关于工程爆破振动的影响及降振策略的研究

陈文基

摘要：爆破振动以及相关的降振措施的研究对于确保工程爆破的安全实施，保障周围建筑物的结构安全而言至关重要。本文对工程爆破振动的影响 及降振策略进行研究。

关键词：工程爆破;振动效应;影响因素;降振策略

1爆破振动效应的原理

在工程爆破的实施过程中，炸药在引爆时，其能量会以波动的形式迅速向外传播，并对其周围的介质构成影响，随着传播距离的增加，其冲击波也呈现出快速衰减的趋势，当降至声波速度水平后，冲击波就转变成为了应力波，前者传播的区域被称为粉碎区，而后种波传播的区域被称为破碎区，从名称中即可看出，虽然两种波的破坏程度相差较大，但同样都会对周围环境构成严重的威胁;随着传播距离的继续增加，波的振幅继续下降，其性质也再次转变为弹性地震波，虽然此时震波的破坏性大幅降低， 但仍然可以导致已存裂隙的发展，从而给建筑物的安全造成负面影响，弹性地震波的传播区域也被称为弹性区。根据大量的工程爆破经验显示，一 般的爆破作业，在正常执行安全管理措施之后，冲击波和应力波的作用范围内是不会出现建筑物的，但是爆破地震波的传输距离远远超过前两种波， 其影响范围也大大增加，尤其对于城市地区，人口密度大、建筑物集中， 更容易受到工程爆破的影响，若没有采用科学的方法降振，控制地震波带来的影响，就会对这些建筑物造成安全隐患。

2爆破地震波影响因素分析

从目前该领域内的研究成果分析，爆破地震波的主要影响因素分为两个方面，一是爆源本身的特性参数，如振动强度、频率和持续时间等，另一方面则是受振对象的属性，如爆破地点的地质构造、与爆源的相对距离等。必须要指出的是，这些因素之间相互制约、相互影响，形成了一个复 杂的关联体。一般而言，爆破本身的强度越大，振动频率越接近建筑物固 有频率，且持续时间越长，则对后者造成的损害也就越大。本节对这些影 响因素展开逐一的介绍与分析。

2.1爆破地点地質构造条件

爆破地点介质的特点直接影响到了爆破振动效应的程度与特性。若爆破所在地地质坚硬，则振动基频相对较高，爆破振动持续时间会得到显著到峰值，导致建筑物结构反应超过弹性区间，此时会导致其结构内部的局部损伤，随着持续振动周期延长，则后续振动效应会在这些损伤中进一步发展，导致损伤的加剧与扩大，最终对建筑物造成严重的破坏;若爆破振动持续时间短，结构破坏过程尚未完成，爆破振动即终止或衰落成弱振动， 此时对建筑物的影响就相对小了许多，并通常不会出现结构上的太大损伤。

3 爆源降振措施

为了保障爆破工程影响范围内的建筑物及其他构筑物的结构安全，避 免因建筑物损毁而带来的人员伤亡事件，必须在爆破前严格按照相关规定， 充分做好各种防范措施，并根据工程所在地的实际情况，设计出科学合理的爆破方案，有效控制爆破振动造成的严重影响。目前从降振措施方面看， 主要有控制爆破用药量、选用低威力、低爆速炸药、微差爆破和间隔装药等。本节主要介绍微差爆破和间隔装药措施。

3.1微差爆破

3.1.1微差爆破的原理

微差爆破又称为毫秒延时爆破，它是在排间、孔间或单孔内，采用毫秒雷管起爆，使相邻孔段、孔间或孔中炸药在极短的时间间隔内依次爆炸， 在恰当的微差时间间隔里，先后起爆的地震波相互作用、干扰，使得地震波得以削弱。另外，微差爆破分散了整个爆破总药量，并确定了每段最大药量，由此就控制了爆破振动强度，这可以减少爆破振动对爆破地点周边建（构）筑物、边坡及基础面的影响。根据大量实际工程爆破的统计数据显示，微差爆破能有效的降低爆破振动，在总药量和其它爆破条件相似的情况下，微差爆破振速比齐发爆破大约降低（0.33 ～ 0.67），降振效果显著。

3.1.2爆破间隔时间的确定

关于最佳的微差爆破时间间隔，各国采用的数值以及相关的计算方法均存在一定的差异，在我国，不少成功的微差爆破案例均采用式（1）进行计算，而结果一般位于（25 ～ 50）ms 之间的缩减，振动幅度也会随之降低;若爆破地点地质较为松软，则以上三种振动参数的变化则会相反。此外，还需要考虑到爆破地点的自振现象同样也会受到该地点的介质特性的影响，从而导致自振的周期、频率和振幅随之变化，在加人到爆破振动的效应之后，会形成类似于受扰振动的增幅效 果，使振动波的传播出现各种反常变化，并对爆破振动效应的预测形成极 大的影响。因此，对于爆源影响区域内建于粘土或回填土上的建筑物，必 须施加针对性的保护措施，以确保安全。

2.2爆破振动频率

由于爆破频率接近建筑物固有频率而引发的剧烈共振是导致建筑物受到爆破振动波影响而发生损毁的重要原因。频率与距离的变化关系曲线， 大体呈负指数变化，其中爆破地震波的高频部分由于受到了地层的过滤作 用而快速下降，而低频部分则下降缓慢。参阅大量的文献和相关记录显示， 大多数爆破振动频率位于（10 ～ 300）Hz 之间，且受到诸多的因素影响而呈现出动态性强、复杂度高的特征，建（构）筑物频率振动波动力响应关系与爆破振动危害性密切相关如普通民用低层建筑，其固有频率一般位于 （4 ～ 12）Hz 的区间内，而高层建筑物则相对更低。

2.3爆破振动持续时间

从爆破开始，至振动最终停止经历的时间周期，被称为爆破振动周期。 这一周期相对于天然地震周期而言要短的多，且与爆破用药量直接相关。 对于药量少的小型工程爆破而言，这一周期约处于（0.1 ～ 0.55）ms 之间， 而对于一般非大型工程爆破而言，这一周期可延长至（0.5 ～ 2.55）ms，而天然地震的振动持续时间则往往延长至（10 ～ 405）ms。随着振动持续时间的增加，振动效应对其传播范围内的建筑物及其他结构物非弹性变形 影响也会出现积累效果，破坏程度也随之加剧。在爆破初期，振动强度达上式中， dc为药包直径，单位为 cm; q 为单位炸药消耗量，单位为 kg/ m3;pc为装药密度，单位为t / m3;R 为装药作用半径，单位为m;a 为孔间距，单位为 cm。间隔装药分为空气间隔装药和分层装药，也就是分散装药。与集中装药相比，不但岩石破碎度好，爆炸能量利用率高，更重要的是分散装药的爆破振动强度比集中装药的爆破振动强度要低 很多，即降低了爆破振动效应，而且药量越分散，其减振效果越显著。例如，在总药量相同的情况下，浅孔爆破比中深孔爆破的振动要大幅降低;即便 是中深孔爆破，采用分层装药或者间隔装药，与连续装药相比，其爆破振动要明显低很多。

结束语

爆破振动以及相关的降振措施的研究对于确保工程爆破的安全实施， 保障周围建筑物的结构安全而言至关重要。本文结合实践经验和理论研究成果，对影响爆破振动的相关因素进行了探讨，对降振措施中的微差爆破和间隔装药方法进行了系统地分析与介绍。相信随着相关领域内技术的不断进步，会出现更加优良的爆破控制技术，将工程爆破对周边造成的影响降至最低，更有力地推动我国基础建设和城镇化建设不断向前发展。

参考文献

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