[发明专利]一种考虑地应力瞬态卸荷的爆破振动安全判定方法

说明书

技术领域

本发明一种考虑地应力瞬态卸荷的爆破振动安全判定方法，涉及深部岩体钻爆开挖时围岩或邻近建筑物的爆破振动安全评估领域。

背景技术

在我国经济建设高速迅猛发展的背景下，地面发展空间严重不足，地下空间被逐步开发利用，如水利行业的地下厂房、交通行业的隧道工程、核电行业的核废料存储库等，地下工程的施工建设面临着大埋深、高地应力等不利条件。当前岩体开挖方式主要有钻爆法和机械(TBM)法两种方式，对于大型地下洞室的施工，最常采用的手段仍是钻孔爆破法，钻爆法是一种经济、高效的开挖方式。在地下洞室爆破施工的同时，不可避免地会对邻近既有洞室和开挖洞室本身产生不利影响，甚至有可能引起地下洞室的安全事故。目前我国对爆破地震安全评定的标准，主要是采用现行的爆破安全规程GB6722-2014，如表1：

表1爆破振动安全允许标准

《爆破安全规程》GB6722-2014，是采用质点峰值速度-主振频率双因素的安全判据，考虑到了不同频率成分爆破地震动对结构影响程度的差别，这种判据对爆破振动频率比较集中、只考虑爆炸荷载这一个激发源的大爆破比较适用。但针对高地应力条件下，钻爆开挖过程中会产生两个激励源：爆炸荷载和地应力瞬态卸荷，二者都会引起围岩的扰动；且爆炸荷载和地应力瞬态卸荷耦合产生的地震波具有宽频带(高低频具有明显分界点)的特点。因低频波与邻近建筑物的自振频率相接近，容易造成共振破坏，所以笼统的采用一个主振频率作为评价指标不一定适用，评价围岩振动的安全性不够准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑地应力瞬态卸荷的爆破振动安全判定方法，可以解决高地应力环境下采用《爆破安全规程》GB6722-2014，不能很好的反映爆炸荷载和地应力瞬态卸荷两个激励源耦合作用产生的地震波的宽频特性、安全性评估不够精确的问题，能更加准确可靠的评价爆破振动的安全。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种考虑地应力瞬态卸荷的爆破振动安全判定方法，包括以下步骤：

步骤1：预设爆破开挖的对象是深埋隧洞，设计爆破方案，对开挖隧洞本身和周围建筑物采用爆破测振仪进行振动监测，获得实测围岩振动信号。

步骤2：根据爆破振动监测数据，绘制质点振动速度随时间的变化图，也就是实测波形图，从图中可以获得实测振动峰值PPV₁。

步骤3：对爆破振动实测波形进行小波变换-时能密度分析，根据时能密度图中的突峰群个数，证明深埋隧洞爆破开挖过程中产生了爆炸荷载(BL)和地应力瞬态卸荷(IS)2个激励源，利用突峰群的时间分界点对爆炸荷载和地应力瞬态卸荷进行识别。

步骤4：采用Matlab软件提供的快速傅里叶转化(FFT)工具箱函数对实测波形进行幅值谱分析，由幅值谱曲线的突峰群进一步说明爆破振动是爆炸荷载和地应力瞬态卸荷共同作用的结果，依据低高频突峰群分界的特点，分别得到2个激励源耦合作用、地应力瞬态卸荷、爆炸荷载分别引起的振动幅值A₁、A₂、A₃，和其相对应的主振频率f₁、f₂、f₃，以及爆炸高频波与瞬态低频波的频率分界点f₄。

步骤5：将f₄作为截止频率，选用Matlab信号处理工具箱函数设计的FIR低通滤波器对实测耦合波形进行滤波，分离出地应力瞬态卸荷所诱发的振动波形，在此基础上，从原始实测波形中减去地应力瞬态卸荷诱发的围岩振动波形便可以得到爆炸荷载引起的振动信号，并且分别从地应力瞬态波形图和爆炸荷载波形图中获得瞬态振动峰值PPV₂与爆炸振动峰值PPV₃。

步骤6：依据《爆破安全规程》GB6722-2014，分别选取耦合振动主频f₁、瞬态主频f₂、爆炸主频f₃所对应的爆破振动安全允许值[PPV₁]、[PPV₂]、[PPV₃]。