梁 虎，丁松波，徐荣文，韩 飞，吴从师

(长沙理工大学 土木与建筑学院， 湖南 长沙 410004)

影响爆破振动速度的因素有很多，总药量、单段最大药量、爆破区域及测点处的地形地质条件、孔径、孔深、排距等都能对爆破的振动速度产生影响[1-2]。而相对于改变地形及地质条件(预裂孔爆破、开挖减震沟及减震孔等措施)，改变爆破参数(孔径、孔深、微差间隔时间、各段药量分部及起爆顺序、起爆网络等)对爆破振动的影响更大[3]。卢文波等学者的研究表示，炮孔直径以及测点的爆心距是影响爆破振动强度的重要参数，并基于柱面波理论和球面波及长柱状装药子波理论，得出了相应的质点峰值振动速度衰减公式，并表示为孔径和距离的函数[4]。更有实测数据表明，小孔径爆破时质点振动速度的衰减速率比大孔径爆破时快，小孔径爆破时，爆破速度更容易衰减[5]；并且，爆破振动的强度是随着孔径的增大而增大的，增长速率随着比例药量的减少而增大[6]。因此可以认为，炮孔直径虽然不是影响爆破振动的决定性因素，但对爆破振动强度有着重要的影响，本文根据实测爆破振动数据来讨论不同炮孔孔径的爆破振动。

1 土石方爆破参数

怀化市高铁南站广场建设需对车站广场的场地平整和高堰路路堑的开挖进行爆破施工。其中车站广场的场平爆破为不规则的台阶爆破，炮孔直径为76 mm，孔深为4～9 m，孔距为2～3 m，排距为2～3 m，每次爆破孔数26～45个，均采用孔内7段导爆管雷管、孔外3段导爆管雷管成组连接成接力式起爆网路，最大一段药量为36～76 kg，总药量260～360 kg，组与组之间的微差间隔时间75 ms。而高堰路的爆破也为不规则的台阶爆破，炮孔直径为90 mm，孔深为3～10 m，孔距为2～3 m，排距为2～3 m，每次爆破孔数15～36个，均采用孔内7段导爆管雷管，孔外3段导爆管雷管成组连接成接力式起爆网路，最大一段药量为27～48 kg，总药量144～288 kg，组与组之间的微差间隔时间75 ms。大小孔径爆破均采用耦合装药结构，炮孔填塞长度0.5～1 m，选用的2#岩石乳化炸药，药卷直径为32 mm。

2 测点布置

由于爆破区域附近的居民住宅区到爆破中心的距离最近，因此，测点尽量布置在居民生活区域内，每次爆破布置5～6个监测点。结合爆破区域自由面的朝向和爆破地震波的传播特性，决定将所有测点尽可能布置在一条直线上，并与爆破中心连接成为一条直线，在分别对两处爆破区域周边环境进行实地考察之后，得到爆破现场平面示意图，炮孔直径为76 mm的爆破现场平面示意见图1，炮孔直径为90 mm的高堰路爆破现场平面示意见图2。

3 实测结果与数据处理

分别对场平爆破进行3次爆破振动监测，对高堰路爆破进行5次爆破振动监测，监测系统由加拿大Instantel公司生产的Minimate Pro⑥微型测振仪及配套的速度传感器、高屏蔽低抗镀银信号电缆和计算机组成。每个测点每次都能监测爆破振动的水平横向、水平纵向、垂直方向三个方向的振动速度及最大主频率，在此处选择爆破质点三个方向矢量和速度与最大主频率作为监测分析的物理量，得到的场平爆破(炮孔直径76 mm)和高堰路爆破(炮孔直径90 mm)的各项实测数据见表1、表2。

图1 场平爆破现场

图2 高堰路爆破现场

表1 炮孔直径90 mm时的爆破振动实测数据

在国内大部分爆破振动质点衰减规律的研究课题中，大多采用萨道夫斯基经验公式预估质点的振动速度，根据最小二乘法原理，利用编制的回归分析计算程序IDTS3850，对表1、表2中的数据进行一维线性拟合，得到不同大小炮孔直径矢量和速度的拟合曲线见图3、图4。

表2 炮孔直径76 mm时的爆破振动实测数据

由图3、图4得到炮孔直径为76 mm时的爆破质点振动速度的计算公式(1)和炮孔直径为90 mm时的爆破质点振动速度的计算公式(2)：

(1)

(2)

图3 直径76 mm炮孔速度爆破矢量和拟合曲线

图4 直径90 mm炮孔爆破速度矢量和拟合曲线

取炮孔直径为76 mm，在2月19日爆破时，最大段装药量76 kg，爆心距为158 m，振动峰值速度为1.29 cm/s测点的波形图(见图5，X轴为爆破振动时间，Y轴为振动转化的电压信号，与振动速度成正比，图6坐标定义一样。)，同时也提取炮孔直径为90 mm，在2月24日爆破时，最大段装药量45 kg，爆心距为150 m，振动峰值速度为1.07 cm/s测点的波形图(见图6)。二者的爆心距和振动峰值速度相差极小，虽然炮孔直径为76 mm的最大段装药量比炮孔直径为90 mm的还要大，但比较二者的波形图我们可以看出大孔径三个方向的振动速度持续时间却更长，而且大孔径的振动速度矢量和都比小孔径的要大，虽然小孔径水平径向和竖直方向的最大峰值速度比大孔径略大一些，这是因为小孔径的最大段装药量比大孔径多出31 kg，出现这种现象也属于正常。总体来说，炮孔直径为90 mm的振动速度比炮孔直径为76 mm大，振动持续的时间更长。

同时提取与二者相对应的频谱图如图7～图8(X轴为质点爆破振动频率，Y轴为质点爆破振动幅度)所示，对比两者可见直径为76 mm的炮孔爆破时爆破地震波的高频成分多于炮孔直径为90 mm的爆破地震波，并且炮孔直径为90 mm的振动频率大部分要低于炮孔直径为76 mm的振动频率，说明直径为90 mm炮孔的振动衰减比76 mm的要慢。

图5 炮孔直径76 mm测点波形图

图6 炮孔直径90 mm测点波形图

图7 炮孔直径76 mm测点频谱图

4 结 论

本文对怀化市高铁南站广场爆破振动监测数据进行了采集和回归分析，得到了车站广场场地平整爆破和高堰路爆破地震质点振动速度和比例药量之间的关系，为接下来两处地方爆破时的最大一段装药量提供参考，并得到以下结论：

图8 炮孔直径90 mm测点频谱图

(1) 对比不同直径炮孔实测振动峰值速度的拟合结果，可以看出，虽然炮孔直径90 mm的衰减系数α比炮孔直径76 mm的衰减系数α大，但90 mm炮孔直径的K值是76 mm炮孔直径K值的5～6倍，所测比例药量范围内90 mm炮孔的振动速度比76 mm炮孔振动速度大。

(2) 76 mm的单段装药量虽然大，但单孔药量少，不如90 mm炮孔的药量集中，而药量集中的爆破产生的振动难以衰减些，因此振动速度大些。

(3) 大孔径爆破质点振动持续的时间比小孔径爆破质点振动持续的时间长。

(4) 大部分测点的主频率表明，小孔径爆破振动的主频高于小孔径爆破振动的主频。

参考文献：

[1]高毓山，谭永厚，姜玉富. 南芬铁矿降低露天矿爆破震动的实践[J]. 矿业研究与开发，2003，23(2).

[2]李安民. 土石方爆破的振动监测与分析[J]. 矿业研究与开发，2003，23(4).

[3]史太禄，李宝珍. 微差间隔时间、药量分布及测距对爆破振动的影响[J]. 工程爆破，2003，9(4).

[4]卢文波，Hustrulid W. 质点峰值振动速度衰减公式的改进[J]. 工程爆破，2002，8(3)：1-41.

[5]高 山，王茂玲，史太禄. 孔径对爆破质点震动速度衰减的影响[J]. 采矿技术，2003，3(4).

[6]高晓初.炮孔孔径、超深及起爆方案对爆破震动的影响[J]. 西部探矿工程，1995，7(1)..