摘要：爆破有害效应对建筑物的破坏，主要是通过爆破振动产生的力效应和应变效应作用造成的。为研究工程爆破中爆破振动有害效应的产生，减少爆破振动有害效应对周围建筑物和重要设备设施的影响和破坏，结合爆破振动产生的原因、爆破振动特征。从爆破振动的作用机理原理出发，针对爆破振动有害效应的预防和控制方法进行了研究和探讨，提出了减少爆破振动破坏作用的有效措施和方法。
关键词：爆破振动；有害效应；预防；控制
引言
在工程爆破施工中，单个药卷爆炸后，在以药卷为中心的一定范围内，岩石的破坏特征随距离药卷中心距离的不同而发生明显的变化。根据研究表明，工程爆破中能量的有效利用率仅仅至占炸药总能量的10%～15%。也就是说炸药产生的能量仅有一小部分是做了有用功，大部分能量都转化为对药包周围介质的过度粉碎及产生不利用于人类的有害效应。爆破产生的有害效应主要包括爆破振动效应、爆破飞石、爆破噪声、有害气体。其中爆破振动有害效应尤为突出，特别是城市浅埋隧道的爆破施工，对周围居民的影响尤其明显。因此，如何在达到工程目的情况下，采取一定的技术措施，科学地控制爆破振动有害效应，成为了隧道爆破工作者亟需攻克的难题。笔者将依据精细爆破的相关理念，对城市浅埋隧道爆破施工爆破振动有害效应进行分析，并提出有效的控制措施。
1爆破震动的产生机理
在岩土介质当中，炸药爆炸是一个化学反应，其机理非常复杂，另外还会涉及很多物理计算。首先，爆炸的过程中，会产生较大的冲击力，冲击荷载会在岩土介质当中形成压缩波，这种压缩波进行传播的过程中会导致液体介质出现一定的塑性形变，最终出现破坏，在爆炸周边产生一个空腔。通过分析发现空腔形成的过程中主要是爆炸产生的压缩波，在向外传播的过程中对液体介质产生挤压造成的，这种压缩波在爆炸载荷之间有正相关性。在爆炸的过程中如果在空腔半径之内释放的能量越大那么会导致该非弹性形变区半径也越大，所以非弹性区大小主要是爆炸能量产生的，也就是其半径大小最终是由爆炸地震波的强度所决定的。
2爆破振动的特征
1）爆破振动持续时间短。爆破振动由于受爆破器材的延期起爆控制，爆破释放能量时间较短，造成形成的波阵短，与天然地震相比，爆破振动时间几十毫秒或最多几百毫秒，振动时间都是毫秒级别的，而天然地震都是几十秒甚至几分钟持续时间较长。
2）爆破振动频率较高。爆破振动的频率基本在5～500Hz。而天然地震的频率为0.5～5.0Hz，天然地震的频率较低，天然地震的振动频率与一般民用建筑物的固有频率4～12Hz接近，容易引起建筑共振破坏，破坏力比爆破振动强。
3）爆破振动频率受爆破规模和爆破类别影响较大。爆破规模越大，一次爆破炸药量越大，造成的爆破振动就越接近天然地震，其破坏效果就越大。其次爆破振动频率还受爆破类别的影响，不同的爆破形式造成的爆破振动效果不同，浅孔爆破或隧道爆破其主振频率一般为40～100Hz或100Hz以上；深孔爆破的主振频率为10～60Hz；硐室爆破的主振频率一般小于20Hz；拆除爆破的主振频率一般在10～40Hz范围内，而且拆除后的建筑物倒塌坠落产生的振动频率与建筑物固有频率十分接近，因此容易造成周围建筑物破坏，应当给予重视，采取相应措施进行处理。
4）爆破振动主振频率的传播与介质有着密切关系。介质密实度越大，越坚硬其振动衰减就越少，传播就越远，相反在裂隙很大、岩石分化严重的区域内，其衰减就越厉害，因此可以根据此现象对爆破振动采取相应的控制措施。
除以上几点外，爆破振动还与炸药的类型、炸药量、药包形状、自由面数目、爆源远近、地质条件等有关，爆破振动影响因素较多且较为复杂，为了有效的控制爆破振动，需综合考虑其影响因素，采取有效措施进行预防控制。
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3爆破振动控制方法研究
3.1选择恰当的炸药种类
不同种类的炸药，其密度、爆热、爆速、做功能力和猛度等性能指标也不同。而炸药密度和爆速直接决定了该炸药波阻抗的大小。理论研究和工程经验表明，炸药的波阻抗越接近爆破介质的波阻抗，炸药爆炸后产生的振动强度越大；炸药的波阻抗大于爆破介质的波阻抗，振动强度也显著增大，反之，则显著减小。因此，在保证爆破效果的同时，尽量选择使用低爆速、低密度的炸药。这样可以显著降低爆破振动速度。
3.2隧道爆破施工超前地质预报措施
由于爆破区域地貌复杂多样，岩层产状变化较大，需要超前地质预报。
1）超前钻孔探测。在下一循环开始施工之前，在掌子面中心打一超前钻孔，深度为进尺的2～3倍，孔径可用40mm或更大一点的孔径。以探测掌子面里面的地质情况，包括岩石性质、是否有弱面和断层、是否有地下涌水洞穴等。以便下一循环施工采取必要的安全预防措施。
2）地质和支护状况观察。施工时尽量避开雨季，对洞口软弱围岩段采用喷射混凝土、钢筋网、钢架、管棚和锚杆联合支护，并辅以小导管等超前支护。在隧道爆破开挖后，由于围岩内力通过爆破破坏后，会重新形成新的应力分布，将引起开挖及支护面的不断变形。每次爆破后，应及时检查开挖面的变化状况，并观察岩石的节理走向、围岩硬度、是否有水及岩溶孔洞等一系列可能影响施工的因素，从而确定下一步的支护方法。喷锚支护后，由于受到上部围岩的压力，支护拱架和喷射砼表面可能会出现裂隙、局部剥落、产生变形等现象，应适时地对喷射面进行观察，保证隧道的安全施工。
3.3采用毫秒微差起爆技术降低爆破振动
微差爆破，又称毫秒爆破，是一种延期间隔为几毫秒到几十毫秒的延期爆破。由于前后相邻段炮孔爆破时间间隔极短，致使各炮孔爆破产生的能量场相互影响，既可以提高爆破效果，又可以减少爆破地震效应。毫秒微差爆破段数越多，能使前后起爆的炸药量产生的地震波主震不重叠，选使前后起爆的炸药量产生的地震波互相干扰，降振效果越明显。微差起爆的振动强度要比齐发爆破降低1/3～2/3。
3.4选择合理的延期时间间隔
毫秒爆破成功降振的关键在于选择合理的延期时间间隔。理论上，当相邻起爆炮孔的延期时间间隔取爆破地震波主振周期一半的奇数倍时，则会使相邻炮孔爆破地震波的波峰和波谷相遇，即反向叠加，达到干扰减振的目的；但当相邻起爆炮孔的延期时间间隔等于爆破地震波主振周期的整数倍时，会造成相邻炮孔爆破地震波正向叠加，从而增加了爆破振动强度。因此，确定合理的延期时间间隔是实现减振效果的关键。
研究表明：当相邻炮孔的延期时间间隔大于50ms时，基本可以避免爆破地震波出现叠加现象。在各分断面对前5段采用跳段使用，使延期间隔时间≥50ms，有效避免了爆破地震波的叠加。
结语
爆破施工的过程中由于爆破理论不成熟，周边环境复杂多变，无法有效地对爆破进行控制，没有采取合理的措施来降低爆破产生的危害，会造成周边产生一定的影响。在此过程中爆破震动强度过大，可能会导致周边爆破区域附近的构筑物出现一定的损坏。在实际工程当中这种现象较为普遍，而且形成的原因非常复杂，很容易产生民事纠纷。因此在后续进行爆破施工的过程中一定要加强计算分析爆破可能对周边环境产生的影响，与实际情况相结合，采取合理的措施对爆破影响周边的情况进行有效的控制。
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论文作者:黄浩
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/14
标签：炸药论文; 地震波论文; 效应论文; 频率论文; 有害论文; 介质论文; 隧道论文; 《基层建设》2019年第28期论文;