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深圳市SCT三期开挖爆破振动控制与监测

2016-07-09 责任编辑:崔玮娜

周浩仓

(1.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南长沙,410012;

2.江西国泰五洲爆破工程有限公司,江西南昌,330038)

摘要:本文结合具体的工程实际,详细介绍了振动速度控制方面的工作和采取的措施,这些措施将确保在复杂的环境条件下和采用常规爆破孔网参数的情况下,大量工程爆破的爆破振动速度被控制在0.25cm/s以内,此外,本文对爆破振动速度的控制指标进行了总结。

关键词:爆破振动;控制与监测

 

1前言

随着社会的不断发展,城市爆破和近居民区的爆破情况在不断增加。因此,对爆破振动、爆破噪声、爆破冲击波和爆破飞石的控制变得越来越严格:由于爆破飞石和爆破冲击波对人和建筑物的损害是显性的,出现问题时也容易进行评估损失,所以爆破工作者对此都比较重视。然而,爆破振动引起的危害是隐性的,很难客观地对问题进行评估,处理上也增加了很多麻烦。加之《爆破安全规程》(GB 6722--2003)中有关振动控制速度的规定有时难以符合不同的实际情况,所以实际操作中出现纠纷的情况比较多,爆破振动甚至影响到工程的进度和社会的和谐。

2工程概况

深圳市SCT三期项目需要爆破山体约2×106m3,山体周围环境复杂,爆破区南边180m为浮法玻璃厂;西边80m为深圳嘉宝厂;北边为山体;东边60m为石场生产线和办公区,186m为油库罐区,爆破环境如图1所示。

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为了确保爆破工程安全正常进行,业主对爆破振动速度和安全要求如下:

(1)浮法玻璃厂生产线的振动速度不大于0.25cm/s;

(2)高位水池不能出现裂纹和渗水;

(3)爆破飞石不能对周围建(构)筑物造成损害;

(4)爆破施工期间港湾大道必须正常通行;

(5)边坡部分必须进行预裂爆破并确保坡面平整光滑,无松石。

3爆破参数

由于施工承包单位的爆破设备限制,山体采用孔径为φ140mm的深孔台阶爆破,边坡采用孔径为φ76mm的预裂爆破,这就给爆破工作带来了一定的难度,特别是爆破振动的控制。为此,我们采用的主要爆破参数见表1。

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4爆破网路

爆破采用两种网路,一种是常规炮孔,单孔装药量超过45kg,采用孔内分段装药;对于单孔装药小于45kg的,采用孔内连续装药。每段装药为一段分别起爆,以控制最大段起爆药量小于45kg。我们每次爆破炮孔数一般控制在70~90个,有三次为128~132个炮孔。分段微差时间选用25ms,以防止地震波叠加和先爆炮孔飞石打断传爆网路。另一种是预裂孔的起爆,为控制振动速度和确保边坡平整度,我们对边坡采用一次装药分段微差起爆,微差时间为25ms,每段起爆炮孔数量为10~20个,我们最多时一次爆破60个预裂孔,具体每段起爆预裂孔数量按照计算的最大起爆药量控制,最多一次边坡分五段微差起爆,爆破后的边坡光滑平整,符合设计要求。

5振动控制措施

爆破质点振动速度公式如下:

v=K(Q1/3R)α

式中v——质点振动速度,cm/s;

R——建(构)筑物距爆源中心的距离,m;

Q——最大段单响药量,kg;

K,α——与地质条件有关的系数,根据我们实验,取K=557,α=1.99。

根据业主规定v≤0.25cm/s。

在每次爆破施工前,需根据上次对爆破施工的设计,进行爆破振动预估,以提前进行控制。若发现爆破振动接近或超过规定值时,应修改爆破施工设计,直到满足要求。具体施工中,考虑到地质情况和施工误差等因素存在,我们按照计算最大段起爆药量的85%来进行爆破施工设计,以控制爆破振动速度不超过0.25cm/s,这样可以满足实际爆破需求。

主要建(构)筑物爆破振动预估值见表2。

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从表2可以看出:

(1)允许的最大段起爆药量为52kg,根据我们测振数据和现场情况,我们确定深孔爆破的最大段药量为45kg,在考虑到尽量满足预裂爆破效果的前提下,为减少预裂爆破起爆段别,按照分散装药原理,我们确定预裂爆破的最大段起爆药量为30kg。

(2)由于爆破环境无法改变,钻机设备也已选定,因此要控制爆破危害,特别是爆破振动的控制,只能采用改变爆破参数、控制爆破规模、改变起爆顺序和控制单段药量的措施,这是减弱爆破震源的爆炸能量、降低振动效应和改变爆破振动传播方向最直接的方法。

(3)采用精确的单孔逐段爆破,精确控制每段爆破时间,以最大限度杜绝爆破能量叠加。我们在爆破中采用孔内装13段或15段毫秒非电雷管,孔外用2段毫秒非电雷管连接网路,使爆破间隔都控制在25ms,将每次爆破分成若干个单孔爆破,对提高爆破效果和降低爆破振动及减少爆破振动叠加非常有效。

(4)爆破开口位置选择是控制爆破振动的一个关键因素。在实践中,我们发现每次爆破若选择第一段起爆引起的振动较大,整个爆破的振动速度必然增大,若选择的第一段爆破速度较小,整个爆破的振动速度随之减小。因此,我们通常选择临空面比较好、装药量较少、夹制作用小、岩石不是很坚硬的地段作为开口位置,但同时要注意控制飞石。另外对一些地质结构面要特别注意,因为它们的存在不仅可以改变爆破抵抗线,而且还会引起爆破振动的很大变化,这一点必须得到足够的重视。

(5)装药结构和起爆方式的控制。由于振动速度的限制,很多情况下,为了满足爆破振动的要求,需严格控制单响药量和起爆时间。在实际施工中,由于单孔装药量在很多时候超过估算的最大起爆药量,所以采用孔内分段装药,最多时一个炮孔分三段装药,孔内堵塞间隔一般大于2.0m。同样对边坡孔,我们按照正常装药后,也要对其进行振动估算。通过对以往的爆破案例分析,我们发现每次最多起爆边坡孔数为10~15个,但施工中考虑到边坡的一致性和平整度要求,每次爆破必须完成一个梯段长度的边坡孔爆破才能保证边坡质量,只有这样才能充分保证爆破振动的控制和爆破效果。在实际台阶爆破操作中,我们通常将一个炮孔分成2段进行起爆,采用的方法是先起爆上部装药段,再起爆下部装药段;此外,在少数情况下,我们会采用一个炮孔分3次起爆。最初边坡孔在施工中没有引起我们重视,然而它却成为了导致振动速度超过规定的主要因素。在经过分析和实践后,我们对边坡孔采用分段爆破。在后来施工中,每次边坡爆破都被分成2~5段进行爆破,每段间隔时间控制在25ms,这种爆破模式同样达到了合同要求的效果,也没有出现振动超标的现象。

(6)网路的可靠性是引起振动超标所不能忽视的原因。如何确保每个炮孔按照设计的时间起爆,并及时将引爆能量传递给后续炮孔,是控制振动的重要因素。在施工中,我们采用复式双网路,确保每个炮孔都能得到两个传递的起爆能量。起爆过程中,即使有一个起爆网路出现问题,另一个也会引爆炮孔。因此我们采用敷设两个起爆网路来确保炮孔精确起爆。

(7)精确钻孔是控制振动速度又一重要因素。只有加强现场钻孔控制,确保每个炮孔都在设计规定的范围内,才能保障爆破能够按照预定的起爆方式和破裂方向进行,使爆破过程不会因产生大的夹制作用,而引起振动突然增加或者叠加,以最大限度降低爆破振动。

(8)应及时地对爆破抵抗线和台阶的情况进行精确的测量与控制,做到设计和施工高度吻合。最大限度地做到规范化、程序化、标准化施工,是控制爆破振动不可缺少的措施。

(9)其他考虑因素,如爆破场地情况有无压渣、抵抗线,炮孔间距有无过大和过小情况出现以及炮孔有无太大超深等,都需要在施工过程中进行控制,才能保障振动不超标。

6测振仪器和测振结果

6.1测振仪器

测振仪为型号IDTS2850的爆破振动记录仪,精度12bit,频带宽0~60kHz;传感器为型号CD-l型的速度传感器,最大可测位移±1mm,灵敏度604mv/cm/s。为确保观测精度,观测前观测单位首先对该观测系统按照标准要求进行标定,观测后用计算机与IDTS3850爆破振动记录仪通信,对实测波形进行时域分析和频谱分析。

6.2测振结果

在整个爆破施工中,业主为了确保工程顺利进行和减少周边单位投诉,聘请了测振单位对每一次爆破进行现场监测,并派爆破监理现场监督爆破施工。根据业主监测的测振结果显示,整个项目实施测振爆破次数为513次,合格率为97.27%,不合格率为2.73%,其中超标的最大一次振动速度为0.38cm/s,其余13次振动速度都为0.25~0.27cm/s。通过分析我们发现,振动超标大多发生在爆区两个地段:一个是边坡爆破地段,为了确保边坡质量,预裂爆破时不能分段太多是造成该地段振动超标的主要原因;二是在靠近碎石生产线附近,主要是由于施工时考虑此段离消防水池和浮法玻璃厂最远,爆破对其不会产生危害,思想上放松了对振动的控制,导致该地段超标。总体来说客观和主观因素都会造成振动超标。

我们与浮法玻璃厂技术人员一起对超标振动实际调查得知:振动速度为0.25~0.27cm/s的13次超标中,所生产玻璃中气泡含量和次品率基本没有变化,但是在振动速度为O.38cm/s的超标中,所生产玻璃中气泡含量有所增加,废品率比平时增加了3%,说明爆破振动超标会引起了玻璃质量下降,因此我们停工整改一个星期以解决爆破振动超标问题。

7结论

我们通过本工程大量爆破施工和对爆破施工测振数据分析,有以下体会和结论:

(1)在复杂爆破环境下,只要通过科学的、系统的、严格的施工就可以完成对爆破振动的严格控制,达到不扰民的爆破目的。

(2)同等条件下,在较小振动速度爆破的过程中,质点振动速度不一定随着爆破药量的增大而增大,也不一定随着爆破中心离建(构)筑物距离的增大而减小,它会因一个微小的变量而使其发生突变,这种特殊情况需要爆破工作者加以注意。

(3)质点的水平振动速度和垂直振动速度没有一定的相关性,并且在本工程中,尽管我们有大量的测振数据,也无法找到水平振动速度的规律。因此,在较小的振动速度下,水平振动速度变得更加难控制。

(4)在浮法玻璃生产线实测到13次0.25~0.27cm/s的超标准振动,宏观调查生产线未受到任何不利影响,因此,建议可将其爆破允许质点振动速度值提高至0.3cm/s,以降低爆破施工成本。

参考文献

[1]王迪安.深圳地区爆破地震波传播规律的初步研究[C]//中国爆破新技术,北京:冶金工业出版社,2004:942~945.

[2]袁小冈,冯武平.长江三峡水利枢纽永久船闸预裂爆破设计与施工[J].爆破,1996,13(3):39~41.

[3]郑瑞春,马柏令,高士才.爆破参数对破岩质量的影响规律及小抵抗线大孔距爆破机理的探讨(上)[J].爆破,1987(2):7~12.

摘自《中国爆破新进展》