对应用爆破振动计算公式的几点讨论
对毫秒延时爆破地震公式的讨论
对毫秒延时爆破地震公式的讨论发布时间：2007-08-08顾毅成（铁道科学研究院，北京 100081）摘要：毫秒延时爆破以其降低爆破振动效应，改善爆破质量得到了日益广泛的应用，但对毫秒延时爆破地震动强度的计算方法，存在着不同的观点。
通过归纳分析毫秒延时爆破地震波的时域特性，对目前几个公式和观点进行了讨论与分析，并提出了用于毫秒延时爆破振动安全设计和评估计算模式的建议。
关键词：毫秒延时爆破爆破地震效应爆破振动公式中图分类号：文献标识码：文章编号：Discussion about Seism equation of Delay MS Blasting Gu Yicheng(China Academy of Railway Sciences)KEY WORDS: Delay MS blating；Blasting seismic effect；Blasting seism equation1 引言采用毫秒延时爆破，可以改善爆破质量、降低爆破地震效应，扩大一次爆破的规模；而采用导爆管起爆网路，通过高精度导爆管毫秒雷管及孔内、孔外毫秒延时雷管的合理设计，更有可能实现毫秒差为10ms、乃至更小的毫秒段间隔延时起爆，因而毫秒延时爆破得到日益广泛的应用。
但对毫秒延时爆破地震动强度的预报计算公式，目前还没有比较统一的意见，并影响到毫秒延时爆破的设计与爆破振动安全。
加强对毫秒延时爆破地震效应机理及地震动强度计算公式的研究，有重要的实际意义。
2 毫秒延时爆破地震动强度预报的几个公式与观点关于毫秒延时爆破地震动幅值预报或安全允许距离计算公式，当前可见以下几个。
2.1 爆破安全规程（GB6722-2003）[1]爆破安全规程（GB6722-2003）第6.2.3款规定：爆破振动安全允许距离，可按式（1）计算。
（1）式中：R—爆破振动安全允许距离，m；Q—炸药量，kg，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，单位为千克(kg)；V—保护对象所在地质点振动安全允许速度，单位为厘米每秒（cm/s）；K、α—与爆破点预计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。
爆破振动专题交流
§1 爆破振动基本原理
4爆破振动主振频率与传播介质特性有关
一般来说，岩石越坚硬，其振动的
高频成分越丰富，而在软弱风化岩石或 土层中，其振动的高频成分会很快衰减。
§1 爆破振动基本原理
表1 爆破地震与天然地震比较
项目
类别 爆破地震 地表（浅） 天然地震 地壳深处
震源深度 释放能量 振动频率 持续时间 影响范围
8～12
15～20 20～30
10～15
10
1.5～2.0 3.0～4.0 7.0～8.0
2.0～2.5 4.0～5.0 8.0～10.0
2.5～3.0 5.0～7.0 10.0～12.0
§2 爆破振动安全判据
爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂 直的三个分量。 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。
内容提要
1 2 3 4 爆破振动基本原理 爆破振动安全判据 爆破振动测试技术 爆破振动影响分析 常见降振减振措施
2018/10/1 2
5
5
1
§1 爆破振动基本原理
1.1爆破的内部作用 根据岩石的破坏特征，可将耦合装 药条件下，受爆炸影响的岩石分为 3 个 区域:
1)粉碎区 2)破裂区 3)震动区
破裂区外围岩体中，应力波和爆轰 气体能量已不足以对岩石造成破坏，应 力波的能量引起该区域内岩石质点发生 弹性振动，这个区域称为震动区。
建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素。
b 省级以上(含省级)重点保护古建筑与古迹的安全允许振速， 应经专家论证选取，并报相应文物管理部门批准。
c 选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑构筑物的重 要性、围岩状况、断面大小、深埋大小、爆源方向、地震振 动频率等因素。 d 非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出 的上限值选取。
爆破振动预测研究综述
学者 公式 刘美山等
1 /3 ［8 ］ α
有些研究者在针对某一具体工程 的可靠性。因此， 进行研究过程中， 往往在式 （ 1 ） 的础上作一些修正。 表 2 为考虑高差的爆破振动衰减规律公式 。
考虑高差的爆破振动衰减规律公式
周同岭等［10］
β
朱传统等
βH 1 /3 α
［9 ］ 1 /3
宋光明等［11］
易长平（ 1975 —） ， 武汉理工大学资源与环境工程学院 ， 副教授， 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 。 博士，
动峰值振速来描述爆破振动的强度 。由于爆破过程 及其振动传播过程的复杂性， 实际工程中对于爆破 振动峰值预测及衰减规律的研究主要以经验公式为 主， 也有一些理论研究， 或者采用数值模拟及其他方 法的研究。 1. 1 爆破振动强度的经验预测 国内外大量的实测结果表明： 反映爆破振动强 度的诸物理量与炸药量、 爆心距、 岩土性质以及场地 条件等因素密切相关。虽然各个国家试验条件各不 相 同， 但大致上都可以得出以下形式的经验公 式
［1 ］
： A = KQ m R n ， （ 1）
A 为反映爆破振动强度的物理量（ 振动速度或 式中， kg； R 为测点到爆源中心的距 加速度） ； Q 为炸药量， m， n 为反映不同爆破方式、 离； K ， 地质、 场地条件的 系数和指数。 表 1 是国内外主要应用于爆破振动强度预测的 经验公式， 这些公式都符合式 （ 1 ） 的形式， 有学者对 同一组爆破振动数据按不同的公式进行回归并与实 测结果进行对比分析， 发现尽管这些公式表达形式 不同， 但最后的预测结果差别并不大
［17 ］
计算速度也更快。 算法不仅预测精度更高， 1. 3 爆破振动的理论预测 常用的经验公式都不能直接反应诸如炸药种 类、 装药结构、 钻孔孔径及岩性参数等因素对质点峰 长 值振动速度的影响。 卢文波等基于柱面波理论、 柱状装药中的子波理论以及短柱状药包激发的应力 波场 Heelan 解的分析， 推导了岩石爆破中质点峰值 振动速度衰减公式
爆破地震波、水下爆破计算公式
爆破地震波诫计算公式一、爆破安全规程：1、爆破安全允许距离：R=（K/V）1/α·Q1/32、爆破安全震速：V=K（Q1/3/R）α3、最大起爆药量：Qmax= R3(V/K)3/α二、冯叔瑜教授公式：V=K K’（Q1/3/R）αK’=0.2 ～0.3 其它按爆破安全规程取三、《特种爆破技术》安全与防护㈠爆破震动⑴质点振动速度V=K K’（Q1/3/R）αK’=0.2 ～0.3 其它按爆破安全规程取㈡塌落震动P35表2-4秦皇岛拆除爆破的振动观测数据：在24-120米以内：塌落震动/爆破震动=5.8～3.4倍即塌落震动=(5.8～3.4)×爆破震动㈢检验最大安全装药量:Qmax= R3(V/K K’)3/α㈣空气冲击波一般认为，冲击波的压力下降到180dB时便变成声压。
水下爆破一、水下爆破地震波计算公式：1、上海地震局经验公式：V=94（Q1/3/R）0.842、《工程爆破实用手册》P445⑴水下裸露爆破——炸礁装药总量Q= K V V—礁石总体积m3, K—取5-10kg/ m3,⑵水下殉爆和拒爆的预防：殉爆距离：φ25mm，35%的胶质炸药在45-60cm距离内可殉爆；同种炸药：间距2m偶尔殉爆；⑶水下爆破地震效应公式：αV=K（Q1/3/R）⑷水中冲击波及涌浪水中冲击波安全距离(水深不大于30米)Q≤1000kg时水中冲击波安全距离米Q≥1000kg时按下式计算安全距离(水深不超过30米)1/3⑸水深大于30米时,按库尔公式计算水中冲击波超压峰值：库尔公式：P S=53.3(Q1/3/R)1.13 , [MPa]柯克伍德公式：P S=52.7(Q1/3/R) , [MPa]。
爆破震动产生的影响分析
爆破震动产生的影响分析报告1爆破规模2014.4.7中午12：00我部在基坑开挖沉箱位进行2次大块石爆破和1次常规爆破，其中2次大块石爆破设计方量为：6079m3；孔数为：45个附加修路9个；设计装药量为：2430kg；爆破单耗：0.4kg/m3；由于发现底盘抵抗线过大，担心无法将底根完全抛掷，经现场决定将爆破单耗增大，实际装药量达到3900kg。
起爆后，在项目部生活区感觉比以前爆破震动强烈，经检查爆心距366m的测振仪显示爆破振速2.83cm/s。
2爆破振速的计算根据国家标准《爆破安全规程》，爆破振动计算公式为aR Q K v ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=31Q 为爆破单段起爆药量，最大单段起爆药量按下式进行计算α33max ⎪⎭⎫⎝⎛=K v R Q 式中：K ——爆破条件和场地系数；α——爆破地震波传递衰减指数；Q ——爆破最大段药量，kg；R ——爆破中心至保护对象某测点的距离，m；K、α值的确定，主要有经现场震动实测回归分析得到，或按工程类比法参考《爆破安全规程》的相关经验值进行选取。
《爆破安全规程》确定的经验值如下：表3-3爆区不同岩性的K 、α值岩性K α坚硬岩石50~150 1.3~1.5中硬岩石150~250 1.5~1.8软岩石250~3501.8~2.0目前本工程的K、α值只能参照其它类似工程进行初步确定，工程正式施工后进行实测较核。
初期设计理论校核时取值K=180，α=1.6。
国家标准局《爆破安全规程》GB6722-2011中第6.2.2款对不引起建（构）筑物破坏的爆破地震安全震速规定如表所示：爆破振动安全允许标准序号保护对象类别安全允许振速／(cm/s)<10Hz10Hz～50Hz50Hz～100Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋a0.5～1.00.7～1.21.1～1.52一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物a2.0～2.52.3～2.82.7～3.03钢筋混凝土结构房屋a3.0～4.03.5～4.54.2～5.04新浇大体积混凝土d：:龄期：初凝～3d2.0～3.0龄期：3d～7d3.0～7.0龄期：7d～28d7.0～12注1：表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。
爆破振动速度与破坏程度的关系
爆破振动速度与破坏程度的关系【分享】：来自炸药及爆炸作用书籍，版权属于原作者，仅仅分享，如有不妥，告知删除。
爆破振动速度与破坏程度的关系1爆破振动强度的衡量标准爆破地震破坏的强弱程度称为振动强度或振动烈度。
振动强度可用地面运动的各种物理量来表示，如质点振动速度、位移、加速度和振动频率等。
但是，通过对大量爆破振动量测数据研究后得出，用质点振动速度来衡量爆破振动强度更为合理。
理由是：（1）质点振速与应力成正比，而应力又与爆源能量成正比，因此振速即反映爆源能量的大小。
（2）以质点振速衡量振动强度的规律性较强，且不受频率变化的影响，美国矿业局用回归分析法处理了美国、加拿大和瑞典三国的实测数据，这三组数据是使用不同仪器在不同施工条件下建成的住宅中试验量测所得。
结果得出一条质点振速不随频率而变化的等值直线。
这充分说明，以质点振速作为安全判据，可适用于不同的测量仪器，不同的测量方法和不同的爆破条件。
（3）质点振动速度与地面运动密切相关。
分析大量实测数据表明，结构的破坏与质点振动速度的相关关系比位移或加速度的相关关系更为密切。
（4）质点振动速度不受地面覆盖层类型和厚度的影响，而地面运动的多数参数则都会受到影响。
例如在低弹性模量的土壤中，应力波传播速度低；随覆盖层厚度增加，振动频率明显下降，地面质点位移就会增大。
在不同类型和不同厚度和覆盖层中进行的试验结果表明，虽然地面运动的多数参数会随着覆盖层厚度的变化而变化，但对于引起结构破坏的质点振动速度却未受到明显影响；因此，将质点振动速度作为衡量爆破振动安全判据是有利的。
目前我国也和大多数国家一样，以质点振动速度作为衡量爆破振动烈度的判据。
一般情况下，把爆破振动速度控制在《爆破安全规程》规定的范围内，可以保证正常房屋不致受到破坏。
特殊环境下实施爆破时可以根据房屋的实际抗震能力及设计抗震烈度值来确定其爆破振动速度的极限值（表1）。
表1抗震烈度与相应的地面质点运动速度值2爆破振动速度与破坏程度的关系岩石开始破坏的振动速度是50〜100cm/s。
建筑物爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论和应用
1.3相关法规：《建设工程安全生产管理条例》(国 务院第393号令)、《北京市建设工程施工现场管 理办法》(政府令第247号)、《危险性较大的分部 分项工程安全管理办法》（建质[2009]87号）、 《北京市实施<危险性较大的分部分项工程安全管 理办法>规定》（京建施[2009]841号）等。
第二部分 实质性论证
8文明施工及环保、消防措施 根据工程实际制定有针对性的文明施工、环境保
护及消防施工措施及注意事项，应包括防噪音、 粉尘及防火灾的具体办法。
9拆除施工应急预案 应急预案主要内容：根据建（构）筑物周边环境、
结构特点，对施工中可能发生的情况逐一加以分 析说明，制定具体可行的应急预案；应包括组织 机构，工作布置，救援预案等内容，并应达到响 应级。
拆除工程方案评审细则
李建设
第一部分 符合性论证
1.专项方案装订成册，封面签章齐全（包括编 制人、审核人、审批人签字和编制单位盖 章）。
2. 专项方案的主要内容基本完整。主要内容：编制 说明及编制依据；工程概况；施工方案选择；施工 组织及资源配置；施工计划；施工安全保证措施； 拆除施工技术保证措施、文明施工及环保、消防措 施；季节性施工措施；拆除施工应急预案。
第七部分 北京市拆除工程主要拆除方法
4.对于水塔、烟囱类等高耸构筑物，如有定向倾 倒场地，在采取减振及防止飞石的安全措施后可 采用大型液压破碎机械破碎缺口定向倾倒进行拆 除。
5.对于水塔、烟囱类等高耸构筑物，如无定向倾 倒场地，可采取搭设脚手架或设置上部作业平台 的办法，采用液压或风动破碎机械自上而下破碎 或解体成块拆除。
爆破震动反应谱的特征分析
爆破震动反应谱的特征分析包辉【摘要】介绍了描述反应谱曲线变化特征的谱面积概念,并利用实验数据的统计计算,对谱面积与爆破地震波强度、频率、爆破参数以及结构震动响应的关系进行了讨论.最后,通过数据分析,依托比尺距r建立了谱面积的预测模型.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2010(000)009【总页数】3页(P143-145)【关键词】爆破震动;反应谱;比尺距【作者】包辉【作者单位】中国铁建第十四局集团有限公司北京工程指挥部,北京,100036【正文语种】中文【中图分类】TD235.1+2结构振动响应的反应谱理论是地震工程界应用比较成熟的分析方法。
虽然在我国工程爆破界已有人把反应谱理论引入到爆破地震动的研究中，但因为爆破地震效应的复杂性和爆破实测地震记录资料的有限性，目前爆破工程界对反应谱理论的应用，还有许多问题有待解决。
本文应用谱分析方法对露天浅孔、深孔爆破的地震波实测记录进行分析，以总结爆破地震波激励下结构的反应谱特征，探寻反应谱和爆破振动强度及其破坏效应之间的关系。
1 建(构)筑物爆破振动响应的反应谱特征值所谓反应谱理论，是以单质点弹性体系在实际地震过程中的反应为基础来进行结构反应分析的方法。
按照这一理论，应用反应谱曲线可以按照实际地面运动来计算建筑物的反应。
反应谱理论是用来计算建筑物在实际地震作用下的反应而提出来的，爆破地震和天然地震对建筑物的破坏机制是相同的，所以反应谱理论推广应用到计算建筑物在爆破地震作用下的反应是可靠的。
爆破振动响应反应谱是地震波作用下的不同结构体的最大响应值序列，其曲线综合体现了爆破地震波对不同结构体的振动差别，同时反应谱曲线的峰值高低和衰减速率的变化可以体现爆破振动信号的强弱和频率的变化，应该可以利用反应谱的特征来描述爆破地震波对结构的破坏作用。
从反应谱的定义可知，最大反应谱值只是表征了某一对应周期的结构可能发生的最大响应，采用反应谱值中的最大值作为爆破地震波的特征值，是不合理和不全面的，必须寻找另外的途径。
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对应用爆破振动计算公式的几点讨论
爆破地震效应对邻近建(构)筑物的安全影响，已成为爆破工程项目的敏感问题。
按照爆破安全规程计算爆破时产生的地面质点峰值振动速度，对邻近建(构)筑物进行安全校核，已成为爆破设计、安全评估的重要内容，但在爆破振动计算公式的应用上，存在一些误区，影响安全校核的可靠性，值得引起重视。
1. 爆破振动计算公式有一定的适用范围
根据《爆破安全规程(GB 6722—2003)》①，可以按下式计算爆破时产生的地面质点峰值振动速度，即：图（1）
式中，K、α是与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，是根据大量观测数据统计提出的经验系数。
一般来讲，观测点的布置有一定的范围，一些实测资料也明确标明数据采集的范围及置信率，因此，爆破振动计算公式是有一定适用范围的，例如，一般，
的范围在0.01~0.2，超出这个范围，经验数据就缺少依据。
再者，从爆破理论我们可知，爆破地震波从离爆源近区向远区传播，经历着非弹性介质状态、非线性弹性形变及弹性形变几个区域，其衰减指数α也是不同的，一般，在离爆源近区高，接近3，而在传播过程中，逐步衰减为接近1。
②当然衰减指数α值还与药包大小、结构、传播区域地质条件等多种因素有关。
在应用爆破振动计算公式时，如不考虑公式的适用范围，如离爆源近区，也按此公式计算，计算结果用于安全设计或安全评估，显然是不可靠的。
2．毫秒延时爆破按最大一段药量计算爆破振动偏于不安全
目前，毫秒延时爆破已得到广泛应用，但尚无一个统一的精确的公式来计算毫秒延时爆破的地震效应。
爆破安全规程在爆破振动计算公式中规定：炸药量Q，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量。
延时爆破分为秒延时爆破和毫秒延时爆破。
在一般工程爆破设计中，毫秒延时爆破的段时间间隔，一般在25～100ms，如采用孔间毫秒延时爆破，间隔时间
可能还要小一些。
众所周知，相邻段爆破产生的地震动波形将叠加，其合成振动的最大幅值，有可能比独立一段爆破时的最大幅值小，也有可能更大。
因此，在毫秒延时爆破应用爆破振动计算公式时，按最大一段药量计算爆破振动偏于不安全。
关于这一点，已有不少爆破工作者注意到③④，我与杨年华在2004年撰写的《对毫秒延时爆破地震公式的讨论与分析》⑤一文对此专门进行了讨论。
我们认为，，当毫秒延时爆破的分段间隔时间较小时，各段爆破的地震波会产生叠加，在振动信号叠加的情况下，对幅值而言，最不利的情况为叠加段的幅值同相叠加，这就涉及到叠加情况下等效药量的计算问题。
根据大量测振资料的研究分析与工程实践结果发现，对浅孔小规模毫秒延时爆破，各段爆破振动波持续时间短，若段间隔时间Δt大于30ms，相邻段爆破振动波发生叠加很少，采用公式（1）作为预报保护对象所在地质点振动速度是可行的。
对于深孔爆破或硐室爆破，由于单段爆破药量较大，单段爆破振动持续时间较长，通常每段主振动持续时间达50～100ms，且有随与爆源距离增大振动持续时间加长的特点，例如常规的毫秒延时爆破分段间隔时间在50ms左右，相邻段爆破振动波发生叠加的机会很大。
这种情况下若按照最大一段炸药量Q，用公式（1）计算安全允许距离，其结果有可能较实际值偏小。
如果我们考虑到爆破工程中多种因素条件的复杂性以及爆破振动实际数据的离散性，作为爆破安全规程，仅考虑最大一段药量，而忽视相邻段药包爆破时对振动的“增幅”可能，显然是存在欠缺的，并有安全风险。
由于导爆管雷管及电子雷管的起爆时间精细控制技术已有可能实现，笔者建议，浅孔小规模爆破时段间隔时间Δt大于30ms，深孔或硐室爆破时段间隔时间Δt大于100ms，可不考虑地震波叠加；Δt小于100ms且距离80m以外，爆破地震波会产生叠加，需要按等效药量来计算安全距离。
考虑到毫秒延时爆破地震效应的复杂性以及数据的离散性，在对毫秒延时爆破地震效应进行安全设计或评估时，建议按时差100ms～200ms内爆破药量总和的最大值，即
，作为公式（1）中的计算药量值，来计算预报保护对象所在地质点振动速度。
评估点距离爆源越远，计算等效爆破药量总和的时间段越长。
因为爆破地震波随传播距离增加，振动持续时间变长，振动频率降低，振动最大峰值不显著。
3．爆破安全规程有关爆破振动安全条款的表达方式不严谨
爆破安全规程（GB6722-2003）第6.2.3款规定：爆破振动安全允许距离，可按下式计算：（2）
式中：R——爆破振动安全允许距离，m；单位为kg；
V——保护对象所在地质点振动安全允许速度，单位为cm·s-1；
K、α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。
“爆破振动安全允许距离”的表达方式是不严谨的，由于不同建(构)筑物的爆破振动安全允许标准不同，对不同的建(构)筑物，显然有各自不同的安全允许距离。
因此，不如计算保护对象所在地质点振动安全允许速度，按照保护对象的爆破振动安全允许标准加以判别更严谨。
4．建议
（1）通过公式（1）计算爆破时产生的地面质点峰值振动速度，在选取系数K值和衰减指数α值时，应注意其适用范围；在毫秒延时爆破按最大一段药量计算爆破振动时，应考虑药包间隔时间较小时振幅叠加的可能性，尽可能使计算成果接近实际。
（2）鉴于爆破地震效应的影响因素很多及其过程的复杂性，对深孔和隧道爆破等重复性爆破作业，宜对保护对象进行爆破振动监测，通过监测取得的数据要比按公式计算可靠。
（3）在修订爆破安全规程时，关于爆破振动安全，建议选择严谨的表达方式，计算参数的选取宜更多的考虑其安全性。
并倡导或规定在某种复杂环境条件，应对保护对象进行爆破振动监测，用以指导爆破作业。