爆破测振技术有关问题
- 格式：pdf
- 大小：243.66 KB
- 文档页数：3
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net第26卷 第2期2009年6月爆 破 BLASTING Vol.26 No.2 Jun.2009
文章编号:
1001-487X(2009)02-0105-03
爆破测振技术有关问题的探讨林世雄(成都中科测控公司,成都610041)
摘 要: 根据长期对爆破测振仪的研制及爆破现场实测经验,深感爆破地震是“三大公害之首”(其次是噪声与粉尘),由扰民最后发展成“民扰”的现象屡见不鲜,因此,正确客观地进行爆破测振至关重要。通过对地振波传播特征的描述,说明爆破振动参量与安全判据的关系,对爆破测振有关工艺进行了探讨。关键词: 爆破测振; 安全判据; 低频传感器中图分类号: O384 文献标识码: D
收稿日期:2009-04-20
作者简介:林世雄(1948-),男;成都:成都中科测控公司总经理,高级工程师。
1 爆破地震波的传播特征与测试爆破产生的地震波是一个频域宽阔,成分复杂的振动波,它既沿地表又呈球形传播,加上作为传播媒介的大地具有自身的非均匀性与复杂性,所以想要简单准确地获得测试结果是很困难的[122]。爆破产生的地震波是一种弹性波,它包含在介质内部传播的体波和沿地面传播的面波,体波可分为纵波和横波。纵波也叫P波,其传播速度较快,平均传播速度大约是横波(也称剪切波或S波)的2倍以上。虽然纵波的传播速度较快、频率较高,但对于地面建筑的破坏力并不大,很容易被较疏松的土壤、沙石层和卵石层迅速衰减,当然如果碰上较大范围坚硬的岩石层其影响力也不可轻视。经验证明横波的传播速度虽然较慢,频率较低,但它沿地表以传播介质上下剪切的形式像水面波般地横向圆形扩散传播,其破坏力是非常明显的。因此在爆破测振中人们更关注的是横波即指向地心方向的上下振动波,所以,只测垂直方向的振动,而不管径向和水平方向的振动是片面的。垂向振动大于其它方向的振动只是一般规律,就像离爆源近的质点振动大于离爆源远的质点振动也只是一般规律一样。由于受地质条件复杂性的综合影响地震波来回反射与叠加的结果,时常会出现某一特定方向的振动特别明显的现象;另外离爆源近的测点由于土质松软或沟壑衰减测得的数据偏小,而另一端离爆源较远的测点因大地介质的坚硬均匀使得测到的数据反而更大,以上现象在现场实测中并不少见。因此日本矿业会爆破振动研究委员会指出:“原则上应同时测定互相垂直的三个分量,而不是只测其中一个方向。”美国矿业局也规定:“爆破振动的破坏判据应该是三个分量中最大的一个为准。”在这方面我国现有的《爆破安全规程》(GB6722—2003)对这一问题没有明确的解释和规定,国内在实施过程中往往是各行其是,只是在重要情况下测3向,要求不严时只测单向。我们的观点是:在有条件的情况下,应该以三矢量合成的方向与数据为准。为此中科测控公司研制出了TC24850型爆破测振仪和与之匹配的三维传感器,如图1所示。
图1 TC24850型爆破测振仪和与之匹配的三维传感器2 爆破振动参数与安全判据的关系《爆破安全规程》(GB6722—2003)对爆破振动© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
安全允许标准采用的是:“地面建筑物的爆破振动判据,采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率;水工隧道、交通隧道、矿山巷道、电站(厂)中心控制室设备、新浇大体积混凝土的爆破振动判据,采用保护对象所在地质点峰值振动速度。”尽管国内外都有专家倡导用加速度值或速度值作为安全判据,但是采用质点振动速度值与振动频率以及振动持续时间相结合来作为安全判据更好[324]。理由一:虽然加速度能直接反映地震波对建筑物的力学作用,但通过国内外大量的爆破试验测试资料分析,地震波的弥散性很大,尤其是加速度和位移。相对而言,地面质点的振动速度稳定性较好,而且,它使爆破振动烈度与自然地震烈度相互参照,速度传感器的标定与信号检测较容易,故采用振速作为安全判据较为合理。理由二:在实际测试中加速度传感器均为压电式,输出的是电荷量。故此现场需要信号调理与供电,价格也较昂贵。而速度传感器均为磁电式,直接输出电压量。现场无需供电,价格相对较低。所以从实际操作中来看采用振速作为安全判据较为方便。理由三:若采用单一的质点振动速度作为安全判据,并不科学合理;如一旦振动的频率与建(构)筑物的自振频率一致时很容易与其产生共振现象,由工程经验知就算此时振动速度未达到安全标准以上建(构)筑物也很容易发生破坏。显然振动的持续时间越长,振动的破坏也就越大。3 爆破振动测试测点布设爆破地震效应监测时,不可能在每一处建(构)筑物设置振动测点,而只能针对性的选取具有代表性的位置进行振动测试。因而,进行爆破振动测试,应遵循以下原则:1)选取离爆区最近的建(构)筑物处布置振动测点;2)选取居民争议最大处布置振动测点;3)在较为重要的建(构)筑物处布置振动测点;4)在年久失修抗震能力较弱的建(构)筑物处布置振动测点。案例一:2005年6月8日,陕西龙门钢铁集团公司大西沟矿业公司在大西沟铁矿东部矿体进行的千吨级土层剥离硐室大爆破中,中科测控公司的工程技术人员用多台TC23850爆破测振仪准确记录了本次大爆破引起周边环境的振动速度与频率,从而为新的爆破设计与环保工作提供了宝贵的数据。爆振实测中共布设了3条测线各5个点。测点的爆心距最小140.774m,最大471.313m;测值均有垂直向的,也有径向和切向的。案例二:2009年3月中科测控工程检测技术人员在云南丽江观音岩水电站左岸EL.1090m混凝土生产系统EL.110m以上边坡监测,采用了中科测控公司研制的4台TC24850测振仪和4台TC23850测振仪在现场一共布置了14个测点,测点分布如图2所示。
图2 丽江某水电站左岸爆破边坡测点分布图4 传感器的选择和安装爆破地振波的主振频率为2～200Hz,其中80%的能量分布在低频段,100Hz以上的能量基本可以忽略。且随着爆破规模越大其主振频率就越低,越接近天然地震(其主振频率一般在0.5～5
Hz)。传感器是反应被测信号的关键设备,作为一次仪表处于测振系统的最前端所以低频传感器对整个测试的准确性至关重要!国内目前采用的主要是振动速度传感器,选择的要素主要是:①灵敏度要与被测信号的强弱,以及二次仪表的量程相匹配,一般为28V/(m・s
-1);②频率响应要与测点的地质结
构与二次仪表的采样速率相匹配,一般为5～300
Hz;③从传感器的幅频特性曲线图上选择线性关系好,保证使用范围恰是它的平直段;④要求传感器整体轻小、坚固、稳定、可靠、易安装。建议在工程爆破监测现场尽量使用三维一体传感器。为了能正确反映所测信号,除了传感器本身的性能指标满足一定要求外,传感器的安装、定位也是极为重要的。为了可靠地得到爆破地震波或结构动力响应的记录,传感器必须与被测点的表面牢固地结合在一起,否则在爆破振动时往往会导致传感器松动、滑落,使得信号完全失真。在工程测试中主要采用以下方法固定传感器:
1)若测点表面为坚硬岩石或混凝土可以采用
601爆 破 2009年6月© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
环氧砂浆、环氧树脂胶、石膏或其它强度粘合剂固定;2)可在浇筑混凝土墩子时,先预埋固定螺栓,然后再用压板将传感器底板与预埋螺栓紧固相连;3)如被测表面为土质时,可先将表面覆土夯实,将传感器直接埋入夯实土中,用木锤将传感器与土体敲紧使二者紧密接触。传感器安装时,还应该注意定位方向,要使传感器与所测量的振动方向一致,否则,也会带来测量误差,若测量竖向分量,则使传感器的测振方向垂直与地面;若测径向水平分量,则使传感器的测振方向垂直于由测点至爆心连线方向。5 爆破振动的安全评价人们认为地震波的破坏作用主要取决于质点振速,各国都制定了有关建筑物的安全振动标准,然而,爆破地震对建筑物的影响不仅取决于振动位移和速度,而且还与振动持续的时间和频率有关。建筑物的自振频率较低,一般来说,在其他条件相同的情况下,低频波比高频波对建筑物的危害大。目前,国际上制定爆破振动安全标准时,都普遍考虑了频率和振动速度的共同影响,如德国的DIN4l50和美国矿业局(USMBE)和露天矿山复垦管理处(OSMRE)的标准,我国(GB6722—2003)《爆破安全规程》也是如此。爆破振动的主频率一般在2～200Hz之问变化,但某一次爆破产生的频率范围往往很有限。主频率一般定义为最大振幅所对应的频率,它随不同的产业而有所不同。在远距离的结构测试时,露天矿较大的爆炸量所产生的主频率往往比建筑施工爆破低。建筑施工爆破用的爆炸量较小,但由于结构与爆源之问的距离特别近以及岩石到岩石的坚硬的传播途径往往会产生较高频率。主频率的大小也取决于传播介质,高频运动在土壤中容易被滤掉或衰减掉,所以传播的距离往往比岩石中短。此外,由于波导效应,地层能将某些频率传播的更远。例如,剪切波会在土层内共振,由于这些原因,在截面厚度大于2～3m的土壤中测量时。一般主频为1～40Hz,而在岩石中一般主频率为10～100Hz。房屋结构的自振频率比较低,一般小于100
Hz。当爆破地震的主频率接近或等于房屋结构的自振频率时,容易形成共振,从而导致结构破坏。在评价爆破振动对建筑物安全的影响时,地震波的频率是非常重要的。建议在生产爆破中,应通过选择合理最大分段药量来控制爆破振动,减小对周围建筑物的危害。
参考文献[1] 孙秀民,汪进玉.爆破振动对建筑的影响评价[J].爆破,2008,25(2):73276.
[2] 孙 立,孙耀光,张晓明.建筑物拆除爆破对临近危楼的振动影响[J].爆破,2007,24(2):92295.
[3] 唐鸿卿,吴新霞.频率对爆破地震反应谱的影响[J].爆破,2008,25(4):17219.
[4] 唐飞勇,胡 锐,赵明生,等.双因素判据在爆破地震监测中的应用[J].爆破,2008,25(2):89291.
(上接第101页)合适的安全质点振动速度控制标准,加强施工期监测,确保周围建筑的安全。
参考文献[1] 水利水电工程爆破施工技术规范[S].北京:中国电力出版社,2002.
[2] GB6722—2003爆破安全规程[S].北京:中国标准出版社,2004.
