如何减小爆破振动对建筑物的影响？

（1）爆破振动传播规律。当集中药包炸药爆炸时，炸药化学反应产生的高温和高压气体在岩体中以波动的形式向外传播，在2～3倍药包半径范围内产生强大的冲击波。在冲击波和爆轰气体的作用下，岩体熔化流动，压碎破裂，形成压缩粉碎区。约10～15倍药包半径范围内冲击波衰减为应力波（或称压缩波），在应力波和弱化的爆轰气体作用下，岩体产生径向和环向裂缝及残余变形，形成破坏区；大于10～15倍药包半径范围内，应力波衰减成只能使岩体及地表产生弹性振动的地震波，地震波强度已大为减弱，传播速度与岩体中的声波相同，属振动影响区，在岩体爆破中地震波能量只占炸药总能量的一小部分，为2%～6%。但地震波衰减较慢，其作用范围比很快衰减的冲击波和应力波要大得多。因此，对规模较大的爆破，往往需要采取措施来确保临近建筑物的安全和减小爆破振动对保留岩体的影响。

地震波的传播遵循几何相似规律，当球状药包在岩体内部爆炸时，可表达为式（9-1）或（9-2）进行计算：

函数可展成多项式形式，一般工程爆破取下述形式作为衰减规律，按式（9-3）进行计算：

以上三式中　Ai——地震波振幅，与地震波三个参数有关：质点振动位移A（mm）、振动速度v（cm/s）、振动加速度a（g）；

　　　　　　R——距离药包中心的距离，m；

　　　　　　Q——炸药量，齐发爆破对时取总药量，分段延时爆破时，可取有关段或最大一段的药量，kg；

　　　　　　K、α——与爆破点至保护对象间的场地地形、地质特性、爆破条件，以及爆破区与观测点或建筑物、防护目标相对位置等有关的衰减指数，由爆破试验确定。

工程爆破中主要以爆破质点振动速度v（cm/s）作为衡量爆破振动影响的主要参数，各类爆破主要以式（9-4）作为质点振动速度传播的经验公式。我国的国家标准和水电行业标准也均推荐按式（9-4）计算：

式中，当K、α值没有试验资料时，可参照表9-1或通过类似工程进行比较选取。

表9-1　K、α值与岩性的关系表

测量质点爆破振动参数时，应考虑三个方向，即垂直向、水平径向（相对爆源）、水平切向，最大值为三向几何叠加计算。因垂直向测值往往较大，通常以垂直向振动值为主；当防护对象结构比较特殊时，应分析不同方向振动值以及最大值的影响。

当考虑爆破区与观测点或建筑物、防护目标的高程差对质点振动速度传播规律的影响时，可采用式（9-5）进行计算：

式中　v——质量振动速度，cm/s；

　　　H——药包中心与测点的高程差，m；

　　　β——与α相似的高程影响衰减指数，由爆破试验确定；

其他符号意义同前。

拆除爆破时，高耸建筑物拆除后，拆除物触地时也将产生振动，如高楼、水塔、烟囱、冷却塔等拆除后，所产生的坍落振动，有时往往大于炸药爆破引起的振动，可采用有关经验公式进行估算，有条件时应进行振动监测。烟囱爆破拆除时实测爆破质点振动波形见图9-2，图9-2中标注了爆破、坐落、闭合、坍落的时间。从波形可见，坍落振动的波幅大于爆破波幅，且振动时间较长，频率较低。高层房屋建筑定向倾倒爆破拆除时实测爆破质点振动波形见图9-3，在图9-3中分别记录了切口爆破振动、后排后座触地扰动、前排触地扰动的时间和波形。

图9-2　烟囱爆破拆除时实测爆破质点振动波形图

衡量地震波危害作用大小的基本参数是介质质点峰值振幅Am，Am所对应的卓越振动周期T（或频率）以及振动持续时间t，地震波波形及基本参数见图9-4。

图9-3　高层房屋建筑定向倾倒爆破拆除时实测爆破质点振动波形图

峰值振幅Am可以用地震波特征参量——峰值位移、速度、加速度表示，它们主要与爆破药量和距爆心距离有关。Am也可以取相邻两个最大波峰的一半，地震波参数双振幅读数见图9-5。Am大，表示地震波强度大。

图9-4　地震波波形及基本参数示意图

图9-5　地震波参数双振幅读数示意图

地震波对建筑物的危害，除峰值振幅外，振动周期也是危害的重要因素。如果振动周期与建筑物自振周期接近或相等，将会产生共振现象，这对建筑物是极其不利的。振动周期T（s）或频率f（Hz）与介质性质有关，它们随距离R的变化关系常用式（9-6）表达：

式中　τ——取决于介质特性的系数，坚硬岩石为0.01～0.04，含水土壤为0.11～0.13，冲积层为0.06～0.08。

爆破引起介质质点振动频率一般较高，为101～102Hz量级。

经验关系式（9-6）没有考虑药量大小的影响，似不完善。一般工程爆破，药量大，周期大，频率小；反之亦然。

振动持续时间通常指地震波到达至振幅A＞Am/e的主振相作用时间（其中e=2.72，是自然对数的底）。一般工程爆破用一段雷管起爆时的振动持续时间较短，只有毫秒级，最长也不过1～2s。持续时间主要取决于爆破药量和介质性质。药量大，持续时间长；药量小则短。介质坚硬（如硬岩），振动频率高，持续时间较短；介质较软（土壤），振动频率低，持续时间较长。当采用多段延时起爆时，作用时间将相应延长。地震波振动持续时间长，对建筑物作用时间长，危害影响就大。

水下爆破时产生的地震效应与陆地不同，主要来自三个方面：一是爆破直接作用形成地震波；二是水中爆破冲击波冲击水底边界产生的冲击地震波；三是爆炸气体在水体中作胀缩上浮运动形成脉冲水压力引起的地震效应。通常以前两者为主。此外，由于水在常压下是不可压缩体，地震波在水下传播时和陆地也有显著差别。

在黄埔港水下炸礁时，对水底垂直向质点振动速度作了大量的观测，平均水深为7m，礁岩为红砂岩含有砾石、砂质和泥质三种成分，采用2号岩石炸药。水下爆破时水底产生的地震波波形和振动持续时间，与陆地爆破基本相似。得到的振动衰减公式分别按式（9-7）～式（9-9）进行计算：

对上述测值采用最小二乘法进行分析处理后，分别绘制在v-ρ对数坐标上，水下爆破与陆地爆破振动衰减比较曲线见图9-6，图9-6中ρ=称比例药量（或比例距离）。图9-6中1、2、3为三种不同形式水下爆破时水底垂直向质点振速衰减规律；4、5分别为以式（9-4）表达时陆地爆破时质点振动衰减规律，其中4为土壤，K为200；5为岩石，K为70，两者衰减系数α均取1.5。由图9-6中可见，水下爆破时，水底质点振动速度比陆地衰减慢，这是水的影响结果。由于水下爆破时，振动规律研究不多，需进一步研究其对水下建筑物的破坏影响规律，以及经过水域传到陆地后的衰减规律等。

岩塞爆破产生的地震波，与一般陆地土岩爆破有相同的传播特性，影响地震效应的因素也相同。但是，由于岩塞爆破是在水下进行的，故不同于陆地爆破所不具备的特点：地震波通过水底岩土传到坝体途中，受到水击波的影响而使其强度变大；岩塞上部水的存在影响爆破抛掷作用，部分抛掷能量转化为岩体内部作用能量形成较强地震波，水越深地震效应越大，有时甚至大几倍。国内岩塞爆破不同部位实测振动速度衰减经验公式中K、α值见表9-2。

图9-6　水中爆破与陆地爆破振动衰减比较曲线图

1—v=94ρ0.82（水中爆破）；2—v=117.4ρ0.94（岩面爆破）；3—v=25.3ρ0.58（水中钻孔爆破）；4—v=200ρ1.5（陆地爆破土壤）；5—v=70ρ1.5（陆地爆破岩石）

表9-2　国内岩塞爆破不同部位实测振动速度衰减公式中K、α值

分析国内几个岩塞爆破振动观测资料得出以下结论。

1）爆破振动速度变化较复杂。振速的水平径向和垂直向分量大小交织在一起，爆破近区有时径向大，有时相反，远区变化也如此。

2）地表对爆破振动的反应比地下隧洞大。镜泊湖工程的观测资料表明，在地表和地下高差约200m的情况下，两者相关约1～4倍，说明地下洞室抗震性能比地表好。而且，垂直向分量的差值较径向分量的差值要大，这说明，地下垂直向分量衰减较快，地下的振动频率也比地表高，一般约为40～90Hz。

3）饱和砂基水库中爆破地震效应较大，衰减也较慢。砂基对地震波高频成分吸收能力较强，使振动周期明显增长，主振频率范围约10～30Hz；而在岩基水库中则相反。

4）振动持续时间。在地表岩基一般约0.1～0.7s，地表砂基则较长。地下的振动持续时间较短，一般小于0.3s。在大坝上记录到的振动持续时间可达1.1s左右。

（2）爆破振动安全标准。(https://www.xing528.com)

1）《爆破安全规程》（GB6722—2014）规定，爆破振动安全允许标准见表9-3。

表9-3　爆破振动安全允许标准表

续表

注 1.表中质点振动速度为三个分量中的最大值，振动频率为主振频率。
2.频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取：洞室爆破f＜20Hz，露天深孔爆破f=10～60Hz，露天浅孔爆破f=40～100Hz；地下深孔爆破f=30～100Hz，地下浅孔爆破f=60～300Hz。
3.爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。

按表9-3选定安全允许质点振速时，应认真分析以下影响因素：①选取建筑物安全允许质点振速时，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等；②省级以上（含省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许质点振速，应经专家论证后选取，并报相应文物管理部门批准；③选取隧洞、巷道安全允许质点振速时，应综合考虑构筑物的重要性、围岩分类、支护状况、开挖跨度、埋深大小、爆源方向、周边环境等；④永久性岩石高边坡，应综合考虑边坡的重要性、边坡的初始稳定性、支护状况、开挖高度等；⑤非挡水新浇大体积混凝土的安全允许质点振速按本表给出的上限值选取。

2）结合水电工程特点，《水工建筑物岩石开挖工程施工技术规范》（DL/T5389）增加了部分爆破振动安全允许标准，其标准分别见表9-4、表9-5。

表9-4　灌浆、预应力锚索（杆）、喷射混凝土爆破振动安全允许标准表　单位：cm/s

注 地质缺陷部位一般应进行临时支护后再进行爆破，或适当减小控制标准值。

表9-5　机电设备及仪器的爆破振动安全允许标准表

3）爆破安全允许距离，可按式（9-10）计算：

式中　R——爆破振动安全允许距离，m；

　　　Q——炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，kg；

　　　v——保护对象所在地安全允许质点振速，cm/s；

　　　K、α——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，应通过现场试验确定；在无试验数据的条件下，可参考表9-1选取。

4）爆破地震与天然地震的比较。爆破地震与天然地震在地面运动参数（包括位移、速度、加速度等）方面有很大的差别，其振幅、频率、主震时间等有显著差异。天然地震能量巨大，震中位移处于地层下数千米或数十千米，而爆破在地表进行，且能量相对有限，处于地表的地形地质条件下极易衰减，只能传播至有限距离。

天然地震波频率低，一般主振频率为0.5～5Hz，与大部分建筑物的固有频率接近，极易发生共振，而爆破地震的主振频率为5～500Hz，只有药量很大的爆破才会出现较低的频率，与建筑物发生共振的可能性很小。天然地震主震持续时间为数秒至数十秒，甚至更长，而爆破地震持续时间很短，一次振动为几十或几百毫秒，即使多段毫秒延时爆破时，也仅为秒量级，天然地震的破坏能量是要大得多。由于爆破地震具有爆破能源在地表浅层发生，振动持续时间短，主振频率较高，随着与爆源增加很快衰减等特点，产生的破坏现象有很大的不同，当两者振幅相同时，对建筑物所产生的破坏影响有十分的差异。另外，天然地震能量巨大，传播范围很远，破坏范围可达数十甚至数百公里，而爆破地震，即使百吨级洞室爆破其破坏区也仅距爆区百米范围，仅为小范围的振动影响。天然地震烈度见表9-6。

表9-6　天然地震烈度表

续表

注 1.Ⅰ～Ⅴ度以地面上人的感觉为主；Ⅵ～Ⅹ度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；Ⅺ度、Ⅻ度以地表现象为主。
2.一般房屋包括用木构架和土、石、砖墙构造的旧式房屋和单层或数层的、未经抗震设计的新式砖房。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。
3.本表引自《中国地震烈度表》（GB/T17742）。

工程爆破引起的爆破地震烈度参考值见表9-7，可与天然地震烈度作相对比较。

表9-8　工程爆破引起的爆破地震烈度参考值

地震烈度与质点振动速度的关系可按式（9-11）进行估算：

式中　N——地震烈度；

　　　v——质点振动速度，cm/s。

（3）控制爆破振动危害的原则。

1）控制爆破振动危害的基本原则。水电工程中的开挖爆破，一般均需进行控制，属于特殊的控制爆破，如大坝基础、地下洞室、岩塞爆破、定向爆破筑坝、拆除爆破等，都要采取有效预防措施，最大限度减小对保留岩体和水工建筑物的影响。控制爆破危害应从减小爆破作用效应和对保护对象实际防护两方面入手，控制爆破危害的4个基本原则为：控制爆破能量、分散装药、缓冲和防护。这4项原则总体上也适应于控制其他爆破有害效应。

2）控制爆炸能量原则。根据爆破对象、条件和要求，设计合理爆破参数（孔深、孔斜、孔径、孔排距、炸药单耗等），采用合适装药结构、起爆方式和炸药品种，力求使每个炮孔中炸药的爆炸能量与破碎该孔周围介质需要的能量相接近，或者只在介质中产生一定宽度的裂缝（如预裂爆破），从而尽量减少剩余能量对保留部位产生不利影响。

3）分散装药原则。将爆破岩体所需的总装药量进行分散与微量化处理，即多钻孔、少装药。通过分批次多段微差起爆，还可减小每段起爆药量。据此，可以减小爆破的一些有害效应。

4）缓冲原则。选择适于控制爆破的炸药，相应改变装药结构，以缓和爆轰波峰值压力对介质的冲击作用，使爆破能量合理分配和利用。或者在开挖爆破区与保留区之间加设缓冲层，以减轻对保留部位的破坏影响。

5）防护原则。在研究爆破理论和分析爆破危害作用特点的基础上，采用有效措施，对爆破的危害进行防护。

（4）控制爆破振动危害方法。根据控制爆破振动影响的原则，可采用相应的技术措施和方法，实现有效控制爆破振动影响的目的。

1）微差起爆减小单段药量。使用毫秒电雷管、导爆管、电子雷管、高精度数码雷管等，采用毫秒微差延时起爆技术，可有效地分散起爆药量，包括进行孔间或孔内分段起爆，减小单段药量，降低爆破质点振动量。分段微差延时爆破的振动波形见图9-7，图9-7中A为分段间隔时间较大时的波形，T1、T2、T3均为独立的波形；E为T1、T2、T3（B、C、D）三段间隔时间较小时的地震波叠加的波形，其振幅大于前者，增大了爆破振动量。反之利用叠加原理，使用高精度延时雷管，根据爆区的地质地形条件，经精确计算，在爆破过程中，调整分段起爆过程中的段间间隔时间，使其振动量叠加抵消，达到减小爆破振动影响的目的。在国外已有学者开展了此项研究，并取得初步成果。

2）在梯段爆破中采用预裂、光面爆破，获得良好的临空面。与平地起和药室爆破相比，可有效地削减爆破对侧向、后冲及底部岩体的影响。预裂爆破可衰减对保留岩体的振动影响，并获得平整的开挖断面。垂直、水平及各个方向的预裂爆破技术已广泛应用，效果良好。光面爆破由于缓冲孔的弱爆破效果，同样可以有效减小对保留岩体的爆破影响。

图9-7　分段微差延时爆破的振动波形图

3）设置缓冲垫层。炸药与岩体之间设置垫层，可使爆轰波对岩体的作用得到缓冲，减小对岩体的破坏。例如使用小于钻孔直径的炸药，进行不耦合装药的预裂爆破和光面爆破，可减小对钻孔壁面的破坏；炮孔底部设置柔性垫层，可减小爆破对底部岩体的破坏影响，同时有利于克服根底夹制作用，使爆破后的基岩平整减少超欠挖量。基岩保护层一次爆除或不设保护层的基岩爆破技术，钻孔底部设置柔性垫层是一个很重要的措施。

4）设计合理的爆破参数。爆破设计中应尽量利用和设置临空面减小抵抗线，临空面的存在释放爆破能量改善爆破效果，起爆时应按临空面逐排或逐孔起爆；设置合理的毫秒延时间隔时间，合理的间隔时间应使前排爆破后为后排炮孔提供新的临空面，又能使前排起爆的岩块尚未落地之前在空中碰撞，使岩石碰撞利于破碎和减少飞石及空气冲击波，合适的间隔时间可使地震波反向叠加而减小振动量；设计合理的孔网参数，改变孔排距可实现宽孔距小抵抗线爆破，实行V形起爆或双临空面的斜线（对角线）起爆等，可充分利用临空面，提高炸药利用率，改善爆破效果，减小爆破对后冲方向的影响。

5）选择合理的爆破器材。采用爆速较低、威力较小的炸药，可减小爆破振动效应；采用聚能药包控制爆破作用方向，如聚能药包预裂爆破，可有效减少炸药量；采用等间隔毫秒延时雷管，也可充分分散炸药量；选择合适的爆破器材，可在确保爆破效果的同时，减小爆破有害效应。

（5）爆破振动安全防护措施。应对爆破振动的影响：采取综合的防护措施，有必要时可采用隔震措施，如常用的预裂隔震，布设一定深度1～2排孔距较密的隔震孔，挖掘一定深度的隔震沟。

在需要进行爆破作业的地带，各种建筑物要远离爆区建造，尽量避免修建高大建筑物。有特殊需要建造的，如水电站基坑附近的砂石筛分系统、拌和系统等，应使其具有良好的抗震性能。爆区附近的临时建筑物，也要牢固可靠。位于地形高处的建筑物不利于抗震，爆区与建筑群之间有沟谷、土堑等相隔物则很有利。所以，要利用有利部位，避开不利部位建造工业与民用建筑。以上情况要统筹规划、合理安排。

相邻隧洞之间爆破，地下厂房爆破，高边坡开挖爆破等，应在已成洞体或边坡段进行衬砌、锚喷加固，可防止爆破破坏。

在建筑近距离的爆破中，爆破时应组织人员撤离至安全地带。精密仪表和电厂高压开关等，应设隔震挡墙装置。

爆破时间选在正午或下班、放学后，以避开人员活动高峰。十分安静的时候不宜放炮。这样可以减轻人们对爆破地震的不适之感。

总之，从事爆破工作的人员，只要做到用科学的方法精心设计、精心施工，爆破地震波的危害影响是可以降至最低限度的。