潘长春

（安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南232001）

近年来随精细爆破理论进步，爆破器材革新，爆破安全质量得到提高，但爆炸产生爆破振动对环境危害非常严重[1-3]。为快速施工，爆破开挖与邻近混凝土浇筑常平行作业，爆破振动使新浇混凝土开裂或在基岩交界面产生裂隙。因此，新浇混凝土在爆破振动作用下安全问题受到广泛关注，为确保新浇混凝土质量，须严格控制爆破振动和安全标准。本文简述并分析爆破振动破坏失稳机理，从国内外大量试验数据和成果及各国各行爆破振动安全标准等角度出发，阐述了爆破振动对新浇混凝土影响和现行安全标准缺陷，为制定新浇混凝土爆破振动安全标准提供参考。

1 爆破振动破坏机理

国内外多数学者认为爆破破坏机理是反射拉应力波和爆炸气体压力共同作用的：首先冲击压力压碎岩石，随后应力波在压碎区域外产生径向裂隙，爆轰气体产物继续压缩岩石，在拉伸应力和气楔的双重作用下，初始裂隙继续延伸和张开，周围岩石质点出现切向拉伸及径向位移，形成分布不规则的裂纹，携带着较大能量的双重拉伸波应力的综合效应作用是岩石破坏重要条件，同时爆炸气体不断传递能量，发展裂隙，加速岩石破坏、失稳和分离[4-6]。

2 现行安全标准及讨论

表1 新浇大体积混凝土的振动速度安全标准

表2 新浇混凝土的振动速度安全标准

20 世纪60年代国外主要考虑爆破开挖对新浇衬砌混凝土、喷射混凝土及灌浆帷幕等施工影响问题。如部分国外禁止在龄期＜1d 混凝土附近进行爆破施工，允许在龄期1～5d 混凝土30m 外爆破施工，并规定爆振速度＜5cm/s[7]。

文献[8]对于龄期≤20h 混凝土，处于初凝至终凝期间，后期强度受爆破振动影响较小；陈明等[9]对比不同类型爆破地震波及入射角度，提出了新浇混凝土安全振动速度计算方法；蒋楠等[10]研究爆破应力波体波对隧道混凝土衬砌结构破坏效应中P 波占主导地位，其安全标准≤14.51cm/s；吴帅峰等[11]研究爆破对新浇混凝土强度影响，提出6h、12h 等龄期内的混凝土安全振速2cm/s；朱传统等[12]利用现场观测资料，提出以质点峰值振动速度为新浇大体积混凝土安全标准，汇编了规范[13]，见表1。

规范[14]和规范[15]在混凝土浇筑等过程中，若邻近部位钻孔爆破，为确保爆破时混凝土、灌浆、预应力锚杆不受影响，须控制爆破，规范[14]比规范[15]要求偏高，见表2、3。

表3 新浇大体积混凝土、灌浆区与锚喷支护的振动速度安全标准

表4、5 通过工程经验总结，给出国内外工程新浇混凝土安全标准，且国外部分试验表明，现行新浇筑混凝土安全标准具有较大安全空间[16]。

表4 国内部分水电工程新浇混凝土振动速度安全标准

表5 国外部分水电工程新浇混凝土振动速度安全标准

我国的《爆破安全规程》（GB6722-2014）[17]对新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地基础质点峰值速度和主频，将爆破地震波频带细划为若干段，提出了各频率范围中的安全允许振动速度，见表6，相比之下我国标准偏于保守。

而新浇筑混凝土与基岩结合面是混凝土体强度薄弱环节，考虑到混凝土的抗拉强度远低于抗压，因此，防止新浇筑混凝土与基岩结合面拉断破坏成为振动控制的关键，需满足[18]：

为了避免在新浇混凝土中出现拉应力，保证基岩和新浇筑混凝土结合面上应力与位移的连续性，及基岩对新浇混凝土的约束作用，得新浇混凝土振动极限速度：

式中：v 和E 为基岩泊松比和弹性模量，cR为Rayleigh 波速，cP和cS为岩土介质纵波和横波波速。

由上述可知：为保证爆破开挖时新浇混凝土稳定性，国内外学者就降低爆破振动对新浇混凝土破坏进行了深入研究，且提出具体条件下的爆破振动安全标准，但实践表明现有安全标准尚存在缺陷。

（1）发现现行爆破振动安全标准的确定，没有细化爆破地震波的种类，研究表明[18]：在确定安全标准时值得关注不同爆破地震波种类，混淆使用可能带来工程安全隐患。

（2）随着工程运用，单一标准很难解释振动破坏现象，国外开始采纳“主频率+质点临界速度”为安全标准。美国露天矿务局的标准（OSM 标准）是国际上常用双因素安全标准，如表7 所示。

表6 新浇大体积混凝土的振动速度安全标准

表7 OSM 的安全允许标准

我国爆破安全规程（GB6722-2014）考虑了双因素合理性，按各自固有频率划定不同标准，如表8 所示。

现行安全标准均突出频率重要性，大量文献表明：爆炸信号频率往往频带范围广，频谱特征不相同，属于随机非平稳信号。在不同新浇混凝土情况下，要精细这种宽频带、多主频地震波，目前未有准确分析技术，导致主频选取波动大，与实际往往不符，所以，工程实践中采用双因素判断是否会产生破坏常常失准。

（3）爆破振动设计采用光面爆破、预裂爆破、微差爆破等精准控制技术，降低振动损害，随着电子雷管应用，峰值速度得到降低，但延长了振动持续时间。同时，由于主频率降低、持续时间变长，使得新浇混凝土振动叠加突出。众所周知，新浇混凝土爆破振动响应与幅值、频率、持续时间等综合因素有关。现行安全标准却未体现出持续时间和累积效应的影响，对结构体安全是不利的。

（4）现行新浇混凝土安全标准主要考虑混凝土龄期影响，随龄期增长，振动临界速度就越大，但不同新浇混凝土结构抗振能力未予考虑，爆破应力波从新浇混凝土与基岩接触面投射到混凝土中产生动荷载超过其极限强度就会破坏。

（5）现行安全标准又以现场观测新浇混凝土临界振速为依据，常把安全控制标准系数制定的过高或过低。从工程实践看，过高标准对爆破精准控制技术要求较高，会延缓施工，加大成本，过低标准又不能保证新浇混凝土稳定性，甚至会造成破坏。

3 结束语

爆破振动对新浇混凝土这种特殊结构的影响，涉及到爆破地形地质条件、地震波种类与传播途径，炸药性能、爆破技术和新浇混凝土结构本身等诸多因素，包含爆炸力学、岩石动力学和工程爆破等多学科交叉领域，是一个老而新的复杂的问题。在参与国家基金课题研究中，发现现行新浇混凝土爆破振动安全控制标准存在缺陷。基于此，笔者通过对现有新浇混凝土爆破振动安全标准的分析讨论，加强了解新浇混凝土受爆破振动的影响，以期在新浇混凝土爆破振动安全控制标准上取得新进展。