高层框架结构建筑物爆破拆除振动研究

第２　１卷　２　Ｏ　１　５　第３期　

年６月　工程爆破　

ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＢＬＡＳＴＩＮＧ　ＶＯ１．２ｌ，ＮＯ．３　

Ｊｕｎｅ　２０１５　

文章编号：１００６—７０５１（２０１５）０３—００６５—０４　

高层框架结构建筑物爆破拆除振动研究　

薛宪彬　，徐海峰，　耿宏银　（中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司，安徽淮北２３５０００）　

摘　要：为研究建筑物爆破拆除过程中产生的振动效应，对一高层框架结构建筑物爆破拆除过程进行　振动监测，并对爆破振动与塌落振动数据进行对比分析。研究发现，爆破振动峰值速度的衰减速率大于　塌落振动峰值速度；塌落振动信号优势频带能量大于爆破振动信号；塌落振动信号的频率接近建筑物的　自振频率，危害性更大。　关键词：爆破振动；塌落振动；爆破拆除；信号能量　中图分类号：ＴＵ７４６．５　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：ｉ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６　７０５１．２０１５．０３．０１５　

ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ　ＳＴＵＤＹ　ＩＮ　ＢＬＡＳＴＩＮＧ　ＤＥＭＯＬＩＴＩＯＮ　ＯＦ　Ａ　ＨＩＧＨ　ＦＲＡＭＥ　ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　

ＸＵＥ　Ｘｉａｎ—ｂｉｎ，ＸＵ　Ｈａｉ—ｆｅｎｇ，ＧＥＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｙｉｎ　（Ｃｈｉｎａ　Ｃｏａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｈｕａｉｂｅｉ　Ｂｌａｓｔｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌ　．，Ｈｕａｉｂｅｉ　２３５０００，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｄｕｒｉｎｇ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｈｉｇｈ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｗａｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｅａｋ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｏｆ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｆａｓｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｓ．Ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｏｆ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｂａｎｄ　ｏｆ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｓｉｇ—　ｎａｌｓ　ｗｅｒｅ　ｂｉｇｇｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｓ．Ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｃｌｏｓｅｒ　ｔｏ　ｎａｔｕｒａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｈａｚａｒｄ　ｗａｓ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｓ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；Ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ；Ｓｉｇｎａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　

１　引言　近年来，随着我国城市的改建、扩建，日益成熟　完善的爆破拆除技术以其经济快速的优点，在建筑　物拆除工程中得到了广泛应用ｎ　。建筑物爆破拆除　过程中会产生振动效应，尤其是层数愈多质量愈大　的建筑物，其产生的振动效应愈大，会对邻近建（构）　筑物造成影响甚至破坏。爆破拆除振动效应已成为　工程领域十分关注的问题　。　收稿日期　基金项目　作者简介　２０ｌ４—０７一ｌ８　瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，中煤科　工集团重庆研究院青年基金资助项目　（２０１３ＱＮＪＪ２１）。　薛宪彬（１９８７一），男，硕士、工程师，主要从事爆破技　术研究　Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｃｔｅｇｂ２０１３＠１６３．ｃｏｒｎ。　在建筑物爆破拆除振动效应中，爆破振动与塌　落振动是振动影响最大的两个方面。爆破振动和塌　落振动产生的机理不同，质点振动特点规律不同，对　周围地表及建筑物造成的影响也不同　。本文以　安徽淮南在建观湖国际大酒店爆破拆除工程为例，　通过现场振动监测，对爆破拆除振动效应进行了研　究，从质点振动峰值速度、振动主频和频谱能量等方　面对爆破振动和塌落振动进行了对比分析。　

２　工程概况　观湖国际大酒店位于淮南市山南新区，其主体　由１　楼（１２层、高３９ｍ）和２　楼（１５层、高４８ｍ）的　连体框架结构组成。根据城市建设规划需求，需要　对其进行爆破拆除。酒店东侧３００ｍ处有一村庄，　・　６６　・　工程爆破　西面３０ｍ处为人工湖，南侧３００ｍ内无建筑物，北面　３００ｍ有一条公路。周围环境及监测点如图１所示。　

道　路　

图１周围环境及监测点位置　Ｆｉｇ．１　Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｌａｎ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　

两栋框架结构楼房采用向东定向倾倒爆破拆　除，爆破切口高度为６层。采用延时分段起爆，单段　最大起爆药量为３７Ｏｋｇ。由于爆破拆除现场周围环　境简单，对振动控制要求较低，且经计算塌落振动符　合安全要求，故在框架结构塌落位置未铺设塌落缓　冲垫层。　

３　现场监测与数据分析　本次爆破拆除振动监测使用了ＮＵＢＯＸ一６０１６　和ＮＵＢＯＸ一５０１６各两台。在主体结构中心线上，沿　倒塌方向布置了４个测点，分别距主体结构水平距　离为８０、１１０、１３０和１５０ｍ（图１）。　３．１　振动峰值速度和振动主频分析　经过现场振动监测，获得垂直方向、水平径向和　水平切向３个方向的４组有效振动数据，其质点振　动峰值速度和振动主频数据如表１所示。　表１振动监测数据　Ｔａｂｌｅ１　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　

垂直　径向　切向　垂直　径向　切向　垂直　径向　切向　

１．９７４　１．３６７　Ｏ．２７１　１．３２４　１．１２５　０．５４１　Ｏ．５３２　０．２９１　０．１９　１．０７５　１．０５　Ｏ．６１ｌ　

４．８８３　４．８８３　４．８８３　０．４６２　０．３８７　０．２７８　

由表１可以看出，在４个监测点中，振动峰值速　度最大值（４．７２４ｃｍ／ｓ）出现在１号测点，为爆破振　动速度。塌落振动峰值速度最大值为１．５４９ｃｍ／ｓ。　塌落振动峰值速度最大值小于爆破振动峰值速度约　为爆破振动峰值速度最大值的１／３。　与以往爆破拆除振动监测中塌落产生的振动速　度最大不同，本次爆破振动速度最大。主要是由于　本次爆破拆除建筑物结构坚固，炸药使用量大，单段　最大起爆药量为３７０ｋｇ。建筑物自身跨度大，以框　架结构为主，塌落部分质量相对较小，且大部分塌落　结构受到下部破碎结构的缓冲。　每组数据中，比较３个不同方向的振动峰值速　度，垂直振动峰值速度最大，水平径向振动峰值速度　次之，水平切向振动峰值速度最小。爆破振动主频　主要集中在４．８８３～２９．２９７Ｈｚ范围内，塌落振动主　频主要集中在３．６６２～８．５４５Ｈｚ范围内。　随着测点与爆源间距离的增加，爆破振动峰值　速度和塌落振动速度基本上呈减小的趋势。不同的　是，爆破振动峰值速度衰减较快，塌落振动速度衰减　较慢。以垂直方向振动峰值速度为例，根据表１中　数据，绘制垂直方向爆破振动峰值速度和塌落振动　峰值速度随距离增加的变化曲线，如图２所示。　

测点与爆源间距离Ｌ／ｍ　图２垂直方向振动峰值速度随距离变化曲线　Ｆｉｇ．２　Ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｐｅａｋ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｖａｒｉｅｓ　ｏｖｅｒ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　

由图２可以看出，在８０ｍ　１５０ｍ的范围内，垂　直爆破振动峰值速度从４．７２４ｃｍ／ｓ减小到　０．４６２ｃｍ／ｓ。垂直塌落振动峰值速度从１．５４９　ｃｍ／ｓ　减小到０．６２１ｃｍ／ｓ。爆破振动峰值速度衰减速率大　于塌落振动峰值速度的衰减速率，且达到４．６倍。　经计算，在水平径向和水平切向，爆破振动峰值速度　的衰减速率分别是塌落振动峰值速度衰减速率的　２．３５倍和３．６７倍。　３．２频谱能量分析　通过Ｍａｔｌａｂ软件，将振动信号由时域信号转换　成频域信号，进行ＦＦＴ分析。将信号划分不同频　

一　∞．ｓ３）　趟　彗稃　埘　薛宪彬等：高层框架结构建筑物爆破拆除振动研究　域，计算得到不同频域信号能量及比例，进而得到振　动信号的优势频率及能量比例。以１　测点为例，进　行频谱能量分析。首先将爆破振动信号和塌落振　动信号分离，分别进行计算分析。已知爆破振动　信号和塌落振动信号频率主要集中在２００Ｈｚ范围　内。为便于观察分析，分别绘制垂直方向、水平径　向和水平切向信号的０～３００Ｈｚ范围的频谱，如图　３所示。　

１　ｌ　ｌ　要１　

蟹　塔　

ｇ　馨　蜷　

频率ｌ厂，Ｈｚ　（ａ）垂直方向Ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　

频率＿，，Ｈｚ　（ｂ）水平切向Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　

频率，，Ｈｚ　（ｃ）水平径向Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｒａｄｉａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　

图３　１　测点振动信号频谱图　Ｆｉｇ．３　Ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌｓ　ａｔ　ｍｅａｓｕｒｅｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　１　

由图３可以看出，爆破振动信号频域大，主要集　中在Ｏ～３００Ｈｚ范围内，最大振幅为６．４ｅｒａ，对应频　率为１０Ｈｚ；塌落振动信号频域主要集中在ｏ～５０Ｈｚ　范围内，最大振幅为１６．３ｃｍ，对应频率为８Ｈｚ。可　得，爆破振动信号频域大于塌落振动信号；塌落振动　信号优势频率小于爆破振动信号，与建筑物自振频　率相近。　将爆破振动信号和塌落振动信号分成不同频域　的信号，计算各频域信号相对能量及比例。根据采　样定理卯　，通过小波分解将各个方向的振动信号进　行８尺度分解，每个方向的振动信号被分解成９个　频带，频带范围及能量计算结果如表２所示。　表２　爆破振动信号与塌落振动信号各频带能量　Ｔａｂｌｅ２　Ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｂａｎｄｓ　ｏｆ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｔｏｕｃｈｄｏｗｎ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌ　由表２可以看出，爆破振动信号能量分布频带　较广，主要分布在０～１５６．２５Ｈｚ范围内，约占信号　总能量的９０　以上。与爆破振动信号相比，塌落振　动信号能量分布频带较窄，信号能量主要分布在０　～１９．５３１３Ｈｚ范围内。在分解的９个频带中，爆破　振动信号最大能量的频带为ｌ９．５３１３～３９．０６２５Ｈｚ，　能量值达到１８３．Ｏ１ｃｍ／ｓ　。塌落振动信号最大能量　的频带为０～９．７６５６Ｈｚ，最大值达到１５８９ｃｍ／ｓ　。　可见，塌落振动信号能量值大，分布频带窄，主要分　布在Ｏ～９．７６５６Ｈｚ，接近建筑物的自振频率。可以　判断，塌落振动对建筑物产生的影响比爆破振动产　生的影响大。　４　结论　（１）爆破振动与塌落振动３个方向的质点振动　峰值速度中垂直方向振动峰值速度最大。　（２）爆破振动峰值速度的衰减速率大于塌落振　动峰值速度的衰减速率。　（３）爆破振动主频比塌落振动范围大。爆破振　动主频主要集中在４．８８３～２９．２９７Ｈｚ范围内，塌落　振动主频主要集中在３．６６２～８．５４５Ｈｚ范围内。　（４）爆破振动信号的能量优势频带为１９．５３１３　～３９．０６２５Ｈｚ，塌落振动信号的能量优势频带为Ｏ～　９．７６５６Ｈｚ，且塌落振动信号能量优势频带能量大于　爆破振动信号能量优势频带能量。塌落振动信号能　量值大，分布频带窄，接近建筑物的自振频率，所以　塌落振动对建筑物产生的影响要比爆破振动产生的　影响大。