爆破地震波頻率特性的因素

爆破地震波頻率特性的因素

《爆炸安全規(guī)則》gb772-86只規(guī)定了不同類型建筑（結(jié)構(gòu)）的安全振動(dòng)速度值，不考慮地震波的影響。實(shí)際上,爆破地震波的頻率特性是不可忽視的一個(gè)重要因素。某樓房附近用控制爆破方法開(kāi)挖防浪護(hù)堤基槽、管線溝等,為了保證樓房的安全,爆破施工期間對(duì)樓房地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量,以控制一次齊爆藥量。在對(duì)爆破地震波安全進(jìn)行分析時(shí),我們使用國(guó)家《爆破安全規(guī)程》GB6722-86中安全震動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合美國(guó)以頻率規(guī)定安全振速的OSM標(biāo)準(zhǔn)作為樓房安全的判據(jù)來(lái)監(jiān)控爆破施工規(guī)模。工程實(shí)踐證明,在評(píng)定建(構(gòu))筑物安全時(shí),以頻率規(guī)定振動(dòng)速度的方法優(yōu)于單一的參數(shù)法。2地面高精度整體振動(dòng)振動(dòng)兩棟新樓房呈“Г”字型建在由山丘爆破平整出來(lái)的場(chǎng)地上,基巖為致密、堅(jiān)硬的火山角礫巖。主樓高六層,框架結(jié)構(gòu),混凝土立柱截面50cm×50cm,底層面積1960m2。與辦公樓相連的副樓是二層框架結(jié)構(gòu),底層面積1000m2。樓房的自振頻率見(jiàn)表1。擬開(kāi)挖的3條溝槽圍繞著兩幢樓房并行分布,溝槽寬度1.5～2.0m,深約1.5m,與樓房基礎(chǔ)的最近距離為2.0m。使用7655鉆機(jī)鉆孔,孔徑?42mm,小部分地段使用?80mm的潛孔鉆。使用非電毫秒雷管分段起爆。全部爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)使用美國(guó)的mini-seicⅡ小型數(shù)字式爆破地震儀進(jìn)行采集。該儀器具有1個(gè)聲通道和3個(gè)互相垂直的地震通道,量程為0.03175～254mm/s,可調(diào);選用采樣率為1024point/s。3爆破振動(dòng)的頻率我國(guó)在《爆破安全規(guī)程》(GB6722-86)中對(duì)建筑物地面質(zhì)點(diǎn)的安全振動(dòng)速度規(guī)定如下:(a)土窯洞、土坯房、毛石房屋:1.0cm/s;(b)一般磚房、非抗震的大型砌筑物:2～3cm/s;(c)鋼筋混凝土框架房屋:5cm/s;(d)水通隧道:10cm/s;(f)交通隧道:15cm/s。新建樓房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),因此該樓房受爆破振動(dòng)的速度值應(yīng)該控制在5cm/s以下。由于爆破地震波是一種復(fù)雜的振動(dòng)信號(hào),它包含很多的頻率成分。不同頻率的振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)或設(shè)備的影響很不相同,有時(shí)差別非常顯著,特別是當(dāng)爆破地震波的頻率接近于建筑物的自振頻率時(shí),對(duì)建筑物的影響會(huì)更大。但是,我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)只考慮了爆破振動(dòng)速度峰值的影響,而對(duì)爆破地震波的頻率特性這一重要影響因素未作考慮,這是我國(guó)《爆破安全規(guī)程》建筑物安全振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的不足之處。美國(guó)露天礦務(wù)局(OfficeofSurfaceMining)的標(biāo)準(zhǔn)(即本文中所說(shuō)的OSM標(biāo)準(zhǔn)),則是通過(guò)對(duì)一個(gè)爆破振動(dòng)波形的各個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的頻率進(jìn)行分析,規(guī)定了不同頻率的峰值的限值,如圖1所示。圖中的折線就是在不同頻率下振動(dòng)速度的限定范圍,在對(duì)爆破地震波的各個(gè)峰值的頻率分析計(jì)算后,把各個(gè)峰值按照頻率為橫坐標(biāo)、峰值振速為縱坐標(biāo)繪制在圖1中,假若所有點(diǎn)都在折線下,則表明該炮符合爆破安全振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于爆破地震波三個(gè)向量的限定是相同的,OSM標(biāo)準(zhǔn)具體的范圍界限如下:國(guó)家《爆破安全規(guī)程》(GB6722-86)中僅采用單一的質(zhì)點(diǎn)振速作為安全判據(jù),用它來(lái)評(píng)價(jià)樓房振動(dòng)安全具有很大的局限性,因此我們與爆破施工單位約定,本次對(duì)樓房的爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)以美國(guó)OSM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定作為安全判據(jù),對(duì)爆破地震波形分析后,若質(zhì)點(diǎn)振速超出《爆破安全規(guī)程》(GB6722-86)以及OSM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,爆破施工單位必須對(duì)爆破設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。4爆破震動(dòng)頻率s共監(jiān)測(cè)57炮,其中有5炮的振動(dòng)速度幅值超過(guò)5cm/s,全部炮次的振動(dòng)頻率在26～120Hz范圍內(nèi),遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樓房的自振頻率,爆破震動(dòng)持續(xù)時(shí)間在100～1000ms之間,新建樓房在經(jīng)受57炮爆破震動(dòng)后無(wú)損傷。4.1爆破安全導(dǎo)行性有5炮在垂直方向上的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度超過(guò)5cm/s,最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度已達(dá)國(guó)家《爆破安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)的1.56倍;在徑向方向上只有第21炮地面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為5.79cm/s,是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的1.16倍;切向方向上的振動(dòng)速度均小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。超《爆破安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)的炮次見(jiàn)表2。4.2基于osm標(biāo)準(zhǔn)的分析把全部炮次的波形用OSM標(biāo)準(zhǔn)分析,超標(biāo)準(zhǔn)的炮次見(jiàn)表3。4.3振動(dòng)波形分析比較兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分析結(jié)果可以看出:凡是超我國(guó)《爆破安全規(guī)程》的炮次統(tǒng)統(tǒng)超過(guò)美國(guó)的OSM標(biāo)準(zhǔn),但是,超過(guò)OSM標(biāo)準(zhǔn)的不見(jiàn)得就超《爆破安全規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn),例如第21炮。圖2是第21炮的爆破振動(dòng)波形,圖3是用美國(guó)OSM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)第21炮的振動(dòng)波形分析結(jié)果。在用OSM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)第21炮分析后得到垂直向量波形中有8個(gè)峰值超標(biāo)準(zhǔn),而其中有4個(gè)的峰值在5cm/s以下;徑向方向上的振動(dòng)波形中有一個(gè)峰值為5.79cm/s(39.4Hz),它超過(guò)OSM標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)峰值也是超我國(guó)《爆破安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)的;在切線方向有一個(gè)峰值振速只有2.54cm/s(頻率14.2Hz),卻超出了OSM標(biāo)準(zhǔn),然而這一量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于我國(guó)《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定。通過(guò)對(duì)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分析結(jié)果的比較,我們可以得到這樣一個(gè)結(jié)論:雖然這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的最高限幅都在5cm/s左右,但是OSM標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了爆破振動(dòng)頻率,從而限定了爆破振動(dòng)的振幅,這一做法要比我國(guó)目前執(zhí)行的《爆破安全規(guī)程》的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格一些。5爆破震動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)更科學(xué)通過(guò)以爆破振動(dòng)速度和頻率為標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控爆破施工的實(shí)踐,我們有如下的體會(huì)和認(rèn)識(shí):(1)爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響除了爆破地震波振幅以外,振動(dòng)的頻率及持續(xù)時(shí)間都是不可忽略的因素。建構(gòu)筑物的自振頻率通常比較低,爆破地震波的頻率愈接近于建構(gòu)筑物的自振頻率時(shí),爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響就愈大,因此在爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)中把低頻成分的幅值限定得小一些更合理、更科學(xué)。我國(guó)《爆破安全規(guī)程》關(guān)于建筑物爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度不得超過(guò)的峰值量,它既沒(méi)有考慮爆破地震頻率的影響,也沒(méi)有明確指出在具體執(zhí)行中應(yīng)該控制哪個(gè)向量的振動(dòng)速度,因此,它作為每一個(gè)爆破工作者在爆破施工中應(yīng)該遵循的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)就顯得十分粗糙。(2)美國(guó)的OSM標(biāo)準(zhǔn)把爆破震動(dòng)的幅值和頻率結(jié)合起來(lái)考慮,通過(guò)對(duì)爆破地震波波形的分析可以清楚地知道,在一個(gè)爆破地震波形中有多少個(gè)峰值,它們所對(duì)應(yīng)的頻率為多少,是否超過(guò)安全震動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),這樣就可以很方便地結(jié)合爆破現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況以及建筑物的固有頻率等因素對(duì)爆破震動(dòng)安全進(jìn)行較準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)。相對(duì)于我國(guó)的《爆破安全規(guī)程》中震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)的單一參數(shù)法而言,美國(guó)的OSM標(biāo)準(zhǔn)有其可取之處。目前,中國(guó)工程爆破協(xié)會(huì)正在組織人員對(duì)我國(guó)的《爆破安全規(guī)程》中有關(guān)震動(dòng)安全判據(jù)進(jìn)行修改。在關(guān)于