摘 要：为揭示防波堤爆破挤淤施工对在建核设施监测区域爆破振动强度和频谱特征的影响规律，对现场测试的数据进行回归和小波包分析。结果表明：降低爆破挤淤振动效应的两个关键措施是控制一次起爆药量和爆破地震波主传方向；爆破挤淤炸药能量转化为地震波的比例明显高于陆地爆破；爆破振动能量在监测区域显著集中于低频频带，高频成分基本消失。
1 引言
我国当前核电装机容量占国内总发电量不足2％，远低于世界核能发电国家的平均水平。加快核电建设，有利于保障能源安全、促进社会经济发展，目前该产业在我国已进入批量化的发展阶段[1]。与此同时，如何有效地控制爆破施工对周边已运行或在建核设施的影响也成为有关各方关注的重点。
本文结合实际工程，分析了防波堤爆破挤淤施工对在建核设施的爆破振动影响，可为类似工程提供参考。
2 工程背景
2．1工程概况
福清核电项目位于福建省福清市三山镇前薛村。项目正修建取水明渠北防波堤，总长514.7m。为满足防波堤斜坡式结构的稳定性，对堤身下的淤泥、淤泥混砂、淤泥质粉质黏土等软弱上层采用“爆破挤淤填石法”进行地基处理，要求底部泥石混合层厚度小于1.0m。原泥面坡度较缓，标高为-0.75～-1.23m，落底标高-3.97～-7.36m。
2．2爆破挤淤工序与设计
爆破挤淤工序如图1所示。抛填要求“堤身先宽后窄，石料外大内细”；堤头爆破前抛填时要求平台宽度和厚度一次到位，爆后堤身缩窄到设计堤顶宽度控制方量。堤顶爆前高度为5.0～6.0m，宽度为36m；爆后高度为4.0～4.5m，宽度为22m。堤头爆填进尺为8m，每推进50m进行一次侧向爆填，如此循环直至达到设计堤长。最终采用体积平衡法或沉降位移法对堤身进行检测验收。
Fig.1 Flowsheet for blasting toe-shooting method
装药及爆破网路设计：选用袋装乳化炸药，导爆索连接炮孔，用2个电雷管并联一次起爆。
爆破参数设计如表1所示。
2．3爆破振动监测
为保证在建1#、2#。机组新浇混凝土不受破坏，爆破挤淤施工时对其进行爆破振动监测，控制物理量为质点振动速度峰值和频率。
测试系统由成都中科测控公司生产的EXP3850-3爆破振动记录仪和中国地震局工程力学研究所研制的891-Ⅱ型拾振器(3个拾振器分别为水平径向、水平切向和垂向)组成。
3个测点设置在邻近在建1#、2# 机组新浇混凝土靠近爆源一侧。
爆破振动控制标准为[2]：混凝土龄期在3天以内的质点振速峰值不大于1．5cm／s；4～7天的相应值不大于2.5cm／s；超过8天的相应值不大于7cm／s。在建1#、2#机组于防波堤东南侧，最近水平距离约580m，空间位置关系如图2所示，其中防波堤网格部位为本文研究对象(2008年11月24日至2009年3月25日期间50个炮次)的爆填区域。
Fig.2 Sketch of location relationship
3 爆破振动分析
爆破挤淤通常在抛填堤头“泥一石”交点前方1～2m距离，深度为(O～0．45)倍淤泥层厚度的位置埋置群药包[3]。起爆后，爆轰产物推挤爆源周围的淤泥向四周运动，并形成爆坑，以便泥石置换。炸药爆炸能量大部分耗散在推挤淤泥过程中；小比例能量以水中冲击波和水柱的形式释放；仍有较多能量在基岩、亚黏土、堆石散体、淤泥等不同介质中以爆破地震波的形式向四周传播。
3．1质点振速峰值分析
(1)阶段评估。本阶段混凝土浇注集中在1#核岛、电气厂房、辅助厂房和燃料厂房，各监测区域出现最大质点振速峰值如表2所示。
括号内表示对应炮次。爆破挤淤施工期间，1#核岛和辅助厂房始终设有测点，电气厂房和燃料厂房监测炮次分别为019～045和046～050。
由表2可知，爆破挤淤产生的爆破振动效应并未对新浇混凝土区域构成破坏。
(2)爆破振动影响参量分析。根据单孔药量和段药量的不同将所有堤头爆填炮次归为3类，如表3所示。
由表3可知，同等条件下，段药量对1#核岛监测区域质点振速峰值的影响重要程度大于爆心距。其他监测区域得到相同结论。可见，控制爆破规模、减小一次起爆药量，是降低爆破挤淤对监测区域爆破振动效应的主要途径。
(3)侧向爆填和堤头爆填比较。取前18个炮次中的堤头爆填炮次，对3个固定测点的最大振速峰值分别进行回归，得到如下衰减规律：
侧向爆填和堤头爆填的爆破参数和振动峰值测试结果如表4所示。
根据表4，将侧向爆填炮次的段药量和爆心距代人相应测点的回归公式进行计算，并与相邻堤头爆填炮次比较发现：侧向爆填的实测值明显高于回归值。由此可见，侧向爆填引起监测区域爆破振动效应强于堤头爆填的原因不仅是一次起爆药量，还与爆破地震波主传方向(即垂直于炮孔中心连线方向)有关。
(4)与其他爆破类型比较。同期进行的还有3#、4#机组场平正挖工程和1#、2#机组泵房负挖工程。由表5可知：同等条件下，爆破挤淤引起监测区域的爆破振动效应明显高于陆地正、负挖爆破，说明爆破挤淤炸药能量转化为爆破地震波的比例更高。
3．2频谱特征分析
鉴于振动频率对建(构)筑物结构响应的重要作用，爆破挤淤施工对在建核设施的振动影响还应考虑频谱特征[4]。统计主频发现，由爆破挤淤引起的各监测区域振动主频主要集中在17Hz以内，最低值仅为7．8Hz，如图3所示。
Fig.3 Basic frequence and its count
举例分析047炮次，该炮次时1#核岛和辅助厂房监测区域测到本阶段最大振速峰值。对三向出现
最大振速峰值的信号作小波包分解[5]，分析各频带的能量分布情况。仪器采样频率设为1024Hz，则其奈奎斯特(Nyquist)频率为512Hz，采用小波包基dB5函数，对信号进行7层分解，最低频带为0～4Hz。各测点不同频带能量分布百分比如表6所示。
由此可见，爆破挤淤引起在建核设施各监测区域的爆破振动能量显著集中于低频频带，且更接近建(构)筑物的自振频率范围1～5Hz，同时高频成分基本消失。因此，要足够重视爆破挤淤对在建核设施振动的频率影响。
4 结论
通过对测试数据的回归和小波包分析，得到如下结论：
(1)控制一次起爆药量，是降低爆破挤淤振动效应的关键措施，当爆源靠近保护对象时尤其要注意。
(2)爆破地震波主传方向(即垂直于炮孔中心连线方向)对爆破挤淤振动效应的影响很大，本工程侧向爆填强于堤头爆填。
(3)爆破挤淤炸药能量转化为地震波的比例明显高于陆地爆破，因此产生的爆破振动效应更加明显。
(4)爆破挤淤引起在建核设施监测区域爆破振动能量显著集中于低频频带，高频成分基本消失。
