規(guī)模的控制、爆破工藝的選擇以及爆破方案能
否實(shí)施，均取決于對(duì)爆破地震效應(yīng)及建筑物安全的
論述和控制。因此，它始終是爆破安全技術(shù)的主要
研究課題之一。
由于炸藥在建(構(gòu))筑物中爆炸時(shí)，同時(shí)在周
圍介質(zhì)中誘發(fā)了振動(dòng)，并通過大地向周圍傳播，給
附近建筑物帶來破壞效應(yīng)及影響。因此，怎樣正確
地認(rèn)識(shí)爆破地震強(qiáng)度及相關(guān)影響因素，利用爆破測
試技術(shù)，對(duì)爆區(qū)附近被保護(hù)建筑物和正在運(yùn)行的設(shè)
備基礎(chǔ)布點(diǎn)進(jìn)行爆破振動(dòng)測試，并通過采取各種控
制爆破振動(dòng)的措施，來控制一次爆破規(guī)模及危害，
以選擇最佳爆破方案來保證建筑物和運(yùn)行設(shè)備的安
收稿日期；2005 12—25
作者簡介：張金泉(1950-) 男 漢旗 1977年畢業(yè)于山東科
技大學(xué) 副教授 現(xiàn)任中國煤炭學(xué)會(huì)爆破專業(yè)委員會(huì)秘書長 從事
教學(xué)與科研工作 已發(fā)表論文2O余篇獲科研成果獎(jiǎng)4項(xiàng)
全，顯得至關(guān)重要。
2 爆破地震波的特征及爆破地震強(qiáng)度的表示法
炸藥爆炸后，隨著傳播距離的增加，應(yīng)力波衰
減為地震波。爆破地震波包括體積波和表面波。體
積波由縱波(P波)、橫波(S波)組成?？v波是
由爆源向外傳播的疏密波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的
傳播方向一致，一般表現(xiàn)為周期短、振幅?。粰M波
是由爆源向外傳播的剪切波，一般表現(xiàn)為周期較
長，振幅較大；體積波在傳播途中，遇到地表、巖
層層理和節(jié)理時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生反射和折射。表面波是
沿介質(zhì)表面或分界面?zhèn)鞑サ牟?，它又分為勒夫?
(L波)和瑞利波(R波)。勒夫波的特征是質(zhì)點(diǎn)僅
在水平橫向作剪切型振動(dòng)，它只有在半無限空間上
至少覆有表面層時(shí)才出現(xiàn)；瑞利波存在于徑向和垂
向構(gòu)成的平面內(nèi)，即在完全介質(zhì)中，它沒有橫向分
布，瑞利波的質(zhì)點(diǎn)在垂直面上沿橢圓軌跡作后退式
運(yùn)動(dòng)。造成地震破壞的主要是表面波中的瑞利波，
這種波具有低頻、高能、衰減慢等特點(diǎn)。
表示爆破地震破壞的強(qiáng)弱程度叫地震強(qiáng)度。地
震強(qiáng)度一般用質(zhì)點(diǎn)位移、速度和加速度來表示。在
工程實(shí)際中，多用質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，有時(shí)也用振動(dòng)加
速度的幅值代表地震波強(qiáng)度。我國《爆破安全規(guī)
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中國礦業(yè) 第15卷
程》規(guī)定，以地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為破壞判據(jù)。目
前，國內(nèi)外一般采用質(zhì)點(diǎn)垂直振動(dòng)速度作為判定標(biāo)
準(zhǔn)。
質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度具有如下規(guī)律：
V ： K ( )n
K
式中 —— 質(zhì)點(diǎn)垂直振動(dòng)，cm／s；
Q--一同段起爆的最大藥量，kg；
R—— 爆破中心至被保護(hù)對(duì)象或測點(diǎn)的距
離，ITI；
— — 爆破地震波傳遞衰減指數(shù)；
K— — 爆破現(xiàn)場地質(zhì)條件系數(shù)。
我國《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的質(zhì)點(diǎn)最大允許速
度見表1所示。K，0t值參考表2選取，或由試驗(yàn)
確定。
表1 質(zhì)點(diǎn)最大允許速度 單位：CII1／S
巖性 K n
決定爆破地震強(qiáng)度的，首先是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。
從上述公式可以看出，人為控制的因素只有Q和
K。即可以通過降低一段起爆藥量Q，直接降低爆
破地震強(qiáng)度；此外，可以通過減小爆破夾制等手段
來降低K值，也可以減少爆破地震強(qiáng)度。a隨地
質(zhì)條件的改變而改變，也就是說，不同的地質(zhì)條件
對(duì)爆破地震波的衰減吸收能力不同。因此，在建筑
物的位置選擇上，成為一個(gè)可以利用的因素。
3 爆破測試技術(shù)的應(yīng)用范疇
《爆破安全規(guī)程》第8．2、8．3條明文規(guī)定，
“
一般建筑物和構(gòu)筑物的爆破地震安全性應(yīng)滿足安
全震動(dòng)速度的要求”，“在特殊建(構(gòu))筑物附近或
爆破條件復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行爆破時(shí)，必須進(jìn)行必要的爆
破地震效應(yīng)的監(jiān)測和專門試驗(yàn)，以確保被保護(hù)物的
安全性”。爆破地震效應(yīng)的測試工作，已在工程中
廣泛開展，測試系統(tǒng)和測試技術(shù)將成為爆破專業(yè)隊(duì)
伍的生存手段。當(dāng)前，國內(nèi)外測試技術(shù)的主要應(yīng)用
范疇是：
(1)通過小型爆破試驗(yàn)進(jìn)行測振，以了解爆破
地震波的時(shí)程曲線特征，然后利用數(shù)?；蚪?jīng)驗(yàn)公
式，計(jì)算擬采用爆破方案的地震效應(yīng)，預(yù)報(bào)爆破地
震強(qiáng)度及評(píng)價(jià)建(構(gòu))筑物的安全，進(jìn)而對(duì)爆破方
案進(jìn)行修改、限制和優(yōu)化。
(2)在擴(kuò)建、改造工程中，對(duì)爆區(qū)附近建筑物
和正在運(yùn)行的設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行地震監(jiān)測，以控制一次
爆破規(guī)模。在工期較小的爆破工程中，使某些特定
位置的地震強(qiáng)度受到監(jiān)控，以保證建筑物和運(yùn)行設(shè)
備的安全。
(3)在實(shí)施爆破工程時(shí)，對(duì)特殊建(構(gòu))筑
物、可能引起民事糾紛的地段或建筑物進(jìn)行地震監(jiān)
測，為工程驗(yàn)收和可能發(fā)生的司法程序提供依據(jù)。
(4)在建筑物上進(jìn)行測振，研究建筑物對(duì)爆破地
震的反應(yīng)譜，為計(jì)算建筑物受力狀態(tài)提供荷載條件。
4 爆破震動(dòng)測試內(nèi)容及方法
爆破震動(dòng)測試主要用來
(1)研究爆破過程中地震的衰減規(guī)律，地質(zhì)構(gòu)
造及地形條件相對(duì)應(yīng)的影響，地震波參數(shù)和爆破方
式的關(guān)系。
(2)研究建筑物、構(gòu)筑物對(duì)于爆破震動(dòng)的響應(yīng)
特征，這一響應(yīng)特征和爆破方式、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
的關(guān)系。
在測試方法上，兩者有相同或相似之處，但對(duì)
振動(dòng)的分析，對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求方面則不全相同。
爆破震動(dòng)測試內(nèi)容包括：地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度測
試；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移測試；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度測試；建
筑物的反應(yīng)譜測試； 目前又發(fā)展了巖體介質(zhì)反應(yīng)譜
測試，如巖體邊坡爆破震動(dòng)反應(yīng)譜測試。但開展最
普遍、工程上應(yīng)用最多的仍是振動(dòng)速度測試。
目前，在爆破震動(dòng)測試中，采用最多的是電測
方法。它利用敏感元件在磁場中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生
與振動(dòng)成一定比例關(guān)系的電信號(hào)，經(jīng)過放大器和記
錄裝置得到振動(dòng)信號(hào)。按所測物理量的不同，傳感
器有位移計(jì)、速度計(jì)、加速度計(jì)。按傳感器位移量
的大小，可分為強(qiáng)震儀、中強(qiáng)震儀及弱震儀。
5 爆破振動(dòng)的控制
在拆除爆破工程中，建筑物和高聳構(gòu)筑物可以
不考慮爆破振動(dòng)，僅考慮建(構(gòu))筑物塌落時(shí)產(chǎn)生
的地面振動(dòng)。而對(duì)地下工程拆除爆破或大型地表面
構(gòu)筑物爆破，就必須考慮爆破振動(dòng)。尤其是城鎮(zhèn)市
區(qū)內(nèi)進(jìn)行的土石方爆破。為了確保爆區(qū)周圍人和物
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第6期 張金泉等：爆破震動(dòng)測試技術(shù)及控制措施
的安全，必須將爆破地震的危害，嚴(yán)格地控制在允
許范圍之內(nèi)。對(duì)此，國內(nèi)外都進(jìn)行了大量的研究。
目前，控制爆破振動(dòng)的方法主要有以下幾種：
(1)對(duì)土石爆破來講，采用適當(dāng)?shù)谋祁愋汀?
爆破地震的強(qiáng)度隨爆破作用指數(shù) 值的增大而減
小。實(shí)測得出， 一1．5的拋擲爆破與 一0．8的松
動(dòng)爆破相比，振速可降低4 ～22 9，5。
(2)采用能獲得最大松動(dòng)的爆破設(shè)計(jì)。松動(dòng)條
件良好的炮孔爆破，即靠近自由面的炮孔爆破產(chǎn)生
的振動(dòng)較小。使用延發(fā)爆破技術(shù)開辟內(nèi)部自由面，
以便爆破后產(chǎn)生的壓縮波可以從這些自由面反射。
通過正確設(shè)計(jì)延發(fā)起爆方案，就能獲得最大的松
動(dòng)，一般在采用多排孔爆破方案時(shí)，使其排間延發(fā)
間隔時(shí)間，大于排內(nèi)的孔間延發(fā)間隔時(shí)間，就能獲
得較大的松動(dòng)。
(3)選用低威力、低爆速的炸藥。實(shí)踐證明，
炸藥的波阻抗IoC不同，爆破振動(dòng)強(qiáng)度也不同。波
阻抗越大，爆破振動(dòng)強(qiáng)度也越大，且炸藥的波阻抗
越接近巖石的波阻抗，其振動(dòng)強(qiáng)度也越大。若能設(shè)
法將2號(hào)巖石炸藥的爆速從3200m／s降低到
1800m／s時(shí)，其地震效應(yīng)就可降低40 ～60 。
(4)限制一次爆破時(shí)的最大用藥量。由爆破振
動(dòng)計(jì)算公式可以看出，振動(dòng)與藥量成正比，因此，
控制用藥量就可控制振動(dòng)強(qiáng)度。
(5)選用適當(dāng)?shù)膯挝徽ㄋ幭牧俊＿^大的單位炸
藥消耗量，會(huì)使爆破振動(dòng)與空氣沖擊波都增大，并引
起巖石過度地移動(dòng)或拋擲。相反，過小的單位炸藥消
耗量，也會(huì)由于延遲和減小從自由面反射回來的拉身
波效應(yīng)，從而使爆破振動(dòng)增大。最優(yōu)的單位炸藥消耗
量，必須通過現(xiàn)場爆破試驗(yàn)來確定與選用。
(6)選擇適當(dāng)?shù)难b藥結(jié)構(gòu)。裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)爆破地
震效應(yīng)有明顯的影響，裝藥越分散，地震效應(yīng)越小。
(7)精心設(shè)計(jì)，精心施工。避免過大的孔網(wǎng)參
數(shù)，精確地進(jìn)行炮孑L定位，把炮孔超深控制在良好
的底板(或臺(tái)階下部平臺(tái))狀態(tài)所要求的最小值。
(8)采用微差爆破技術(shù)減震。微差爆破是以毫
秒級(jí)的時(shí)間間隔分批起爆裝藥。大量的試驗(yàn)研究表
明，在總裝藥量和其它爆破條件相同的情況下，微
差爆破的振速比齊發(fā)爆破的振速可降低40 9／6～60。
可以證明微差爆破降震率8為
3一 -V弋-
廠
V'1
- n號(hào)
式中 —— 齊發(fā)爆破和微差爆破時(shí)的最大振
動(dòng)；
— — 齊發(fā)爆破總裝藥量與微差爆破量大段
藥量之比。
(9)應(yīng)用預(yù)裂爆破或開挖減震溝。預(yù)裂爆破是
在爆源和被保護(hù)物之間鉆鑿一排垂直地表的孔，在
主裝藥孔爆破之前，先對(duì)該排孔裝藥施爆，使之形
成一個(gè)垂直于地面的裂隙面，從而使地震波到達(dá)時(shí)
發(fā)生反射，以減少透射到被保護(hù)物的地震波能量。
減震溝是在爆源與被保護(hù)物之間挖一條溝道或鉆鑿
密集的單排或多排空孔，使之起到反射地震波的作
用，一般可減震30 ～50 ，是減震的有效措施。
(10)調(diào)整爆破工程傳爆方向，以改變與被保
護(hù)物的方位關(guān)系。實(shí)踐證明，拋擲爆破時(shí)，最小抵
抗線方向的振動(dòng)最小，反向最大，兩側(cè)居中；而采
用排成一排的群藥包爆破時(shí)，在藥包中心的連線方
向，比在垂直于連線方向的振速可降低25 ～
45 。此外，爆破振動(dòng)在不同高程處振動(dòng)強(qiáng)度也不
一樣，低于爆源外的建筑物的抗震性能，比高于爆
源處的建筑物的抗震性能要好得多。因此，充分利
用爆破振動(dòng)的這些特點(diǎn)，通過改變爆源與被保護(hù)物
的相對(duì)方位，可適當(dāng)控制被保護(hù)物處的振動(dòng)大小。
(11)充分利用地形地質(zhì)條件，如河流、深溝、
渠道、斷層等，都有顯著的隔震減震作用。除上述
控制爆破振動(dòng)的措施外，還應(yīng)注意不同建筑物的動(dòng)
力響應(yīng)也不一樣，建筑物的結(jié)構(gòu)形狀對(duì)抗震性能影
響較大，一般低矮建筑物的抗震性能比高大、細(xì)長
的高聳建筑物要好。
6 結(jié)束語
爆破方法和爆破參數(shù)影響爆破地震的振動(dòng)強(qiáng)
度，巖土性質(zhì)影響地震波的傳播。應(yīng)該利用爆破測
試技術(shù)，使某些特定位置的地震強(qiáng)度受到監(jiān)控，來
控制爆破地震效應(yīng)的危害，以確保被保護(hù)物的安全
性。環(huán)境條件和被保護(hù)對(duì)象，決定爆破震動(dòng)安全依
據(jù)。因此，爆破應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，充分調(diào)查環(huán)境條
件和被保護(hù)情況，分析爆破地震和防護(hù)對(duì)象的特
點(diǎn)，合理地進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)和施工，并積極采取適當(dāng)
的防震技術(shù)措施。 _
參考文獻(xiàn)
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