核电站基岩爆破开挖损伤区研究

第38卷第2期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.38 No.2 2019地下洞室爆破开挖诱发围岩损伤特性及P P V阈值研究杨建华，吴泽南，姚池，蒋水华(南昌大学建筑工程学院，南昌330031)主商要：地下洞室爆破开挖产生的围岩损伤主要由爆破荷载和地应力重分布共同作用引起。

针对圆形隧洞全断面毫秒延迟爆破开挖过程，采用LS-D Y N A有限元数值模拟研究了不同地应力水平下爆破开挖诱发围岩损伤的机理及爆破损伤P P V阈值变化规律。

研究表明:地应力对爆破荷载产生的张拉损伤起抑制作用，高地应力条件下，爆破荷载产生的岩体损伤仅限于围岩表层，地应力重分布引起的岩体压剪破坏是围岩中大范围损伤区形成的主要原因;爆破过程中开挖面上地应力瞬态释放所产生的附加动应力也是影响围岩损伤的重要因素，相比于准静态卸荷，地应力瞬态卸荷产生的围岩损伤范围更大;随着地应力水平的提高，岩体爆破损伤的P P V阈值呈先增大后减小的变化趋势，地下洞室爆破安全振动控制标准应考虑地应力状态的影响。

关键词：地下洞室;爆破;地应力;岩体损伤;P P V阈值中图分类号：TD235.1 文献标志码： A DO I:10. k i.jM.2019.02.020 Characteristics and PPV thresholds of rock damages under underground bltisting excavationYANGJianhua, WUZenan, YAOChi, JIANGShuihua(School of Civil Engineering and Architecture，Nanchang University，Nanchang 330031，China)Abstract! W h en u n d e r g r o u n d o p e n in g s a r e e x c a v a te d w it li th e d r ill a n d b la s t m e tlio d，t h e r o c k d a m a g e s u r r o u n d in go p e n in g s is in d u c e d m a in ly b y t h e c o m b in e d e ffe c ts o f b la s t lo a d in g a n d in s it u s tr e s s r e d is tr ib u tio n.F o r a c ir c u la r tu n n e le x c a v a te d w it h t h ef u ll-fa ce m illise c o n d d e la y b la s ting m e tiio d，a n u m e r ic a l m o d e l w a s e sta b lish e d t o in v e s tig a te t h em e c h a n ism o f r o c k d a m a g e u n d e r d iffe r e n t s tr e s s levels.T h e P P V th r e s h o ld s fo r t h e in iti stu d ie d.T h e n u m e r ic a l s tu d ie s w e r e p e r fo r m e d b y u sin g th e fin ite e le m e n t s o ft w a r e L S-DYNA.T h e r e s u lts s h o w t h a t t h ete n sile fa ilu r e o f r o c k c a u se d b y b la st lo a d in g is su p p r e s s e d b y in s it u stre sse s.W h en t h e in s it u s tr e s s r e a c h e s a h ig h e r level，t h e b la st-in d u c e d d a m a g e is d is tr ib u te d o n ly in th e im m e d ia te v ic in ity o f tu n n e l w a lls.T h e s tr e s s r e d is tr ib u tio n c a nc a u se a w ide r d a m a g e z o n e o n th e tu n n e l p r o file in a c o m p re ssio n-sh e a r m o d e.T h e a d d itio n a l d y n a m ic s tr e s s t h a t a r is e sfr o m t h e tr a n s ie n t s tr e s s r e le a se o n b la st-c re a te d e x c a v a tio n s u r fa c e s is a n o t!ie r im p o r ta n t fa c to r a ffe c tin g t h e b e h a v io r o fr o c k d a m a g e s.C o m p a r e d w it h th e q u a si-sta tic s t r e s s re d is tr ib u tio n，t h e tr a n s ie n t s tr e s s r e le a se g e n e r a te s a la r g e r d a m a g e zo n e.W ith t h e in c r e a s e o f th e in s it u s tr e s s levels，t h e P P V th resh o ld s fo r t h e in itia tio nth e n d e c re a se.T h e re fo re，u n d e r u n d e r g r o u n d b la s tin g e x c a v a tio n，th e in flu e n c e o f in s it u s tr e s s o n b la st d a m a g e s h o u ld b ec o n side r e d in th e s a fe ty c o n tr o l s ta n d a r d s of b la sting v ib r a tio n s.Key w ords：u n d e r g r o u n d o p e n in g；b la stin g; in s it u stre ss; r o c k d am a g e; p e a k p a r tic le v e lo c ity随着我国西南地区水电建设的进一步深入以及矿 藏资源开采量的日益增加，地下洞室开挖越来越多且 不断走向深部岩体。

爆破开采诱发周边岩体损伤破裂的数值模拟研究潘鹏飞;孙厚广;韩忠和;冯春;郭汝坤;李世海【摘要】基于连续-非连续单元方法( CDEM)中的朗道点火爆炸模型及拉剪复合应变软化模型,探讨了爆破开采与炮孔周边岩体损伤破裂程度的对应关系。

通过量纲分析,确定了爆破诱发岩体损伤破裂的主要影响因素；通过应变软化的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,详细探讨了不同黏聚力及抗拉强度下,炮孔周边岩体的损伤因子随爆破距离的变化规律。

数值计算结果表明：炮孔附近以压剪破坏为主,岩体处于完全损伤状态,出现具有一定半径的密集破碎带；在远离炮孔的区域,以张拉破坏为主,出现若干条贯通性的张拉裂缝；损伤因子随爆破距离的增加呈指数型衰减,并拟合获得了损伤因子与无量纲爆破距离、无量纲黏聚力及无量纲抗拉强度间的函数关系；强损伤区(损伤因子大于0．9的区域)的临界半径一般在2．5~5．5 m,仅受黏聚力控制；弱损伤区(损伤因子小于0．1的区域)的临界半径一般大于8 m,受黏聚力及抗拉强度的联合控制。

%Based on Landau firing blasting model and strain softening shear tensile composite constitutive model in Con-tinuum-discontinuum Element Method( CDEM) ,the relationship between blasting mining and damage fracture degree of rock mass surrounding the bore hole is discussed. According to dimensional analysis,the major influence factors related to the dam-age and fracture process of rock mass under blasting load are determined. By adopting Mohr-Coulomb model and maximal ten-sile stress model considering strain softening effect,the relationship between damage factors of rock mass and blasting distance under different cohesion and tensile strength is studied. Numerical results show that,a dense fracture zone withcompressive shear failure appears near the bore hole,and the rock mass in this zone is totally damaged. In the area far from the hole,the major failure pattern is tensile failure,and some straight tensile fractures appear in this area. With the increase of blasting dis-tance,the damage factor decreases gradually with decaying exponential pattern,and the fitting function between damage factor and dimensionless blasting distance,dimensionless cohesion and dimensionless tensile strength is obtained. The critical radius of strong damage region(the area damage factor greater than 0. 9) varies about from 2. 5 m to 5. 5 m,only controlled by cohe-sion. The critical radius of weak damage region(the area damage factor less than 0. 1) is generally greater than 8 m,and con-trolled by cohesion and tensile strength.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】7页(P1-7)【关键词】爆破开采;岩体;数值模拟;渐进破坏;损伤因子【作者】潘鹏飞;孙厚广;韩忠和;冯春;郭汝坤;李世海【作者单位】鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司，辽宁鞍山114000;鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司，辽宁鞍山114000;鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司，辽宁鞍山114000;中国科学院力学研究所，北京100190; 流固耦合系统力学重点实验室，北京100190;中国科学院力学研究所，北京100190; 流固耦合系统力学重点实验室，北京100190;中国科学院力学研究所，北京100190; 流固耦合系统力学重点实验室，北京100190【正文语种】中文【中图分类】TD231.1炸药起爆后，爆区内的岩体在爆炸应力波及爆生气体的双重作用下发生损伤破裂，进而解体为具有一定块度分布的爆堆；爆区外一定距离的岩体也在强烈的地冲击作用下，出现一定程度的损伤破裂；爆区外更远距离的岩体，由于所受到的爆炸应力波幅值小于岩体的动态强度，因此仅发生弹性变形。

硬岩隧洞围岩的爆破破裂范围研究ZHANG Kui【摘要】针对硬岩爆破开挖工程,基于岩石爆破损伤理论和应力波理论,得到与纵波波速相关的硬岩破裂判据,给出了工程中确定爆破破裂范围的方法.在硬岩隧洞开挖后的横断面布置垂直断面轮廓线的声波孔,利用超声波仪器在声波孔内开展纵波波速测试,由测试得到声波孔内各测点的纵波波速,当爆破后的纵波波速相对爆破前的数值下降超过15％时,可判断该部位处于爆破破裂区内,从而得到洞壁的爆破破裂深度.研究结果表明,隧道围岩的爆破破裂深度为0.6～1.0m,大约为隧洞横断面半径的9.4％～15.7％.爆破破裂范围不大,在安全允许范围内.【期刊名称】《湖南理工学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(032)002【总页数】6页(P61-66)【关键词】岩石力学;损伤;爆破;钻孔声波波速试验;破裂【作者】ZHANG Kui【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TU45;TD2350 引言岩石爆破开挖工程是利用炸药爆炸产生的高强度冲击作用破坏岩石.爆炸作用除了破碎设计开挖的岩石外,还会不可避免地对爆炸近区周边保留围岩产生压缩、破裂作用和对远离爆区的围岩产生振动失稳作用.对于软岩隧洞,由于软岩的破坏与变形主要表现为弹塑性,爆破开挖后软岩隧洞周边的破坏区主要为塑性区.对于硬岩隧洞,由于硬岩的破坏与变形主要表现为弹脆性,因此,爆破开挖后硬岩隧洞周边主要形成破裂区(或者松动圈).在上世纪很长一段时间内,由于对围岩自稳性作用的认识不够深刻,爆破工程界通常只关注远离爆破区域的爆破振动效应,即爆破开挖工程安全生产评估主要考虑爆破振动效应.进入本世纪以来,随着对安全生产重视的增加,工程界对保留围岩的自稳性的认识和重视也不断增加,人们逐渐认识到：相比远离爆区围岩的稳定性,爆炸近区围岩的稳定性在安全生产评估中的地位更高,尤其是在硬岩开挖工程中.因为在硬岩隧洞周边的爆破破裂区内,围岩被宏观裂纹切割,围岩的稳定性由裂纹张开程度和切割程度决定,这会导致硬岩开挖工程容易出现冒顶和片帮等由破裂引起的危险现象.合理评估硬岩爆破破裂影响范围有助于科学地评价围岩的自稳性,从而为支护设计提供参考,节约围岩支护成本.因此,目前硬岩爆破破裂范围研究是岩石爆破工程领域研究的热点之一.爆破属于高应变率动态作用问题,受技术水平限制,通常岩石内部破裂裂纹的发展很难被直接观察和追踪,爆破破裂问题不能采用常规室内试验方法进行研究.目前研究岩石爆破破裂范围的主要方法为现场试验和数值模拟.研究的理论基础主要是弹塑性力学、弹性断裂力学、弹性弹塑性损伤和应力波理论等[1～5].现场试验主要是钻孔声波波速试验,该试验不是通过直接观察裂纹来确定破裂影响区,而是利用与破裂密切相关的声学特性间接确定破裂区,因为岩石破裂后的声波波速相对破裂前会下降.钻孔声波波速试验需要在现场对爆破开挖前后的岩体钻孔,利用超声波仪器在孔内测定各测点的纵波波速.对比同一测点在爆破前后的波速,当爆破后的数值相比爆破前的数值减小超过10%～15%[6～7]时,可判定测点处于破裂区或者受爆破破裂影响.通过测定破裂区边缘(破裂区和未破裂区交界)的测点,可以估计爆破破裂范围.岩石爆破破裂范围的数值模拟研究主要指应用弹塑性本构模型、弹性断裂力学本构模型和弹塑性损伤本构模型等进行爆破数值模拟[8～13].数值计算方法主要为有限元法和有限差分法.这些数值计算模型判断岩石破裂的参数分别为拉应力、应力强度因子和损伤变量.如果数值单元的拉应力超过抗拉强度、应力强度因子超过断裂韧性和损伤变量超过临界损伤值(0.19～0.50[6～15])时,就可以判断单元处于破裂带内,从而得到整个破裂区.由于损伤力学对岩石变形与破坏的解释比弹塑性理论和断裂力学理论都更合理,且损伤力学可以通过损伤变量的变化判定研究对象如何破裂失效等,因此,爆破损伤理论广泛应用于爆破数值模拟和指导现场试验.常用的爆破数值模型,包括弹塑性模型、断裂力学模型和损伤模型,通常是均质和各向同性的[6],而爆破开挖的对象实际上为岩体,岩体一般是非均质性的和各向异性的,其力学性质比各向同性和均质的岩石材料复杂,这会导致数值试验结果和现场实测结果有一定差距,且这种差距会随现场条件复杂性的增加而增大[7].此外,数值模拟结果也需要通过现场试验进行验证.因此,对于实际工程,通过现场试验确定破裂范围是很有必要的.例如,熊海华[16]等、夏祥[17]等和李鸿[18]等均利用现场钻孔声波试验确定实际工程的爆破破裂范围.本文针对实际硬岩隧洞爆破开挖工程,以损伤力学理论和应力波理论为指导,利用超声波仪器在现场隧洞横断面上进行钻孔声波波速试验,通过试验测定爆破前后声波波速的变化,从而确定隧道断面围岩的爆破破裂深度,为实际工程评估爆破开挖安全稳定性等提供参考.1 硬岩爆破破裂的损伤理论及工程应用1.1 基于爆破损伤理论的破裂判据现有爆破损伤理论模型适用于研究硬岩的力学性质,它们着眼于细观单元[8～15],假设在爆破动荷载作用下细观单元的损伤演化由单元中激活的裂纹数量决定.损伤变量定义的一般形式为[6～15]：其中D 为单元损伤变量,属于标量,0≤D≤1；Cd为爆破动力作用激活的裂纹密度；fD(Cd)为以裂纹密度为自变量的损伤函数.激活的裂纹密度的一般表达式为[7]：其中εij为应变张量分量；为以应变率张量分量ij和应变张量分量εij为自变量的裂纹密度函数.对于硬岩,通常假设为弹脆性材料,根据损伤力学则假设为弹性损伤材料.如果假设硬岩细观单元发生破坏的概率大小等于损伤变量D,那么单元发生破坏的概率随着激活裂纹密度 Cd的增大而增加,最终趋于1.因此,随着动力持续作用,硬岩单元逐渐产生弹性损伤,发生弹脆性破坏的概率也不断增大.爆破损伤模型通常假设损伤变量影响硬岩的弹性参数,对于弹性参数,有下列关系式成立：图1 刚度参数和损伤变量之间的关系其中K′、G′和E′分别为爆破损伤作用前岩石的体积模量、剪切模量和弹性模量；K、G和E 分别为损伤岩石的体积模量、剪切模量和弹性模量；μ′和μ 为分别为爆破损伤作用前岩石的泊松比和损伤岩石的泊松比.由于泊松比对爆破损伤计算结果的影响不大,通常假设损伤不影响泊松比[12],因此,有式(6)成立.由式(3)～(5)可知,损伤不断增加将降低岩石的刚度.损伤对岩石刚度参数的影响如图1所示.从图1 可以直观地看出,损伤岩石的体积模量、剪切模量和弹性模量随损伤变量线性递减.根据细观损伤力学,在动力作用下,细观单元的裂纹密度不断增加,从而引起损伤变量也不断增加.当裂纹密度增长到一定程度时,损伤累积也达到一定程度时,单元产生宏观断裂破坏.对于产生宏观破裂的岩石单元,其损伤变量满足其中Df是临界损伤变量值,即岩石单元刚好产生破裂的损伤值.如图1所示,D=Df 与刚度参数和损伤变量的直线相交于点B,AB 段表示损伤累积但尚未产生宏观断裂,BC 段表示损伤累积导致宏观断裂破坏.现有研究表明[6～7],Df=0.1～0.5.岩石脆性越显著,Df越小.1.2 损伤变量和纵波波速变化之间的关系式(1)和式(2)表明,岩石爆破损伤与应变率相关,属于动态损伤问题.由于爆破破裂区应变率很高,Df需要通过高应变率动态加载试验获取,而这种试验属于非常规试验,比较难实现,因此,工程应用中通常根据应力波理论和损伤力学之间的联系得到Df[7].根据一维弹性纵波理论,岩石单元的纵波波速和弹性模量之间的关系可以采用下式近似表示[19]：其中c和c′分别为动态损伤岩石的纵波波速和损伤作用前岩石的纵波波速.ρ和ρ′分别为动态损伤岩石的密度和损伤作用前岩石的密度.相对软岩,硬岩在爆破动力作用过程中的变形不大,可以假设硬岩破裂变形属于小变形,因此可以进一步假设硬岩爆破损伤前后岩石的密度变化不大,即联立式(8)和式(9),有根据式(5)和式(10),损伤变量和纵波波速之间的关系为相对爆破前,爆破后岩石的力学性质会发生劣化,表现为纵波波速下降.当爆破前后岩石纵波波速下降率达到临界值时,可以判断岩石处于破裂状态[6,2,19].根据式(11),破裂岩石的损伤变量临界值可表示为[7]：其中 cf为临界纵波波速,即损伤变量达到临界值Df的单元的纵波波速.1.3 工程应用对于实际工程,根据《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(DL/T5389-2007),当爆破前后岩石纵波波速下降率达到15%时,可以判断岩石受爆破破裂影响或者处于破裂状态.此时,根据式(12),破裂区岩石的损伤变量和纵波波速满足下列关系式[7]：式(14)为工程中钻孔声波波速试验判断岩石破裂的依据.在实际工程现场利用钻孔声波波速试验确定爆破破裂范围时,若同一测点的纵波波速满足式(14),则判定该测点位于破裂区内.2 现场试验2.1 现场试验概况(1)爆破参数和场地条件爆破场地的岩石为灰色～深灰色、致密状石灰岩,弱风化～未风化,质地坚硬,显脆性.岩石密度为2530～2755kg/m3,单轴静抗压强度为60～150 MPa,弹性模量为18～60 GPa,纵波波速为2500～5000m/s.岩体完整程度描述为较完整～较破碎.隧洞开挖半径为6.35m,采用微差分段起爆方式,典型的钻爆设计图如图2所示.典型的钻爆参数见表1.炸药为2#岩石乳化炸药,炸药密度为1200～1300kg/m3.图2 典型的钻孔布置设计图(单位：m)表1 典型的钻爆参数表孔名孔直径/mm 孔长/m 孔数药卷直径/mm 单孔药量/kg 单段起爆药量/kg掏槽孔 50 3.5 7 35 2.6 5.6 崩落孔 50 3.3 116 35 2.4 50.4 周边孔 50 3.3 51 25 0.6 30.6图2 中,编号1～11 表示起爆顺序,数值越大,越先起爆.每个数字代表一个雷管起爆段别,对应一个单段起爆药量.其中,1和2 表示起爆掏槽孔,3～10 表示起爆崩落孔,11 表示起爆周边孔.(2)钻孔声波波速试验爆破前,在隧洞掌子面附近布置声波孔,近似作为测量爆前波速的声波孔.爆破进尺后,在新形成的隧洞壁面布置声波孔.声波孔均垂直开挖轮廓面开凿,孔的深度h=5.0m,直径为0.056 m.声波孔布置示意图如图3所示.横断面上一共布置9个声波孔,声波孔编号为1#～9#.超声波波速测试系统主要由超声波仪、换能器(包括1个发生器和2个接收器)和电缆线等组成.测量纵波波速时,将换能器插入孔内,并用黄油或者水作耦合剂.当超声波仪发射纵波信号时,从孔底往孔口方向拖动换能器,每间隔0.2 m 采集1 次数据.超声波仪器联接示意图如图4所示.在每个声波孔中做3 次试验,取3 次试验结果的均值作为最终的试验结果.对于爆破前的纵波波速试验,找出所有没有受到破裂影响的测点,选取这些测点的纵波波速的均值近似作为爆破前围岩的纵波波速c′.当测量得到爆破后岩石中纵波波速c的变化,由式(14)确定爆破破裂点,测得孔内的破裂深度 hf.图3 声波孔布置示意图(单位：m)图4 声波仪器联接示意图2.2 试验结果及分析典型的纵波波速与孔深之间的关系曲线如图5所示.根据图5 可以确定声波孔中的爆破破裂深度hf.典型横断面上的爆破破裂区如图6所示.从图6 可看出,隧洞周边围岩形成了一定深度的破裂区.由各声波孔测得的典型爆破破裂深度见表2.从表2 可看出,隧洞围岩的爆破破裂深度为0.6～1.0 m,大约为开挖半径6.35 m的9.4～15.7%.对于实际开挖工程,爆破破裂深度不大,不超过开挖半径的50%,在安全允许范围内.由于爆破破裂区的形成主要由钻爆参数决定,因此,隧洞爆破开挖的钻爆参数设计是合理的.图5 典型的纵波波速与孔深之间的关系曲线图6 典型横断面上的爆破破裂区表2 典型横断面上围岩的爆破破裂深度声波孔编号测得的爆破破裂深度fh /m 1 0.7 2 0.6 3 0.84 0.95 1.06 1.07 0.98 0.89 1.03 结论以爆破损伤理论和应力波理论为指导,得到与纵波波速相关的破裂判据,结合工程实际开展了钻孔声波波速试验,通过试验测定硬岩隧洞围岩爆破前后的纵波波速,并根据判据确定隧洞围岩爆破破裂深度.通过试验研究,得出结论为：爆破开挖后,隧洞周边围岩形成了一定深度的破裂区；爆破破裂深度为0.6～1.0m,约为开挖半径的9.4～15.7%,不超过开挖半径的50%,在安全允许范围内.因此,隧洞开挖的钻爆参数设计合理,爆破开挖在安全控制范围内.参考文献【相关文献】[1]刘农,张闯,范琨,等.断裂力学在爆破中远区裂纹扩展范围中计算[J].四川材,2017,43(7)：83～85[2]左双英,肖明,续建科,等.隧道爆破开挖围岩动力损伤效应数值模拟[J].岩土力学,2011,32(10)：3171～3176[3]杨建华,卢文波,胡英国,等.隧洞开挖重复爆炸荷载作用下围岩累积损伤特性[J].岩土力学,2014,35(2)：511～518[4]林大能,罗艾民,胡伟.条形装药爆破成腔半径的弹塑性估算[J].岩土工程学报,2003,25(1)：84～86[5]夏祥,石永强,李海波,等.岩体单孔及群孔齐发爆破爆炸荷载数值分析[J].岩石力学与工程学报,2007,26(S1)：3390～3396[6]胡英国,卢文波,陈明,等.岩石爆破损伤模型的比选与改进[J].岩土力学,2012,33(11)：3278～3284[7]陈俊桦,张家生,李新平.考虑岩体完整程度的岩石爆破损伤模型及应用[J].岩土工程学报,2016,38(5)：857～866[8]Grady D E,Kipp M E.Continuum Modeling of Explosive Fracture in OilShale[J].International Journal of Rock Mechanics &Mining Science &Geomechanics Abstracts,1980,17(3)：147～157[9]Taylor L M,Chen E P,Kuszmaul J S.Microcrack-induced damage accumulation in brittle rock under dynamic loading[J].Computer Methods in Applied Mechanics 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阳江核电站环廊及底板保护层爆破施工技术探讨摘要：本文结合阳江核电3&4号机组负挖工程施工实践，详细介绍了核岛环廊及底板保护层爆破施工过程中所采用的爆破技术，分享了成功经验，以期与同行交流探讨，共同提高核岛负挖工程爆破作业施工水平。

关键字：核岛环廊底板保护层爆破技术1.工程概况1.1地理位置及地质条件阳江核电厂站一期工程3&4号负挖工程施工区域位于广东省阳东县东平镇阳江核电站主厂区内。

核岛区现有场平标高为+8.0mPRD，场地微风化基岩直接出露、无覆盖层。

核岛地基由微风化熔结凝灰岩、微风化流纹岩和微风化花岗岩组成，核岛将放置于由这三类岩体构成的地基上，核岛地基为岩石地基。

1.2开挖要求3、4#机组核岛环廊外径为20.75m、内径为15.35m，则廊道宽为5.4m；环廊内圆侧深为3.15m，外圆侧深为3.23m。

环廊开挖两侧壁要求：不允许欠挖，超挖小于15㎝；底板要求：欠挖小于5㎝，超挖小于10㎝。

开挖过程必须保证核岛环廊边壁及底板基岩的完整性。

2.环廊爆破技术核岛环廊深3.23m，宽5.4m，由于该部位施工精度要求高，对核岛环廊的超欠挖控制非常严格，因此必须对该部位进行垂直预裂爆破和沟槽爆破，以保护沟槽边坡岩石的完整性。

我公司在总结以往负挖施工经验基础上，决定选择环型廊道缺口处作为第一次掏槽爆破的起爆点详见图2-1。

图2-1廊道开口方法为保证核岛环廊边壁基岩的完整性，核岛环廊沟槽爆破拟采用提前预裂方式，将预裂孔首先单独爆破，为保证环廊轮廓的完整，预裂爆破拟从-10.15m标高开始钻孔。

预裂完成后再进行主爆孔的掏槽和台阶爆破施工。

主体钻孔机械采用孔径为φ76mm的液压钻，钻孔深度为3.55m，钻孔超深暂定为40cm，炸药采用药卷直径为Φ32mm的2＃岩石乳化炸药爆破，装药结构采用连续装药结构；根据现场实际情况及周围环境，结合前期我公司施工的类似工程的施工经验，拟采用如下爆破试验参数，该参数将随爆区地形、地质及岩性等变化情况并根据爆破试验总结的爆破参数值及时调整。

隧洞爆破开挖围岩损伤阈值研究爆破是铁路、水利、公路隧道及矿井巷道开挖的主要方法。

在爆破开挖过程中,除部分爆破荷载破岩外,还有部分荷载会对隧洞或巷道围岩造成一定范围的损伤。

本文以台山核电站取水隧洞爆破掘进工程为实例,通过现场爆破振动试验及监测、现场声波试验,结合大型动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对爆破开挖过程进行模拟。

提出以爆破震动速度表征的台山核电站取水隧洞爆破掘进围岩损伤安全阈值。

通过对隧洞爆破开挖围岩损伤相关理论进行分析,结合现场得出:隧洞爆破开挖时,掘进面后方围岩损伤主要是爆破对围岩产生的初始损伤。

但在连续的爆破作用下,后方一定范围内的隧洞围岩会受到爆破地震波的累积损伤。

文章通过分析围岩损伤理论及爆破震动传播和衰减规律等充分论证了隧洞围岩累积损伤的危害性,提出了以爆破震动速度表征的控制方法。

通过LS-DYNA软件对隧洞爆破开挖进行了数值模拟。

通过对震动速度时程曲线和应力时程曲线进行分析,得出:震动速度和应力的传播是一个短时间内快速衰减的过程,距掘进面约20米的后方围岩处岩体损伤趋于定值时,振动速度为1.39cm/s时,计算出隧洞轮廓围岩损伤范围约为1.97m。

采用TC-4850测振仪进行现场爆破振动试验及监测。

对现场试验数据进行分析得出现场爆破振动衰减规律,给出了回归分析的水平方向和垂直方向的萨道夫斯基形式的经验公式。

监测得出围岩处岩体损伤趋于定值时距离掘进面20米时的爆破震动速度接近1.5cm/s。

采用RSM-SY5智能型声波仪进行现场声波试验,得到围岩损伤发展规律,得出:岩体损伤度的累积效应和爆破冲击荷载(本文用振动速度表征)的等级有关,荷载越大,累积效应越明显,而低于某一阈值的爆破荷载,可以忽略其对岩体损伤度的累积效应。

隧洞爆破次数达到20次时,一次进尺1米,也就是爆心距接近20米时,损伤累积增量趋于零。

结合前面所得结论提出台山核电站取水隧洞爆破掘进围岩损伤安全阈值。

即:隧洞爆破开挖时,距离爆源20m处质点震动速度峰值不超过1.5cm/s。

ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０２０.０５.００９核电厂基础开挖爆破振动监测与数据分析❋顾㊀云㊀孙㊀飞㊀李广洲㊀唐㊀毅核工业南京建设集团有限公司(江苏南京ꎬ２１１１０２)[摘㊀要]㊀结合福建漳州核电厂一期工程场地平整土石方工程施工实例ꎬ为取得厂区岩体爆破施工时的振动能量分布ꎬ优化核电站二期工程爆破技术方案设计ꎬ对爆破振动数据进行采集ꎬ应用小波变换方法对具有短时非平稳特点的爆破振动信号进行了特征分析ꎮ基于小波变换的时￣频特性和分层分解分析对比可知ꎬ爆破振动持续时间在不同方向上存在差异ꎬ且振动持续时间表现出与频率的反相关关系ꎻ振动信号的频率分布在不同振动方向上也呈现差异性ꎻ由于地形及岩性的因素作用ꎬ核电厂区爆破振动的能量分布主要集中在１０~５０Ｈｚ范围内ꎮ[关键词]㊀爆破振动信号ꎻ小波变换方法ꎻ短时非平稳ꎻ相对能量分布ꎻ爆破参数[分类号]㊀ＴＤ２３５ＢｌａｓｔｉｎｇＶｉｂｒａｔｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＤａｔａＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＥｘｃａｖａｔｉｏｎＧＵＹｕｎꎬＳＵＮＦｅｉꎬＬＩＧｕａｎｇｚｈｏｕꎬＴＡＮＧＹｉＮｕｃｌｅａｒＩｎｄｕｓｔｒｙＮａｎｊｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏ.ꎬＬｔｄ.(ＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇꎬ２１１１０２) [ＡＢＳＴＲＡＣＴ]㊀Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｉｔｅｌｅｖｅｌｉｎｇｅａｒｔｈｗｏｒｋｆｏｒｔｈｅｆｉｒｓｔ￣ｓｔａｇｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＺｈａｎｇｚｈｏｕＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＰｌａｎｔｉｎＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｅｓｅｃｏｎｄ￣ｓｔａｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆｔｈｅｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔꎬｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｃｋｍａｓｓｉｎｔｈｅｐｌａｎｔａｒｅａｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｄａｔａ.Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｗｉｔｈｓｈｏｒｔ￣ｔｅｒｍｎｏｎ￣ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｉｍｅ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｌａｙｅｒｅｄｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍꎬｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｖａｒｉｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｒｅｃ￣ｔｉｏｎｓꎬａｎｄｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｉｎｖｅｒｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ.Ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇ￣ｎａｌａｌｓｏｄｉｆｆｅｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ.Ｄｕｅｔｏｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｏｐｏｇｒａｐｈｙａｎｄｌｉｔｈｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｍａｉｎｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ１０￣５０Ｈｚ.[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌꎻｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｍｅｔｈｏｄꎻｓｈｏｒｔ￣ｔｅｒｍｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙꎻｒｅｌａｔｉｖｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕ￣ｔｉｏｎꎻｂｌａｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ引言随着国民经济的高速发展ꎬ我国的核电建设事业加快了发展的步伐ꎮ核电站建设规模大㊁机组多ꎬ只能进行多机组分期建设装配ꎮ而后期机组建设时ꎬ必须保证已建机组安全稳定地运行ꎬ尤其要考虑爆破施工对其产生的振动影响[１￣４]ꎮ因此ꎬ对后期建设爆破施工的振动信号进行严密监测和多方位分析至关重要ꎮ传统变换方法(如傅里叶变换)是建立在平稳随机过程基础上的ꎮ而爆破振动属于典型的短时非平稳随机过程ꎬ传统方法无法反映爆破振动信号的本质性特点ꎮ而小波变换方法为非平稳随机信号特征提取提供了可能[５￣１６]ꎮ在福建漳州核电厂一期施工中ꎬ针对爆破振动信号的特征ꎬ利用小波变换的多分辨分解和分层重构信号与原始信号之间的基本关系ꎬ分析了爆破能量分布的特征ꎬ取得了爆破振动信号能量分布的规律ꎮ以期为核电厂二期工程爆破技术方案的设计与第４９卷㊀第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４９㊀Ｎｏ.５㊀２０２０年１０月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｏｃｔ.２０２０❋收稿日期:２０１９￣１２￣１１第一作者:顾云(１９８６－)ꎬ男ꎬ本科ꎬ工程师(采矿工程)ꎬ研究方向为爆炸作用机理研究及其应用ꎮＥ￣ｍａｉｌ:２５２９３６２２１＠ｑｑ.ｃｏｍ通信作者:孙飞(１９８９－)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师(采矿工程)ꎬ研究方向为爆炸作用机理研究及其应用ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１３２６６６２８８０＠ｑｑ.ｃｏｍ优化提供参考ꎮ１㊀工程概况福建漳州核电厂项目规划建设６台ＡＰ１０００核电机组(Ⅰ＃㊁Ⅱ＃机组为华龙一号)ꎬ总装机容量约７５０万ｋＷꎮ其中ꎬ一期工程建设４台机组ꎬ装机容量５００万ｋＷꎮ厂址区上部地层为第四系ꎬ包括残积层(含残坡积层)㊁冲洪积层㊁海积层和人工堆积层等ꎮ其下为中生代形成的岩石ꎬ主要分布有早白垩纪形成的中细粒黑云母二长花岗岩和中细粒正长花岗岩㊁早侏罗纪形成的中细粒花岗闪长岩和石英二长岩ꎻ岩脉主要为辉绿岩ꎬ局部见有花岗细晶岩㊁花岗伟晶岩及石英岩脉ꎮ岩性以中硬岩㊁硬岩为主ꎬ对地震波的衰减作用不如软岩或黏土介质ꎮ一期工程施工区域以Ⅴ＃㊁Ⅵ＃机组及其厂区西侧为界ꎬ功能设施为Ⅴ＃㊁Ⅵ＃机组主生产区和厂前区ꎮ开挖后场平标高１３.５ｍꎬ土方６０.３２万ｍ３ꎬ石方５８７.８３万ｍ３ꎬ回填方３５７.３３万ｍ３ꎻ挖沟槽土方６４８ｍ３ꎬ石方１５１３ｍ３ꎬ边坡预裂面积３９６００ｍ２ꎮ平面图如图１所示ꎮ图１中ꎬ施工坡道采用半挖半填的方式修筑ꎬ路面宽１０ｍꎬ道路内侧设排水沟ꎬ外侧设置块石挡墙ꎻ施工道路主坡道纵坡为原有㊀图１㊀施工平面布置示意图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｌａｙｏｕｔ县道拓宽ꎬ纵坡约６％ꎻ其余各支路纵坡不大于１０％ꎮ２㊀爆破振动测试设计和数据采集２.１㊀测点布设及爆破参数爆破区域位于施工区ꎬ高程为４４.０ｍ(孔口)ꎮ爆破振动监测点设置在相邻两个村庄以及近处的水坝闸门处ꎬ相对位置布置见表１ꎮ表１㊀测点布设相对位置信息Ｔａｂ.１㊀Ｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓ测点高程/ｍ与爆区相对高差/ｍ距爆区距离/ｍ相对位置水坝闸门监测点Ａ４.０４０.０３１７爆破区域北偏东６９ʎ南山村监测点Ｂ３.８４０.２５４４爆破区域北偏西４４ʎ人家村监测点Ｃ２.９４１.１７７０爆破区域北偏东８ʎ㊀㊀选取三标段爆破实例ꎬ爆破技术参数见表２ꎮ２.２㊀仪器选择及参数设置土石方振动监测与试验测点多㊁分布散ꎬ为了有效采集爆破振动信号ꎬ测试仪器选用ＴＣ￣４８５０爆破测振仪及配套的国产８９１￣ＩＩ型速度/加速度传感器ꎮ每一测点测试３个分量ꎬ即１个垂直分量和２个水平分量ꎮ设置仪器时ꎬＸ轴沿南北向ꎬＹ轴沿东西向ꎬＺ轴为垂直向ꎮ仪器的技术参数为:频率５~５００Ｈｚꎬ量程<３５ｃｍꎬ分辨率０.０１ｃｍ/ｓꎬ读数精度０.１％ꎬ设置采样率８ｋＨｚꎬ触发阈值０.０５０８ｃｍ/ｓꎮ结果见表３㊁表４ꎮ３㊀信号处理与分析采用小波分解的方法对信号进行分析处理ꎮ小表２㊀爆破参数Ｔａｂ.２㊀Ｂｌａｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ孔距/ｍ排距/ｍ孔径/ｍｍ孔数孔深/ｍ孔药量/ｋｇ总药量/ｋｇ爆破类型５.５３.２１１５４７１３.０８５３９８４深孔㊁找平爆破孔底标高/ｍ填塞长度/ｍ抵抗线/ｍ炸药种类抛掷方向最大段药量/ｋｇ雷管段别/ｍｓ单耗/(ｋｇ ｍ－３)３１.０２.５２.２乳化９０北１７０.０３ꎬ５~１３ꎬ１５０.３７~０.４０ ８４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４９卷第５期表３㊀峰值测量结果Ｔａｂ.３㊀Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｅａｋｖａｌｕｅｃｍ/ｓ测点Ｚ向Ｙ向Ｘ向Ａ０.２８００.３８８０.１６０Ｂ０.２０９０.１３６０.１８１Ｃ０.１０５０.１６３０.１３１表４㊀主频测量结果Ｔａｂ.４㊀ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙＨｚ测点Ｚ向Ｙ向Ｘ向Ａ２１.１１３.７２０.７Ｂ１９.０１１.５１２.１Ｃ２４.５１２.８１４.４波变换是信号时￣频分析领域中较为成熟的一种方法ꎬ其不同于传统的傅里叶变换ꎬ不仅可以得到信号的频率分布信息ꎬ同时也能定位信号的时间分布ꎮ也不同于ＤＦＦＴ方法ꎬ小波变换具有可变的频率窗ꎬ其窗口大小恒定但形状可以改变ꎮ在对频率分辨率需求较大的低频部分ꎬ小波变换具有较高的频率分辨率ꎻ而在对时间分辨率要求较高的高频部分ꎬ小波变换具有较高的时间分辨率ꎮ因此ꎬ小波变换方法的这些特性决定了其十分适合用于处理爆破振动信号这类的非平稳随机过程ꎮ３.１㊀信号的分解与重构信号经过小波变换处理后ꎬ得到按指数等间隔分布的频带ꎬ其分解过程是将原始信号分解为高频部分ｄ１和低频部分ａ１ꎻ多层小波分解的过程为将得到的低频成分继续分解为高频部分ｄ２和低频部分ａ２ꎬ循环往复ꎬ直至达到设定的分解层数ꎬ见图２ꎮ㊀㊀㊀图２㊀小波变换处理信号流程Ｆｉｇ.２㊀Ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｌｏｗ㊀㊀选取与起爆点距离最近的Ａ测点的振动信号进行分析ꎬ对所监测信号的南北向(Ｘ轴)分量ꎬ即垂直振动信号ｓ(Ｔ)进行小波分解ꎬ综合考量对称性㊁紧支性㊁正交性和消失矩几项性能[９]ꎮ采用爆炸振动信号分析领域运用较成熟的 ｄｂ８ 小波基ꎬ分析选择分解尺度ｊ＝７ꎮｓ(Ｔ)＝ａ７＋ｄ７＋ｄ６＋ｄ５＋ｄ４＋ｄ３＋ｄ２＋ｄ１ꎮ(１)分解结果如图３所示ꎮ得到重构信号(图４)ꎬ并计算得出重构信号与原始信号的相对误差(图５)ꎮ由图５可以看出ꎬ相对误差在１０－１２左右ꎬ完全满足工程计算的要求ꎮ㊀㊀(ａ)ｄ７㊀㊀(ｂ)ｄ６㊀㊀(ｃ)ｄ５㊀㊀(ｄ)ｄ４㊀㊀(ｅ)ｄ３㊀㊀(ｆ)ｄ２㊀㊀(ｇ)ｄ１㊀㊀(ｈ)ａ７图３㊀Ａ测点振动信号的小波分解Ｆｉｇ.３㊀ＷａｖｅｌｅｔｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓａｔＰｏｉｎｔＡ９４２０２０年１０月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀核电厂基础开挖爆破振动监测与数据分析㊀顾㊀云ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)Ｚ轴振动信号㊀㊀(ｂ)重构信号图４㊀原始信号与重构信号Ｆｉｇ.４㊀ＯｒｉｇｉｎａｌｓｉｇｎａｌａｎｄＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｓｉｇｎａｌ㊀㊀图５㊀重构信号与原始信号的相对误差Ｆｉｇ.５㊀Ｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｓｉｇｎａｌａｎｄｏｒｉｇｉｎａｌｓｉｇｎａｌ㊀㊀本次爆破监测采样频率为８０００Ｈｚꎬ依据奈奎斯特采样定理ꎬ其奈奎斯特频率为４０００Ｈｚꎮ根据小波分析原理及爆破振动信号特征ꎬ分解频带宽度为４０００/２７＝３１.２５Ｈｚꎮ对分解得到的各个分量进行频谱分析ꎬ如图６ꎮ㊀㊀由图６分析可以看出ꎬ振动信号分布的频率范围较宽ꎬ但其主要分布在ａ７和ｄ７所在的０~３１.２５Ｈｚ频带以及３１.２５~６２.５０Ｈｚ频带ꎮ设信号分解到第ｊ层的部分能量为Ｅｊꎬ则有Ｅｊ＝ʃ＋ɕ－ɕ｜ｓｊ(Ｔ)｜２ｄｔ＝ðｎｉ＝１Ｘ２ｉꎬｊꎮ(２)式中:Ｘｉꎬｊ为重构信号离散点的幅值ꎮ设信号总能量㊀㊀(ａ)ｄ７㊀㊀(ｂ)ｄ６㊀㊀(ｃ)ｄ５㊀㊀(ｄ)ｄ４㊀㊀(ｅ)ｄ３㊀㊀(ｆ)ｄ２㊀㊀(ｇ)ｄ１㊀㊀(ｈ)ａ７图６㊀各分量的频谱分析Ｆｉｇ.６㊀Ｓｐｅｃｔｒａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔ为Ｅ０ꎬ则有各频带的相对能量分布为:Ｃｊ＝ＥｊＥ０ˑ１００％ꎮ(３)图７为信号能量频带分布情况ꎮ㊀㊀图７(ａ)中可以具体地看出ꎬＸ轴信号在１＃(０~３１.２５Ｈｚ)频带上的能量占总能量的７０％以上ꎬ２＃(３１.２５~６２.５０Ｈｚ)频带的能量约占总能量的２０％ꎬ０５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４９卷第５期㊀㊀(ａ)南北向(Ｘ轴)㊀㊀(ｂ)东西向(Ｙ轴)㊀㊀(ｃ)铅垂方向(Ｚ轴)图７㊀信号能量频带分布Ｆｉｇ.７㊀Ｅｎｅｒｇｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｉｇｎａｌｓ６２.５０Ｈｚ以上的频带能量总和占比不足１０％ꎮ对于Ｙ轴信号ꎬ１＃(０~３１.２５Ｈｚ)频带能量占比约为６８％ꎬ２＃(３１.２５~６２.５０Ｈｚ)频带的能量占比约为３０％ꎬ６２.５０Ｈｚ以上频带总能量占比小于３％ꎮ对于Ｚ轴信号ꎬ１＃(０~３１.２５Ｈｚ)频带能量占比约为８７％ꎬ２＃(３１.２５~６２.５０Ｈｚ)频带的能量占比约为９％ꎬ６２.５０Ｈｚ以上频带总能量占比小于５％ꎮ从能量集中程度来看ꎬ铅垂方向的振动能量集中程度最高ꎬ其次为南北向ꎮ３.２㊀时频特性分布进一步分析ꎬ将小波变换的结果绘制在时频域上ꎬ得到其能量时频分布情况ꎬ如图８所示ꎮ由时频分布图可以看出:㊀㊀１)南北向(Ｘ轴)信号的频率中心为２２Ｈｚ左右ꎬ其他频带上也有能量ꎬ但份额极少ꎻ㊀㊀(ａ)南北向(Ｘ轴)㊀㊀(ｂ)东西向(Ｙ轴)㊀㊀(ｃ)铅垂方向(Ｚ轴)图８㊀振动信号时频谱Ｆｉｇ.８㊀Ｔｉｍｅ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓ㊀㊀２)东西向(Ｙ轴)信号分别在１３㊁２２Ｈｚ和３０Ｈｚ处出现了３个幅值较大的频率中心ꎻ㊀㊀３)铅垂方向(Ｚ轴)信号的主要能量分布在１３Ｈｚ左右ꎬ同时在１５~４０Ｈｚ范围内也有分布ꎻ４)持续时间与频率反相关ꎬ即低频分量到达时间早㊁衰减慢ꎬ高频分量到达时间晚㊁衰减快ꎻ５)南北向(Ｘ轴)振动持续时间最短ꎬ０.６ｓ以后几乎衰减殆尽ꎬ东西向(Ｙ轴)和铅垂方向(Ｚ轴)振动持续时间都在１.０ｓ左右ꎮ将时频谱对时间做积分ꎬ得到小波功率谱密度ꎬ更精确直观地反映能量在频率轴上的全局分布情况ꎬ如图９所示ꎮ㊀㊀由图９中数据可以精确定位振动能量所在的频率ꎬ在国家标准ＧＢ６７２２ ２０１４«爆破安全规程»中规定了不同频段中相应类别建筑物的安全允许振１５２０２０年１０月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀核电厂基础开挖爆破振动监测与数据分析㊀顾㊀云ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)南北向(Ｘ轴)㊀㊀(ｂ)东西向(Ｙ轴)㊀㊀(ｃ)铅垂方向(Ｚ轴)图９㊀小波功率谱密度Ｆｉｇ.９㊀Ｗａｖｅｌｅｔｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙ速ꎮ通过信号分析得到的结论来看ꎬ选取安全允许振速阈值时应参照１０~５０Ｈｚ对应的数值ꎬ在二期施工时ꎬ应考虑到一期机组正在运行ꎬ其安全允许振速为０.６~０.７ｃｍ/ｓ(１０~５０Ｈｚ)ꎮ４　结论１)本次爆破监测振动持续时间在不同振动方向上存在差异ꎮ南北向(Ｘ轴)振动持续时间最短ꎬ东西向(Ｙ轴)和铅垂方向(Ｚ轴)振动持续时间较长ꎬ都在１.０ｓ左右ꎮ且振动持续时间表现出与频率的反相关关系ꎬ低频分量到达时间早㊁衰减慢ꎬ高频分量到达时间晚㊁衰减快ꎮ２)振动信号的频率分布在不同振动方向上也呈现差异性ꎮ南北向(Ｘ轴)振动频率成分相对单一㊁分布较为集中ꎬ东西向(Ｙ轴)振动频率成分相对复杂ꎬ出现了多个子频率中心ꎮ３)由于地形及岩性的因素作用ꎬ核电厂区的爆破振动的能量分布主要集中在１０~５０Ｈｚ的范围内ꎬ在后期建设二期机组时应当考虑到一期机组的最大安全允许振速ꎮ参考文献[１]㊀鞠逸ꎬ邵光强ꎬ王平春.ＣＡＰ１４００核电工程主厂房负挖爆破振动监测与安全分析[Ｊ].工业建筑ꎬ２０１５ꎬ４５(增刊):２８８￣２９１.ＪＵＹꎬＳＨＡＯＧＱꎬＷＡＮＧＰＣ.ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｎＣＡＰ１４００ｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ[Ｊ].ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ２０１５ꎬ４５(Ｓｕｐｐｌ.):２８８￣２９１.[２]㊀郭涛ꎬ谢全民ꎬ刘强ꎬ等.运行核电设施在爆破振动激励下新安全标准探讨[Ｊ].振动与冲击ꎬ２０１５ꎬ３４(２):２０￣２４.ＧＵＯＴꎬＸＩＥＱＭꎬＬＩＵＱꎬｅｔａｌ.Ｎｅｗｓａｆｅｔｙｓｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒｒｕｎｎｉｎｇｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｕｎｄｅｒｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋꎬ２０１５ꎬ３４(２):２０￣２４.[３]㊀陶刘群ꎬ于亚伦.爆破振动安全判据三大核心问题研究[Ｊ].金属矿山ꎬ２０１２(１０):１２７￣１２９.ＴＡＯＬＱꎬＹＵＹＬ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｒｅｅｋｅｙｉｓｓｕｅｓｏｎｓａｆｅｔｙｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＭｅｔａｌＭｉｎｅꎬ２０１２(１０):１２７￣１２９.[４]㊀谢全民ꎬ龙源ꎬ钟明寿ꎬ等.小波与分形组合分析技术在爆破振动信号分析中的应用[Ｊ].振动与冲击ꎬ２０１１ꎬ３０(１２):１２０￣１２４ꎬ１６９.ＸＩＥＱＭꎬＬＯＮＧＹꎬＺＨＯＮＧＭＳꎬｅｔａｌ.Ｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｗａｖｅｌｅｔａｎｄｆｒａｃｔａｌｐｏｒｔｆｏｌｉｏａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋꎬ２０１１ꎬ３０(１２):１２０￣１２４ꎬ１６９.[５]㊀罗忆ꎬ卢文波ꎬ陈明ꎬ等.爆破振动安全判据研究综述[Ｊ].爆破ꎬ２０１０ꎬ２７(１):１４￣２２.ＬＵＯＹꎬＬＵＷＢꎬＣＨＥＮＭꎬｅｔａｌ.Ｖｉｅｗｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓａｆｅｔｙｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｂｌａｓｔｉｎｇꎬ２０１０ꎬ２７(１):１４￣２２.[６]㊀傅倬ꎬ方向ꎬ郭涛ꎬ等.田湾核电二期深孔台阶爆破振动监测与分析[Ｊ].工程爆破ꎬ２００８ꎬ１４(３):７４￣７６ꎬ５６.ＦＵＺꎬＦＡＮＧＸꎬＧＵＯＴꎬｅｔａｌ.Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｂｅｎｃｈｌｏｎｇｈｏｌｅｂｌａｓｔｉｎｇｉｎｐｈａｓｅｔｗｏｃｏｎ￣ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＴｉａｎｗａｎｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｅｎｇｉｎｅｅ￣ｒｉｎｇＢｌａｓｔｉｎｇꎬ２００８ꎬ１４(３):７４￣７６ꎬ５６.[７]㊀温尊礼ꎬ韩文红ꎬ徐全军.核电设施附近基坑开挖爆破２５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４９卷第５期振动控制方法初探[Ｊ].工程爆破ꎬ２００７ꎬ１３(３):８２￣８４ꎬ８１.ＷＥＮＺＬꎬＨＡＮＷＨꎬＸＵＱＪ.Ｒｏｕｇｈｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｏｍｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｎｅａｒｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢｌａｓｔｉｎｇꎬ２００７ꎬ１３(３):８２￣８４ꎬ８１.[８]㊀中国生.基于小波变换爆破振动分析的应用基础研究[Ｄ].长沙:中南大学ꎬ２００６.[９]㊀史秀志ꎬ薛剑光ꎬ陈寿如.爆破振动信号双线性变换的二次型时频分析[Ｊ].振动与冲击ꎬ２００８ꎬ２７(１２):１３１￣１３４.[１０]㊀王林台ꎬ高文学ꎬ张发财ꎬ等.爆破地震作用下建筑物振动响应研究[Ｊ].兵工学报ꎬ２０１８ꎬ３９(增刊):１２１￣１３４.ＷＡＮＧＬＴꎬＧＡＯＷＸꎬＺＨＡＮＧＦＣꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｈｉｇｈ￣ｒｉｓｅｂｕｌｉｄｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｍｏｄｅｌｓｉｍｐｌｉｆｉｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＡｃｔａＡｒｍａｍｅｎｔａｒｉｉꎬ２０１８ꎬ３９(Ｓｕｐｐｌ.):１２１￣１３４.[１１]㊀陈作彬ꎬ李兴华ꎬ范磊ꎬ等.基于小波包变换的爆破地震反应谱分析[Ｊ].爆破器材ꎬ２０１８ꎬ４７(５):５９￣６４.ＣＨＥＮＺＢꎬＬＩＸＨꎬＦＡＮＬꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒｕｍｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍ[Ｊ].ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１８ꎬ４７(５):５９￣６４. [１２]㊀张胜ꎬ王智德ꎬ黎永索ꎬ等.基于模式自适应连续小波能量谱的爆破振动信号特征分析[Ｊ].爆破ꎬ２０１９ꎬ３６(２):１０５￣１１０ꎬ１２５.ＺＨＡＮＧＳꎬＷＡＮＧＺＤꎬＬＩＹＳꎬｅｔａｌ.Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｌａｓｔｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｂａｓｅｄｏｎｐａｔｔｅｒｎａｄａｐ￣ｔｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗａｖｅｌｅｔｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍ[Ｊ].Ｂｌａｓｔｉｎｇꎬ２０１９ꎬ３６(２):１０５￣１１０ꎬ１２５.[１３]㊀吴从师ꎬ徐荣文ꎬ张庆彬.自由面对爆破振动信号能量分布特征的影响[Ｊ].爆炸与冲击ꎬ２０１７ꎬ３７(６):９０７￣９１４.ＷＵＣＳꎬＸＵＲＷꎬＺＨＡＮＧＱＢ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｏｎｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｘｐｌｏｓｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋＷａｖｅｓꎬ２０１７ꎬ３７(６):９０７￣９１４.[１４]㊀龙坤ꎬ田益琳ꎬ周宝刚ꎬ等.研山铁矿爆破振动信号能量分布特征[Ｊ].现代矿业ꎬ２０１７(９):２２５￣２２８. [１５]㊀李振刚ꎬ方君涵.湖北某核电站爆破振动监测与分析[Ｊ].四川建材ꎬ２０１７ꎬ４３(９):７７￣７８.ＬＩＺＧꎬＦＡＮＧＪＨ.ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｉｎＨｕｂｅｉ[Ｊ].ＳｉｃｈｕａｎＢｕｌｉｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ４３(９):７７￣７８. [１６]㊀张云鹏ꎬ杨曦.基于小波包能量谱的多台阶地形爆破振动信号能量分布分析[Ｊ].矿业研究与开发ꎬ２０１７ꎬ３７(５):６９￣７３.ＺＨＡＮＧＹＰꎬＹＡＮＧＸ.Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕ￣ｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｉｎｍｕｌｔｉ￣ｂｅｎｃｈｔｅｒｒａｉｎｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍ[Ｊ].ＭｉｎｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｒｍｅｎｔꎬ２０１７ꎬ３７(５):６９￣７３.３５２０２０年１０月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀核电厂基础开挖爆破振动监测与数据分析㊀顾㊀云ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。