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)）的安全振動速度值，不考慮地震波的影響。實際上,爆破地震波的頻率特性是不可忽視的一個重要因素。某樓房附近用控制爆破方法開挖防浪護堤基槽、管線溝等,為了保證樓房的安全,爆破施工期間對樓房地面質(zhì)點振動進行了測量,以控制一次齊爆藥量。在對爆破地震波安全進行分析時,我們使用國家《爆破安全規(guī)程》GB6722-86中安全震動標準結(jié)合美國以頻率規(guī)定安全振速的OSM標準作為樓房安全的判據(jù)來監(jiān)控爆破施工規(guī)模。工程實踐證明,在評定建(構(gòu))筑物安全時,以頻率規(guī)定振動速度的方法優(yōu)于單一的參數(shù)法。2地面高精度整體振動振動兩棟新樓房呈“Г”字型建在由山丘爆破平整出來的場地上,基巖為致密、堅硬的火山角礫巖。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。樓房的自振頻率見表1。擬開挖的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。全部爆破振動數(shù)據(jù)使用美國的mini-seicⅡ小型數(shù)字式爆破地震儀進行采集。該儀器具有1個聲通道和3個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爆破振動的頻率我國在《爆破安全規(guī)程》(GB6722-86)中對建筑物地面質(zhì)點的安全振動速度規(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)雜的振動信號,它包含很多的頻率成分。不同頻率的振動對結(jié)構(gòu)或設(shè)備的影響很不相同,有時差別非常顯著,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,對建筑物的影響會更大。但是,我國的標準只考慮了爆破振動速度峰值的影響,而對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《爆破安全規(guī)程》建筑物安全振動標準的不足之處。美國露天礦務(wù)局(OfficeofSurfaceMining)的標準(即本文中所說的OSM標準),則是通過對一個爆破振動波形的各個峰值所對應(yīng)的頻率進行分析,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速度的限定范圍,在對爆破地震波的各個峰值的頻率分析計算后,把各個峰值按照頻率為橫坐標、峰值振速為縱坐標繪制在圖1中,假若所有點都在折線下,則表明該炮符合爆破安全振動標準。對于爆破地震波三個向量的限定是相同的,OSM標準具體的范圍界限如下:國家《爆破安全規(guī)程》(GB6722-86)中僅采用單一的質(zhì)點振速作為安全判據(jù),用它來評價樓房振動安全具有很大的局限性,因此我們與爆破施工單位約定,本次對樓房的爆破震動監(jiān)測以美國OSM標準的規(guī)定作為安全判據(jù),對爆破地震波形分析后,若質(zhì)點振速超出《爆破安全規(guī)程》(GB6722-86)以及OSM標準的規(guī)定,爆破施工單位必須對爆破設(shè)計方案進行修改。4爆破震動頻率s共監(jiān)測57炮,其中有5炮的振動速度幅值超過5cm/s,全部炮次的振動頻率在26～120Hz范圍內(nèi),遠遠大于樓房的自振頻率,爆破震動持續(xù)時間在100～1000ms之間,新建樓房在經(jīng)受57炮爆破震動后無損傷。4.1爆破安全導(dǎo)行性有5炮在垂直方向上的質(zhì)點振動速度超過5cm/s,最大質(zhì)點振動速度已達國家《爆破安全規(guī)程》標準的1.56倍;在徑向方向上只有第21炮地面的質(zhì)點振動速度為5.79cm/s,是國家標準的1.16倍;切向方向上的振動速度均小于國家標準。超《爆破安全規(guī)程》標準的炮次見表2。4.2基于osm標準的分析把全部炮次的波形用OSM標準分析,超標準的炮次見表3。4.3振動波形分析比較兩個標準的分析結(jié)果可以看出:凡是超我國《爆破安全規(guī)程》的炮次統(tǒng)統(tǒng)超過美國的OSM標準,但是,超過OSM標準的不見得就超《爆破安全規(guī)程》的標準,例如第21炮。圖2是第21炮的爆破振動波形,圖3是用美國OSM標準對第21炮的振動波形分析結(jié)果。在用OSM標準對第21炮分析后得到垂直向量波形中有8個峰值超標準,而其中有4個的峰值在5cm/s以下;徑向方向上的振動波形中有一個峰值為5.79cm/s(39.4Hz),它超過OSM標準,這個峰值也是超我國《爆破安全規(guī)程》標準的;在切線方向有一個峰值振速只有2.54cm/s(頻率14.2Hz),卻超出了OSM標準,然而這一量值遠遠小于我國《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定。通過對兩個標準分析結(jié)果的比較,我們可以得到這樣一個結(jié)論:雖然這兩個標準的最高限幅都在5cm/s左右,但是OSM標準結(jié)合了爆破振動頻率,從而限定了爆破振動的振幅,這一做法要比我國目前執(zhí)行的《爆破安全規(guī)程》的振動標準要嚴格一些。5爆破震動的標準更科學(xué)通過以爆破振動速度和頻率為標準監(jiān)控爆破施工的實踐,我們有如下的體會和認識:(1)爆破震動對建筑物的影響除了爆破地震波振幅以外,振動的頻率及持續(xù)時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,爆破震動對建筑物的影響就愈大,因此在爆破震動安全標準中把低頻成分的幅值限定得小一些更合理、更科學(xué)。我國《爆破安全規(guī)程》關(guān)于建筑物爆破震動安全標準只規(guī)定了地面質(zhì)點振動速度不得超過的峰值量,它既沒有考慮爆破地震頻率的影響,也沒有明確指出在具體執(zhí)行中應(yīng)該控制哪個向量的振動速度,因此,它作為每一個爆破工作者在爆破施工中應(yīng)該遵循的標準與法規(guī)就顯得十分粗糙。(2)美國的OSM標準把爆破震動的幅值和頻率結(jié)合起來考慮,通過對爆破地震波波形的分析可以清楚地知道,在一個爆破地震波形中有多少個峰值,它們所對應(yīng)的頻率為多少,是否超過安全震動標準,這樣就可以很方便地結(jié)合爆破現(xiàn)場的實際情況以及建筑物的固有頻率等因素對爆破震動安全進行較準確、客觀的評價。相對于我國的《爆破安全規(guī)程》中震動安全標準的單一參數(shù)法而言,美國的OSM標準有其可取之處。目前,中國工程爆破協(xié)會正在組織人員對我國的《爆破安全規(guī)程》中有關(guān)震動安全判據(jù)進行修改。在關(guān)于