鄂北水资源配置工程钻爆施工爆破振动对邻近建筑物影响分析

罗应贵 龙 浩 朱圣伟 易晓丽

钻爆法，即是通过钻孔、装药、爆破开挖隧洞岩石的技术方法。钻爆法具有机械设备投人少、施工准备期短、工程地质变化后能及时调整、炸药价格相对便宜等优势[1]。但随着钻爆法的广泛应用，爆破施工引发的一系列问题越来越引起人们的关注。在爆破影响区的范围内，当爆破震动达到一定的强度时，会引起邻近建筑物不同程度的破坏，由此引起施工单位和建筑物的所有者之间的纠纷。尤其当爆破施工靠近村庄，更容易造成当地村民的不断阻工，在一定程度上影响当地的社会安定。根据对鄂北地区水资源配置工程2015年第16标宝林隧洞进口爆破振动影响测试的结果，探讨了钻爆施工爆破振动对临近建筑物影响与振源距、炸药量的关系，提出了建筑物安全允许的振动参数建议值，推算爆破振动影响安全范围，为类似工程爆破参数设计优化与施工安全管理提供参考。对妥善处理房屋所有者与施工单位的纠纷，对科学合理的经济补偿提供技术支撑，保证工程顺利推进能有所帮助。

湖北省鄂北地区水资源配置工程2015年第16标宝林隧洞工程位于湖北省广水市，对应输水干渠桩号为244+650—258+490，全长13.84km。进口位于广水市宝林乡下彭家湾村北侧，上游接宝林明渠。隧道钻爆法爆破施工过程中，采用毫秒差爆破方式进行施工。爆破振动影响测试工作，通过现场两次爆破振动现场测试，确定场地爆破振动衰减规律，推算爆破振动影响安全范围。

1 测试条件与方法

1.1 仪器设备

本次爆破振动检测采用TC-4850型振动测试仪。工作时，先进行踏勘，每个测试点安装一个三分量速度传感器。速度传感器可以将振动时程转换为电信号，通过A/D转换、程控数据采集器被记录下来，经内业数据处理，即可能获得振动量值、振动频谱特性。

1.2 测试布点

宝林隧道进口处位于广水市宝林乡下彭家湾林北侧。居民房屋多为砖砌体结构，少数为毛石、土坯房屋，均为自建。为砖石基础，埋深很浅，砌体施工质量较差，房屋均无构造柱、圈梁等加强措施。为确定场地爆破振动衰减规律，在彭家湾离爆破中心不同距离处共布置5个振动测点，每测点同时布设2个水平方向及1个垂直方向。1号、2号测点在爆破点与彭某1家之间的田地中，3号测点在彭某1家，4号测点在彭某2家，5号测点在彭某3家。

1.3 振动安全标准

我国现行的爆破安全标准[2]GB6722—2014《中华人民共和国国家标准爆破安全规程》，安全允许标准见表1。

表1 爆破振动安全允许标准

1.4 爆破参数设计

本次测试时，爆破采用微差爆破方式，两次爆破总药量、分段数、各段药量见表2。

表2 爆破装药数量详表

2 测试结果及分析

2.1 测试结果

两次测试获得5个振源30个振动记录，表3为第1次测点振动速度值，表4为第2次测点振动速度值。表中“水平径向”为沿测点至爆源方向，“水平切向”为垂直于测点至爆源方向，“垂直向”为垂直水平面方向，振源距为爆破振源点至测试点之间的直线距离[3]。

2.2 场地衰减规律

场地的振动地面运动衰减[4]根据实测的振动量值，利用最小二法进行回归分析，回归分析方程式取如下形式：

两端取对数，得：

表3 第1次测点振动速度值

表4 第二次测点振动速度值

若用ai表示实际的观测值，则所有观测值与由回归式（1）得出理论值之间差值的平方和为

所谓最小二乘法，就是要寻求k和e的某种值，使得差值式（3）最小，即δ（k,e）最小，为此，利用极值原理，将式（3）对lgk求导，并令其等于0，得：

上式整理后，得：

将式（3）对e求导，并令其等于0，得：

上式整理后，得：

式中 N——为观测数目值；

Ri——第i测点到振源的距离（测点离爆破中心水平与垂直距离的平方和开方），m；

ai——第i测点地面运动速度观测值，cm/s；

联立式（4），（5）进行求解，即得k和e。进口处第二次爆破现场各测点的垂直向最大速度值、最大单段炸药用量及其离爆破中心距离，进行回归分析计算，所得场地的衰减规律如下。宝林隧道进口处爆破衰减规律：

2.3 振动对房屋影响分析

根据现场踏勘，隧道进附近村庄房屋类型主要为土坯房、毛石房及自建砖房。考虑到自建砖房砂浆质量差，施工工艺不规范，房屋使用年限较长等原因，在本次振动影响分析中将其按表1中土窑洞、土坯房、毛石房屋来考虑[5]。根据测点振动记录频率分析，距爆破中心距离约300m范围内，振动主频率均大于10Hz。综合上述两点，依据表1相关条款，居民房屋单次爆破安全允许质点振动速度相应取0.45cm/s。考虑到宝林隧道长期施工，多次爆破，且居民房屋施工质量差，使用年限长，综合取允许质点振动速度安全系数为3[6-7]，即爆破安全允许质点振动速度相应取0.15cm/s。

根据第2次爆破现场各测点的垂直向最大速度值、最大单段炸药用量及其离爆破中心距离[8]，拟合出爆破振动速度值随离爆破中心距离的衰减规律，如图1所示。

图1 振动速度随离爆破中心距离的衰减规律

从图1振动速度随离爆破中心距离的衰减规律可知，当爆破总药量为56kg，单段最大药量为25.2kg时，隧道进口处居民房屋的安全半径（即当房屋到爆破中心的距离大安全半径时，房屋的振动速度值小于估算的安全允许值）约为120m。根据式（6），取爆破安全允许质点振动速度为0.15cm/s，可推算出不同安全距离所对应的单段最大起爆药量，见表5。

表5 宝林隧道进口安全范围推算结果

3 结语

根据现场爆破振动检测结果及其分析，结论如下：

（1）通过振动对房屋影响分析，计算出了宝林隧洞爆破安全允许质点振动速度取0.15cm/s。这个参数可以较为科学的指导相关参建单位制定更为安全、合理的爆破方案，对于优化爆破参数有较强的指导性。

（2）通过现场测定的振动速度随爆破中心距离的衰减规律，计算得出宝林隧洞的附近居民房屋的影响半径为120m。

（3）由于山区的特殊条件，隧道进出口处房屋建筑基础比较薄弱，根据安全距离提前预警，通过对爆破参数中单段爆破药量以及循环进尺的控制，采取科学的小药量、短进尺爆破，以减轻爆破振动对临近建筑物的影响，确保隧洞周边人员及建筑物的安全。