摘要：在深挖路堑施工过程中，硬质岩深路堑开挖过程中爆破施工是必不可少的，边坡的爆破振动控制一直是该工程的重点内容之一，岩质边坡爆破振动的高程放大效应是边坡上振动速度传播的一条重要规律。本文基于山东省某市一处高速公路的路堑施工，结合爆破工程的特性，利用监测的数据，探究高程放大效应在深路堑边坡的变化规律。
关键词：爆破振动；高程放大效应；鞭梢效应；深挖路堑
1、引言
在深路堑边坡开挖过程中，由于施工过程是由上而下，爆破区域与已形成的台阶之间必然存在一定的高程。为了减少爆破振动高程放大效应对已形成的台阶所受的影响，必须考虑爆破施工过程中对上部边坡产生的影响，以保证其稳定性。
目前针对爆破振动的高程放大效应，国内外许多专家学者采用理论分析、现场试验等方法对其进行了深入研究。唐海等的研究认为，地形造成高程放大效应具有一定的方向性，认为竖直方向相较于水平方向的放大效应其响应更为突出；郭学斌等通过大量的爆破振动测试试验工程数据进行分析总结，针对不同类型边坡坡面总结了相应的高程放大效应公式；谭文辉等利用爆破测试实验数据研究边坡高程影响，得到萨道夫斯基公式中K与α 会受到传播介质岩性的影响；裴来政认为边坡高程的放大作用，会受到边坡整体的完整性影响 [1]；本文以深路堑边坡开挖工程为对象，结合施工现场的地质状况，针对爆破振动对边坡的影响，通过现场爆破振动测试，获得了大量正高程差（即测点高于爆源位置）的数据，为优化现场爆破设计，为确保爆破地点两侧的边坡稳定提供依据。
2、高程放大效用
硬质岩边坡爆破振动的高程放大效应是研究边坡开挖上传播震动速度规律的主要内容之一。根据现有研究表明，一定条件下，硬质岩边坡爆破振动速度的高程放大效应是不容忽略的，而高程放大效应受爆破振动效应特性及地形地貌的影响。爆破振动荷载作用下，不同高程台阶的边坡坡面上的岩体结构的自振主频率处于爆破振动频带范围内，台阶部位岩体结构的振动响应会产生增大，甚至产生鞭梢效应，导致台阶整体振速局部放大[2]。在边坡坡形突然变化、坡度角过大时，边坡高台阶岩体的振速与低级台阶岩体的振动速度产生差异，台阶越高产生的振速高程放大效应越明显。坡形相近的条件下，台阶坡脚处的振动速度随高程的增加逐渐减小，不会出现振动速度高程放大效应。边坡爆破振动的高程放大效应在一定的条件下产生，主要与边坡坡度、边坡岩性、相邻台阶高差、地形地貌、爆破振动荷载特性等因素相关
3、爆破施工环境描述
本工程位于山东省某市某高速公路施工现场，因施工需要，在山体左右两侧分别开挖八级边坡的深路堑边坡。从现场来看，表层岩石为中等风化，整体性较差，节理和裂隙较发育，属中等坚硬的岩石，分布较规律；下部岩石微风化，整体性较好，节理和裂隙不发育，走向明显，呈竖向，属较坚硬岩石；坚固性系数上部在6~10之间，下部在8~14之间。南北两侧边坡的五级以上平台均已成型。此次测试共在南侧边坡进行四次爆破，每次爆破的高程、爆心距、药量等均不相同。测点布置在北侧边坡，整个平台自南向北长45m，与南侧第六级平台基本平齐，该平台较为平坦，但表面碎石较多，其下侧5级平台已经形成，形成了高为12米的临空面。
4、爆破振动监测方案
本次爆破振动监测共采用3台中科TC-4850爆破测振仪，在北侧边坡六级边坡布置三个测点，为便于比较，四次测试中，三个测点位置不变。测点从南至北呈直线布置，七级边坡下一个，平台中间一个，六级边坡顶部一个，各测点相距12米左右。爆区位于南侧边坡五级平台上下，共检测数据4次，获得12组数据。因为六级平台较高，测点高程均高于爆区高程，经过统计按高差将数据分为4组。从总药量上来看，第一组总药量与第二组几乎相同，均为5000Kg左右；第三组药量较少，为1680Kg；第四组药量为4080Kg。从爆心距来看，第一、二组的爆心距相似；第三组为290m；第四组距离最近，为240m。从高差上来看，第一组高差为0，第二组高差3.6m，第四组高差高达17.9m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆总体上来说因为爆破总药量，爆心距，爆区高差，地形等都会影响振动波形图的形状，监测所得各组数据可以进行比较，得出不同的结论。
5.振动分析
5.1波形描述
各测点分别测得4组数据，从波形图上来看，测点1测得波形分段均不明显，有三组数据在0.09s左右达到最大振速，振动的作用时间在0.6s左右，振速0.34~0.50cm/s，波形前期振幅大，频率快，后期慢慢振幅变小，振动频率变慢。半波频最低为12.35HZ，最高为74.07HZ，基本在12.35HZ~34.48HZ之间。测点2波形分段也不明显，均在0.1s内达到最大振速，最大为2.16cm/s，振动作用时间为0.6s左右，波峰不密集，波峰数量相对于测点一较少，振幅平缓。振动半波频在17.78HZ~33.06HZ之间。测点3分段不明显，到达最大振速的时间均大于0.1s，最大达到了0.18s，最大振速比起前两组偏大，振动作用时间0.5s左右，振动半波频在15.5HZ~34.78HZ之间。
5.2数据对比
首先对同测点不同组的监测数据进行对比。第一组与第二组，高差为3.6m，在爆心距相似，总药量相同的条件下，第一组XYZ方向上的最大振速均高于第二组，也可以发现第四组最高振速最大，而第四组高差高达17.9m。可以明显看出在爆心距相似的情况下，高差是影响爆破振动速度的因素之一，高差越大各方向最高振动速度越高，边坡振动速度明显受高程放大效应的影响。
对同组不同测点的监测数据进行对比。可以看出在XZ方向上，距离边坡越近最高振速越大；在Y方向上，中间值大于后边值，但也大体符合上述规律。通过分析测点3的监测数据可以看出，由于测点3距离临空面较近，其数值受到了鞭梢效用的影响。
由于爆破振动并非直接传至右侧六级边坡，而是经过一个凹型的地形传至右侧边坡。其产生的放大效应的放大系数有待考虑。
对不同爆心距各测点的监测数据进行对比。分析得出同一组测点的爆心距越大，测得最大振动速度越小。从当地地质情况来看，其岩石的硬度大，但裂隙较多且竖向发育，加之能量的迅速衰减，这样较远的测点地形受地震波的影响越小，测得的爆破振动速度就越小。
经过对各监测数据的对比，总体上来说，爆破振动速度随着爆心距的增加呈衰减趋势，但在爆心距相同的情况下，高差是影响爆破振动速度的因素之一。且高差测点的振动速度要明显高于低高差测点的振动速度。当然因为变量无法控制，波形和振动速度受高程放大效应影响的放大系数还有待进一步探究。而在同一台阶内测点因为内外布置的不同以及受鞭梢效应的影响，其波形和振动速度也会有一定的改变，同时地形地质的特点也对波形和振动速度产生了不可忽略的影响。
6、结论与建议
监测数据证明，在深路堑边坡开挖中，高平台在低平台的爆破施工中确实会受到高程放大效应以及鞭梢效应的影响且不可忽视。如果不加以控制，一定程度上会对高边坡的原有结构造成损害，造成施工中的不安全因素。由于施工的方法不同，在深路堑边坡开挖施工中，会在施工现场整体形成凹型的地形，会对爆破的振动速度传播产生削弱作用，一定程度上保护了对面的边坡。
本工程中，两侧边坡平台高差大，单次起爆药量大，从振速来看，最高振速达2.16cm/s，质点振动速度小于对“永久性岩石高边坡的安全允许质点振动速度：5～9cm/s”的安全允许标准，爆破产生的质点振动速度在国家规定的允许振速范围内。但随着施工进度的进行当开挖五级以下边坡时，由于高平台的爆心距的缩小以及高差的增大，导致了高程放大效应和鞭梢效应会作用的更加明显。建议对高平台下边坡采取必要的防护措施并预防落石的产生。
参考文献：
[1]张伟康，谢永生，吴顺川等.矿山边坡爆破振动高程放大效应研究.[J].金属矿山，2015，44（3)：68-71.
[2]陈明，卢文波，李鹏等.质边坡爆破振动速度的高程放大效应研究[J].岩石力学与工程学报 ，2011，30（11)：2189-2195.
论文作者:苏凯凯,孙宇,马伍珍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：高程论文; 高差论文; 效应论文; 速度论文; 数据论文; 药量论文; 波形论文; 《基层建设》2019年第1期论文;