陳文基

摘要：爆破振動以及相關(guān)的降振措施的研究對于確保工程爆破的安全實施，保障周圍建筑物的結(jié)構(gòu)安全而言至關(guān)重要。本文對工程爆破振動的影響 及降振策略進行研究。

關(guān)鍵詞：工程爆破;振動效應(yīng);影響因素;降振策略

1爆破振動效應(yīng)的原理

在工程爆破的實施過程中，炸藥在引爆時，其能量會以波動的形式迅速向外傳播，并對其周圍的介質(zhì)構(gòu)成影響，隨著傳播距離的增加，其沖擊波也呈現(xiàn)出快速衰減的趨勢，當(dāng)降至聲波速度水平后，沖擊波就轉(zhuǎn)變成為了應(yīng)力波，前者傳播的區(qū)域被稱為粉碎區(qū)，而后種波傳播的區(qū)域被稱為破碎區(qū)，從名稱中即可看出，雖然兩種波的破壞程度相差較大，但同樣都會對周圍環(huán)境構(gòu)成嚴重的威脅;隨著傳播距離的繼續(xù)增加，波的振幅繼續(xù)下降，其性質(zhì)也再次轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥缘卣鸩?，雖然此時震波的破壞性大幅降低， 但仍然可以導(dǎo)致已存裂隙的發(fā)展，從而給建筑物的安全造成負面影響，彈性地震波的傳播區(qū)域也被稱為彈性區(qū)。根據(jù)大量的工程爆破經(jīng)驗顯示，一 般的爆破作業(yè)，在正常執(zhí)行安全管理措施之后，沖擊波和應(yīng)力波的作用范圍內(nèi)是不會出現(xiàn)建筑物的，但是爆破地震波的傳輸距離遠遠超過前兩種波， 其影響范圍也大大增加，尤其對于城市地區(qū)，人口密度大、建筑物集中， 更容易受到工程爆破的影響，若沒有采用科學(xué)的方法降振，控制地震波帶來的影響，就會對這些建筑物造成安全隱患。

2爆破地震波影響因素分析

從目前該領(lǐng)域內(nèi)的研究成果分析，爆破地震波的主要影響因素分為兩個方面，一是爆源本身的特性參數(shù)，如振動強度、頻率和持續(xù)時間等，另一方面則是受振對象的屬性，如爆破地點的地質(zhì)構(gòu)造、與爆源的相對距離等。必須要指出的是，這些因素之間相互制約、相互影響，形成了一個復(fù) 雜的關(guān)聯(lián)體。一般而言，爆破本身的強度越大，振動頻率越接近建筑物固 有頻率，且持續(xù)時間越長，則對后者造成的損害也就越大。本節(jié)對這些影 響因素展開逐一的介紹與分析。

2.1爆破地點地質(zhì)構(gòu)造條件

爆破地點介質(zhì)的特點直接影響到了爆破振動效應(yīng)的程度與特性。若爆破所在地地質(zhì)堅硬，則振動基頻相對較高，爆破振動持續(xù)時間會得到顯著到峰值，導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)反應(yīng)超過彈性區(qū)間，此時會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的局部損傷，隨著持續(xù)振動周期延長，則后續(xù)振動效應(yīng)會在這些損傷中進一步發(fā)展，導(dǎo)致?lián)p傷的加劇與擴大，最終對建筑物造成嚴重的破壞;若爆破振動持續(xù)時間短，結(jié)構(gòu)破壞過程尚未完成，爆破振動即終止或衰落成弱振動， 此時對建筑物的影響就相對小了許多，并通常不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的太大損傷。

3 爆源降振措施

為了保障爆破工程影響范圍內(nèi)的建筑物及其他構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全，避 免因建筑物損毀而帶來的人員傷亡事件，必須在爆破前嚴格按照相關(guān)規(guī)定， 充分做好各種防范措施，并根據(jù)工程所在地的實際情況，設(shè)計出科學(xué)合理的爆破方案，有效控制爆破振動造成的嚴重影響。目前從降振措施方面看， 主要有控制爆破用藥量、選用低威力、低爆速炸藥、微差爆破和間隔裝藥等。本節(jié)主要介紹微差爆破和間隔裝藥措施。

3.1微差爆破

3.1.1微差爆破的原理

微差爆破又稱為毫秒延時爆破，它是在排間、孔間或單孔內(nèi)，采用毫秒雷管起爆，使相鄰孔段、孔間或孔中炸藥在極短的時間間隔內(nèi)依次爆炸， 在恰當(dāng)?shù)奈⒉顣r間間隔里，先后起爆的地震波相互作用、干擾，使得地震波得以削弱。另外，微差爆破分散了整個爆破總藥量，并確定了每段最大藥量，由此就控制了爆破振動強度，這可以減少爆破振動對爆破地點周邊建（構(gòu)）筑物、邊坡及基礎(chǔ)面的影響。根據(jù)大量實際工程爆破的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，微差爆破能有效的降低爆破振動，在總藥量和其它爆破條件相似的情況下，微差爆破振速比齊發(fā)爆破大約降低（0.33 ～ 0.67），降振效果顯著。

3.1.2爆破間隔時間的確定

關(guān)于最佳的微差爆破時間間隔，各國采用的數(shù)值以及相關(guān)的計算方法均存在一定的差異，在我國，不少成功的微差爆破案例均采用式（1）進行計算，而結(jié)果一般位于（25 ～ 50）ms 之間的縮減，振動幅度也會隨之降低;若爆破地點地質(zhì)較為松軟，則以上三種振動參數(shù)的變化則會相反。此外，還需要考慮到爆破地點的自振現(xiàn)象同樣也會受到該地點的介質(zhì)特性的影響，從而導(dǎo)致自振的周期、頻率和振幅隨之變化，在加人到爆破振動的效應(yīng)之后，會形成類似于受擾振動的增幅效 果，使振動波的傳播出現(xiàn)各種反常變化，并對爆破振動效應(yīng)的預(yù)測形成極 大的影響。因此，對于爆源影響區(qū)域內(nèi)建于粘土或回填土上的建筑物，必 須施加針對性的保護措施，以確保安全。

2.2爆破振動頻率

由于爆破頻率接近建筑物固有頻率而引發(fā)的劇烈共振是導(dǎo)致建筑物受到爆破振動波影響而發(fā)生損毀的重要原因。頻率與距離的變化關(guān)系曲線， 大體呈負指數(shù)變化，其中爆破地震波的高頻部分由于受到了地層的過濾作 用而快速下降，而低頻部分則下降緩慢。參閱大量的文獻和相關(guān)記錄顯示， 大多數(shù)爆破振動頻率位于（10 ～ 300）Hz 之間，且受到諸多的因素影響而呈現(xiàn)出動態(tài)性強、復(fù)雜度高的特征，建（構(gòu)）筑物頻率振動波動力響應(yīng)關(guān)系與爆破振動危害性密切相關(guān)如普通民用低層建筑，其固有頻率一般位于 （4 ～ 12）Hz 的區(qū)間內(nèi)，而高層建筑物則相對更低。

2.3爆破振動持續(xù)時間

從爆破開始，至振動最終停止經(jīng)歷的時間周期，被稱為爆破振動周期。 這一周期相對于天然地震周期而言要短的多，且與爆破用藥量直接相關(guān)。 對于藥量少的小型工程爆破而言，這一周期約處于（0.1 ～ 0.55）ms 之間， 而對于一般非大型工程爆破而言，這一周期可延長至（0.5 ～ 2.55）ms，而天然地震的振動持續(xù)時間則往往延長至（10 ～ 405）ms。隨著振動持續(xù)時間的增加，振動效應(yīng)對其傳播范圍內(nèi)的建筑物及其他結(jié)構(gòu)物非彈性變形 影響也會出現(xiàn)積累效果，破壞程度也隨之加劇。在爆破初期，振動強度達上式中， dc為藥包直徑，單位為 cm; q 為單位炸藥消耗量，單位為 kg/ m3;pc為裝藥密度，單位為t / m3;R 為裝藥作用半徑，單位為m;a 為孔間距，單位為 cm。間隔裝藥分為空氣間隔裝藥和分層裝藥，也就是分散裝藥。與集中裝藥相比，不但巖石破碎度好，爆炸能量利用率高，更重要的是分散裝藥的爆破振動強度比集中裝藥的爆破振動強度要低 很多，即降低了爆破振動效應(yīng)，而且藥量越分散，其減振效果越顯著。例如，在總藥量相同的情況下，淺孔爆破比中深孔爆破的振動要大幅降低;即便 是中深孔爆破，采用分層裝藥或者間隔裝藥，與連續(xù)裝藥相比，其爆破振動要明顯低很多。

結(jié)束語

爆破振動以及相關(guān)的降振措施的研究對于確保工程爆破的安全實施， 保障周圍建筑物的結(jié)構(gòu)安全而言至關(guān)重要。本文結(jié)合實踐經(jīng)驗和理論研究成果，對影響爆破振動的相關(guān)因素進行了探討，對降振措施中的微差爆破和間隔裝藥方法進行了系統(tǒng)地分析與介紹。相信隨著相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)的不斷進步，會出現(xiàn)更加優(yōu)良的爆破控制技術(shù)，將工程爆破對周邊造成的影響降至最低，更有力地推動我國基礎(chǔ)建設(shè)和城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷向前發(fā)展。

參考文獻

[1] 張雪亮.王樹堂.爆破地震效應(yīng) [M]. 地震工程出版社 .1981：58-63.

[2] 李翼棋.馬素貞.爆炸力學(xué) [M]. 科學(xué)出版社 .1988：14-20.

[3]黃志強.建筑結(jié)構(gòu)對爆破振動響應(yīng)的數(shù)值模擬 [D]. 研究武漢科技大學(xué)， 2003.

[4]趙新濤.爆破振動機理及爆破振動效應(yīng)控制的研究 [D]. 廣西大學(xué) .2006.