土石方爆破振动衰减规律总结_土石方爆破总结
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土石方爆破振动衰减规律总结
摘 要：以秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）四通一平土石方爆破为背景，分析了土石方爆破对核电站振动效应及安全影响，确定了核电站振动监测点、爆破振动速度和加速度控制阈值；通过对秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）爆破理论分析及爆破试验两个阶段的收集到的爆破振动监测样本数据采用置信度区间法回归计算，确定了爆破振动衰减规律系数K、α及爆破振动衰减规律控制公式；结合爆破振动监测报告对爆破振动衰减规律公式的适用性进行总结。
关键词：核电站；振动衰减规律；控制阈值；回归；监测
引言
秦山核电公司扩建项目（方家山核电工程）位于秦山一期工程核岛厂房西北方向，距一期正在运行的310MW机组约650m，距秦山三期工程约1500m，距二期工程2500m。方家山在地貌上呈浑园状的残丘及垄岗地形，山顶标高83.6m。平原地带标高3～4m，部分山体在一期工程建造时开挖形成了小范围人工边坡，场平标高为黄海高程10.1m。
方家山核电工程附近有核电一期、二期和三期正在运行的机组，爆破开挖区北面约75m处有办公文档大楼以及其他需要保护的建（构）筑物。依据以往工程建设经验，已建电站周边实施爆破作业必须对爆破作业规模以及爆破振动加以控制。为确保核电站的安全运行，保证爆破区域附近建（构）筑物的安全，通过理论分析及爆破实验从而推导确定土石方爆破爆破振动衰减规律控制公式，同时对爆破作业实施全过程振动监测是非常必要的。爆破地震波衰减规律
在工程上选用地面震动的什么参数来表示地面震动的特征（强度），主要取决于什么因素对建（构）筑物的破坏起主要作用。但是在具体参数的选择上，认识是不统一的，有几类不同类型参数。如选用地面震动的峰值（加速度峰值、速度峰值、位移峰值）；地震反应谱的某种特征值；与地震有关的能量函数；以及多函数等。但在爆破地震工程中，广泛采用的是地面震动的峰值作为爆破地震的工程参数，其中最为广泛采用的是速度峰值和加速度峰值，较少采用位移峰值。这是由于它是决定爆破地震破坏力的主要因素，且和宏观烈度有着良好的相关性；它与震级（药量）和震中距（爆心距）有较好的相关性。
目前国内外还没有一个精确计算爆破震动速度或加速度衰减规律的理论公式，美国、加拿大、俄罗斯以及我国均采用萨道夫斯基提出的半经验半理论公式计算，公式表达式如下： 爆破振动衰减规律公式的推导
影响爆破振动大小的不仅仅是爆破区域的岩石的坚硬程度，爆破区域岩石的破碎程度、裂隙的大小及走向、地形地貌等因素也直接影响爆破振动强度。显然按照表1.1-1取值计算方家山核电工程土石方爆破振动值会存在较大误差。因此需要结合爆区周边具体情况进行理论分析，通过对秦山核电三期（重水堆，1996-1998年监测）爆破施工期间实际监测到的与方家山场地条件近似的爆破振动数据作为样本进行内业整理，经过对样本数据的分类、筛选和回归处理得到K、α值，进而推导出爆破振动衰减规律公式。
2.1 爆破振动速度衰减规律公式的推导
利用秦山核电三期（重水堆）负挖爆破时1#、2#核岛爆破振动监测20组样本数据并剔除了个别异常数据后进行回归得到的影响振动衰减规律的K、α值和相关系数见表2.1-1。
在进行爆破振动数据回归分析时通常只求一个α值，一个K值和一个相关系数γ即可，在数据回归时采用了置信度区间法（相关系数γ取0.881）得到了三个不同的K 值。
若按K取平均数值310.9来预报振动值，实际振动或者大于或者小于或者等于预报值。
若按K取689.8来预报振动值，实际振动值应该有95%的概率小于或等于预报值。
若按K取887.7来预报振动值，实际振动值应该有99%的概率小于或等于预报值。
从保证核电站的稳定运行和周边建（构）筑物的安全的角度考虑，在爆源和受保护物项距离、一次起爆装药量确定的前提下，对K值的选取越保守越有利，显然在爆破方案设计时K取887.7比较好。
2.2 爆破振动加速度衰减规律公式的推导爆破振动衰减规律公式的修正
理论分析计算得出的爆破振动速度衰减公式2-
1、振动加速度衰减公式 2-2 通过变形可以转化为爆破方案设计时使受控物项振动小于控制值的最大药量计算公式，但由于公式推导所使用的数据样本不是来源于将要实施爆破作业的方家山地域，且爆破形式、地形与高程等外部参数与三期爆破存在差异，因此在方家山核电工程土石方爆破工作正式开挖前，针对爆破对核电站的影响展开了专题试验研究，旨在利用试验获取的振动监测样本数据对计算公式2-
1、2-2进行修正，最终确定在保证各监测点的振动值都小于振动控制阈值的条件下可以使用的爆破振动衰减规律公式。
3.1 振动监测点及振动控制阈值的选取
通过在爆破试验前对核电站的需要保护物项及重要建（构）筑物进行详细比较勘察，确定了爆破试验监测点位置和控制标准，详情见表3.1-1。
爆破试验监测点位置和控制标准
秦山一期设计基准地震加速度报警值（OBE）为0.05g，从严格控制爆破作业危害，确保厂房仪表正常稳定工作的角度考虑，要求试验单位在OBE报警值的基础上乘折减系数0.6，最终爆破振动加速度控制阈值选取为0.03g。
爆破振动速度控制阈值的确定主要依据是我国于2004 年5 月1 日颁布实施的《爆破安全规程》（GB6722-2003），与原规程GB6722-86相比较，新规程明确指出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，且增加了爆破地震波频率范围项，对普通民房的破坏界限的规定更加严格。新规程中对建（构）筑物地面质点的安全振动速度规定摘录见表3.1-2。
鉴于核电厂建构筑物主要为钢筋混凝土框架结构或钢筋混凝土剪力墙结构，安全允许振速最大取5.0cm/s，为保守起见，爆破振动速度控制阈值在安全允许振速的基础上乘以折减系数0.6取为3.0cm/s。
3.2 爆破振动速度衰减规律公式修正
通过对试验振动速度监测点F6V、F7V监测数据和按公式2-1的预测数值的对比分析，发现试验炮在速度监测点测到的数值尽管都小于控制值（3cm/s），但是尚有14%左右的数据超出了预报计算公式2-1的计算值，因此必须对理论分析计算中提出的的振动速度预报公式进行修正。
把采集到的振动数据剔除异常数据后作为样本进行分析回归，重新回归方家山爆破区域的爆破速度衰减公式的K 和α值见表3.2-1。
为了控制爆破振动速度小于振动速度控制阈值，通常选择 99%上限值，而理论分析计算样本数据和专题试验样本数据回归得到的99%上限K值差异不大，K值仍然可以采用887.7，将K=883.1和α=1.74代到爆破振动通用表达公式1-1后得到修正后的爆破振动速度衰减规律公式：
3.3 爆破振动加速度衰减规律公式修正
公式2-2是利用秦山三期建设期间场地开挖监测数据回归得出，并用于三期乏燃料厂房负挖爆破中，在三期乏燃料土石方爆破过程中未出现监测值大于计算值的现象，但因为方家山核电工程土石方爆破场地地质条件与爆破参数发生改变，在试验过程中出现了部分振动实测值超过控制安全的预测公式计算值的现象（尽管实测值小于振动加速度控制阈值），对于安全控制不利。因此对计算公式也需要进行修正。
同爆破振动速度衰减规律公式修正过程一样，通过对方家山土石方爆破振动试验与监测得到的全部数据进行分析，将加速度计算公式中的α=1.64修正为α=1.61，可确保实测值全部小于公式计算值，故爆破振动加速度衰减规律公式修正为：
结论
自2007年5月22日到2009年3月31日，方家山核电工程土石方正负挖共进行了1508次爆破施工，监测资料显示在整个爆破施工作业期间仅发生3次实测振动加速度超过加速度控制阈值事件，但振动量均未超过核电站设计基准地震加速度报警值（OBE）0.05g，未引发主控室报警。尽管F7V测点出现了振动速度超控制速度阈值现象，但均在国家标准允许范围5.0cm/s内。
综上所述，通过爆破试验环节对爆破振动参数的修正和优化，最终得到的爆破振动衰减规律公式3-
1、3-2完全适用于方家山核电工程土石方爆破工作，爆破振动速度控制阈值3.0cm/s，振动加速度控制阈值0.03g选取合理，方家山核电工程土石方爆破振动没有对周边核电站的安全稳定运行造成任何不利影响，同时爆破振动不影响建（构）筑物的结构安全。
参考文献
[1]《爆破安全规程》（GB 6722-2003）中华人民共和国国家标准2004-05-01实施.[2]何广沂.大量石方松动控制爆破新技术[M].中国铁道出版社，1995.[3]《秦山核电三期（重水堆）土石方爆破开挖地振动监测总结报告》.中国人民解放军工程兵工程学院，1996.10.[4]《秦山核电二期3#、4#机组基坑爆破震动监测报表》.中国人民解放军工程兵工程学院，2006.2.[5]《爆破作业对核电站影响的分析计算》.中国人民解放军工程兵工程学院，2006.4.[6]《爆破作业对核电站影响专题研究试验方案》.中国人民解放军工程兵工程学院，2006.11.[7]《爆破作业对核电站影响专题研究试验总结》.中国人民解放军工程兵工程学院，2007.7.[8]《秦山核电站方家山核电工程爆破振监测总结报告》.中国人民解放军工程兵工程学院，2009.6.
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