爆破地震波频率特性的因素

爆破地震波频率特性的因素

《爆炸安全规则》gb772-86只规定了不同类型建筑（结构）的安全振动速度值，不考虑地震波的影响。实际上,爆破地震波的频率特性是不可忽视的一个重要因素。某楼房附近用控制爆破方法开挖防浪护堤基槽、管线沟等,为了保证楼房的安全,爆破施工期间对楼房地面质点振动进行了测量,以控制一次齐爆药量。在对爆破地震波安全进行分析时,我们使用国家《爆破安全规程》GB6722-86中安全震动标准结合美国以频率规定安全振速的OSM标准作为楼房安全的判据来监控爆破施工规模。工程实践证明,在评定建(构)筑物安全时,以频率规定振动速度的方法优于单一的参数法。2地面高精度整体振动振动两栋新楼房呈“Г”字型建在由山丘爆破平整出来的场地上,基岩为致密、坚硬的火山角砾岩。主楼高六层,框架结构,混凝土立柱截面50cm×50cm,底层面积1960m2。与办公楼相连的副楼是二层框架结构,底层面积1000m2。楼房的自振频率见表1。拟开挖的3条沟槽围绕着两幢楼房并行分布,沟槽宽度1.5～2.0m,深约1.5m,与楼房基础的最近距离为2.0m。使用7655钻机钻孔,孔径ϕ42mm,小部分地段使用ϕ80mm的潜孔钻。使用非电毫秒雷管分段起爆。全部爆破振动数据使用美国的mini-seicⅡ小型数字式爆破地震仪进行采集。该仪器具有1个声通道和3个互相垂直的地震通道,量程为0.03175～254mm/s,可调;选用采样率为1024point/s。3爆破振动的频率我国在《爆破安全规程》(GB6722-86)中对建筑物地面质点的安全振动速度规定如下:(a)土窑洞、土坯房、毛石房屋:1.0cm/s;(b)一般砖房、非抗震的大型砌筑物:2～3cm/s;(c)钢筋混凝土框架房屋:5cm/s;(d)水通隧道:10cm/s;(f)交通隧道:15cm/s。新建楼房为钢筋混凝土框架结构,因此该楼房受爆破振动的速度值应该控制在5cm/s以下。由于爆破地震波是一种复杂的振动信号,它包含很多的频率成分。不同频率的振动对结构或设备的影响很不相同,有时差别非常显著,特别是当爆破地震波的频率接近于建筑物的自振频率时,对建筑物的影响会更大。但是,我国的标准只考虑了爆破振动速度峰值的影响,而对爆破地震波的频率特性这一重要影响因素未作考虑,这是我国《爆破安全规程》建筑物安全振动标准的不足之处。美国露天矿务局(OfficeofSurfaceMining)的标准(即本文中所说的OSM标准),则是通过对一个爆破振动波形的各个峰值所对应的频率进行分析,规定了不同频率的峰值的限值,如图1所示。图中的折线就是在不同频率下振动速度的限定范围,在对爆破地震波的各个峰值的频率分析计算后,把各个峰值按照频率为横坐标、峰值振速为纵坐标绘制在图1中,假若所有点都在折线下,则表明该炮符合爆破安全振动标准。对于爆破地震波三个向量的限定是相同的,OSM标准具体的范围界限如下:国家《爆破安全规程》(GB6722-86)中仅采用单一的质点振速作为安全判据,用它来评价楼房振动安全具有很大的局限性,因此我们与爆破施工单位约定,本次对楼房的爆破震动监测以美国OSM标准的规定作为安全判据,对爆破地震波形分析后,若质点振速超出《爆破安全规程》(GB6722-86)以及OSM标准的规定,爆破施工单位必须对爆破设计方案进行修改。4爆破震动频率s共监测57炮,其中有5炮的振动速度幅值超过5cm/s,全部炮次的振动频率在26～120Hz范围内,远远大于楼房的自振频率,爆破震动持续时间在100～1000ms之间,新建楼房在经受57炮爆破震动后无损伤。4.1爆破安全导行性有5炮在垂直方向上的质点振动速度超过5cm/s,最大质点振动速度已达国家《爆破安全规程》标准的1.56倍;在径向方向上只有第21炮地面的质点振动速度为5.79cm/s,是国家标准的1.16倍;切向方向上的振动速度均小于国家标准。超《爆破安全规程》标准的炮次见表2。4.2基于osm标准的分析把全部炮次的波形用OSM标准分析,超标准的炮次见表3。4.3振动波形分析比较两个标准的分析结果可以看出:凡是超我国《爆破安全规程》的炮次统统超过美国的OSM标准,但是,超过OSM标准的不见得就超《爆破安全规程》的标准,例如第21炮。图2是第21炮的爆破振动波形,图3是用美国OSM标准对第21炮的振动波形分析结果。在用OSM标准对第21炮分析后得到垂直向量波形中有8个峰值超标准,而其中有4个的峰值在5cm/s以下;径向方向上的振动波形中有一个峰值为5.79cm/s(39.4Hz),它超过OSM标准,这个峰值也是超我国《爆破安全规程》标准的;在切线方向有一个峰值振速只有2.54cm/s(频率14.2Hz),却超出了OSM标准,然而这一量值远远小于我国《爆破安全规程》的规定。通过对两个标准分析结果的比较,我们可以得到这样一个结论:虽然这两个标准的最高限幅都在5cm/s左右,但是OSM标准结合了爆破振动频率,从而限定了爆破振动的振幅,这一做法要比我国目前执行的《爆破安全规程》的振动标准要严格一些。5爆破震动的标准更科学通过以爆破振动速度和频率为标准监控爆破施工的实践,我们有如下的体会和认识:(1)爆破震动对建筑物的影响除了爆破地震波振幅以外,振动的频率及持续时间都是不可忽略的因素。建构筑物的自振频率通常比较低,爆破地震波的频率愈接近于建构筑物的自振频率时,爆破震动对建筑物的影响就愈大,因此在爆破震动安全标准中把低频成分的幅值限定得小一些更合理、更科学。我国《爆破安全规程》关于建筑物爆破震动安全标准只规定了地面质点振动速度不得超过的峰值量,它既没有考虑爆破地震频率的影响,也没有明确指出在具体执行中应该控制哪个向量的振动速度,因此,它作为每一个爆破工作者在爆破施工中应该遵循的标准与法规就显得十分粗糙。(2)美国的OSM标准把爆破震动的幅值和频率结合起来考虑,通过对爆破地震波波形的分析可以清楚地知道,在一个爆破地震波形中有多少个峰值,它们所对应的频率为多少,是否超过安全震动标准,这样就可以很方便地结合爆破现场的实际情况以及建筑物的固有频率等因素对爆破震动安全进行较准确、客观的评价。相对于我国的《爆破安全规程》中震动安全标准的单一参数法而言,美国的OSM标准有其可取之处。目前,中国工程爆破协会正在组织人员对我国的《爆破安全规程》中有关震动安全判据进行修改。在关于