地鐵隧道爆破施工對(duì)黃鶴樓振動(dòng)影響

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摘要:近年來(lái)，隨著城市地鐵不斷修建，在復(fù)雜環(huán)境下隧道開(kāi)挖的施工措施尤應(yīng)慎重。結(jié)合武漢市地鐵5號(hào)線隧道穿越黃鶴樓開(kāi)挖工程現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行了爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)，分析了爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，發(fā)現(xiàn)各個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度均小于安全控制值。同時(shí)，利用薩氏公式回歸，分析計(jì)算出開(kāi)挖爆破的水平徑向、水平切向、垂直方向的k，α值，得到了該工程環(huán)境條件下的爆破振動(dòng)速度傳播規(guī)律，保證了工程爆破開(kāi)挖施工與周邊環(huán)境安全，并用于指導(dǎo)后續(xù)爆破施工。

關(guān)鍵詞:地鐵隧道;振動(dòng)速度;理論分析;爆破施工;古建筑

0引言

隨著城市化不斷推進(jìn)，地鐵交通成為了人們出行的重要選擇，地鐵里程逐年增加［1］，如何保證地鐵安全運(yùn)行尤為重要，而隧道安全是地鐵安全運(yùn)行的重要保證。在地鐵隧道施工中，往往會(huì)面臨大量的土石方開(kāi)挖［2］，爆破開(kāi)挖能保證工期，提高工程施工的進(jìn)度，從而成為首選的施工方法。但是，城市空間環(huán)境復(fù)雜，爆破施工對(duì)周邊建筑物、鐵路、橋梁都會(huì)造成影響與危害，保證爆破施工質(zhì)量安全需要選擇合適的爆破方法與爆破參數(shù)，降低與控制爆破地震動(dòng)對(duì)建(構(gòu))筑物的安全影響［3－4］。城市隧道爆破開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的地震效應(yīng)對(duì)邊坡和鄰近區(qū)域內(nèi)建(構(gòu))筑物的影響，仍是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題［5－6］。本文結(jié)合武漢市地鐵5號(hào)線彭劉楊路站－司門口站區(qū)間B段爆破開(kāi)挖工程，針對(duì)黃鶴樓、蛇山人防、鐵路路基及邊坡進(jìn)行了長(zhǎng)期的爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)，保證了工程爆破開(kāi)挖施工與周邊環(huán)境安全，使爆破開(kāi)挖工程安全、有效地進(jìn)行。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到了該區(qū)域工程環(huán)境條件下的爆破振動(dòng)速度傳播與衰減規(guī)律，以為后續(xù)有效控制爆破振動(dòng)和爆破施工鉆爆參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1工程概況

1．1工程簡(jiǎn)介

彭劉楊路站－司門口站區(qū)間始于彭劉楊路站北端，向北敷設(shè)下穿大片的1～4層房屋，側(cè)穿兩棟混凝土房屋，沿線下穿黃鶴樓人防巷道、半山橋橋樁、武珞路、黃鶴樓景區(qū)、蛇山人防、京廣鐵路、民主路，在民主路北側(cè)到達(dá)司門口站。B區(qū)(右DK13+098～DK13+062，左DK13+098～DK13+070)段處于京廣線安全保護(hù)區(qū)外，允許采用爆破法施工，為減少爆破施工對(duì)京廣線造成的影響，擬采用毫秒微差松動(dòng)爆破。彭劉楊路站－司門口站區(qū)間中段周邊環(huán)境及施工分區(qū)見(jiàn)圖1。

1．2工程地質(zhì)水文條件

黃鶴樓山體巖土類型主要為(20c－1)S2r強(qiáng)風(fēng)化泥巖，(19－2)D3中風(fēng)化石英砂巖，(19－1)D3強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，隧道上覆土主要為(1－2)素填土、(13－1)殘積黏性土，(20c－1)強(qiáng)風(fēng)化泥巖。場(chǎng)地地下水按賦存條件可分為上層滯水、孔隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水。

2爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

2．1測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)試頻率

2．1．1測(cè)點(diǎn)布置。(1)在最為靠近爆破點(diǎn)的鐵路路基上設(shè)一固定測(cè)點(diǎn)，所測(cè)數(shù)據(jù)基本能反映爆破對(duì)鐵路路基的最大振動(dòng)影響，在路基和邊坡頂布置測(cè)試儀。(2)在最為靠近爆破點(diǎn)的黃鶴樓基礎(chǔ)處設(shè)一固定測(cè)點(diǎn)。(3)在最為靠近爆破點(diǎn)的勝像寶塔基礎(chǔ)處設(shè)一固定測(cè)點(diǎn)。(4)在人防工程巷道中設(shè)2個(gè)測(cè)點(diǎn)，一個(gè)在左線爆破工作面上方;另一個(gè)在右線爆破工作面上方，并隨著效應(yīng)爆破工作面的推進(jìn)而臨時(shí)增加測(cè)試儀，嚴(yán)格觀測(cè)人防設(shè)施振動(dòng)影響。2．1．2測(cè)試頻率。對(duì)于鐵路路基測(cè)點(diǎn)，在初始段爆破時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率為100%，當(dāng)左右線均推進(jìn)35m后，可降低監(jiān)測(cè)頻率為50%，當(dāng)推進(jìn)到50m或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小于0．5cm/s后，不再監(jiān)測(cè)。人防監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在爆破點(diǎn)正上方的人防工程底板上，監(jiān)測(cè)頻率為100%，當(dāng)爆破點(diǎn)移出人防工程平面，可降低監(jiān)測(cè)頻率為20%，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小于2．0cm/s后可不再監(jiān)測(cè)。黃鶴樓基礎(chǔ)處及勝像寶塔基礎(chǔ)處的爆破振動(dòng)數(shù)值變化不大，其中黃鶴樓基礎(chǔ)處監(jiān)測(cè)頻率為20%，勝像寶塔基礎(chǔ)處因接近控制值，監(jiān)測(cè)頻率為100%。

2．2傳感器安裝、調(diào)試和監(jiān)測(cè)記錄

鐵路路基、黃鶴樓、勝像寶塔測(cè)點(diǎn)可長(zhǎng)期固定在指定位置，爆破前僅需將記錄儀接入傳感器。人防為臨時(shí)測(cè)點(diǎn)，在爆破前提前30min，用快速粘接劑將振動(dòng)傳感器牢靠安裝到測(cè)量確定的測(cè)點(diǎn)位置。要求粘接劑飽滿，三向傳感器上表面水平，粘接劑基本定型后連接傳感器導(dǎo)線到測(cè)試儀。根據(jù)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾情況設(shè)置屏蔽系統(tǒng)。爆破前10min進(jìn)行儀器調(diào)試和記錄試驗(yàn)。根據(jù)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)脈動(dòng)情況設(shè)置觸發(fā)閾值。人工激發(fā)產(chǎn)生振動(dòng)，檢查測(cè)試儀記錄是否正常。調(diào)試完畢可通知爆破施工單位爆破按時(shí)進(jìn)行。爆破后可立即讀取振動(dòng)數(shù)據(jù)，記錄入表。振動(dòng)測(cè)試人員應(yīng)與統(tǒng)一指揮人員保持對(duì)講機(jī)通訊聯(lián)絡(luò)，以確保每次都能有效地記錄爆破振動(dòng)。為更好地分析、應(yīng)用振動(dòng)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)爆破施工，需要爆破施工人員將爆破記錄及時(shí)交給測(cè)試人員，爆破記錄由爆破作業(yè)人員在爆破施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，記錄裝藥、聯(lián)網(wǎng)過(guò)程。爆破記錄要求數(shù)據(jù)真實(shí)、各段藥量準(zhǔn)確，有爆破點(diǎn)與各測(cè)點(diǎn)之間的距離，并有爆破負(fù)責(zé)人確認(rèn)記錄的簽字。

2．3爆破振動(dòng)測(cè)試儀器選擇

根據(jù)該工程爆破振動(dòng)的特點(diǎn)，采用了目前較為先進(jìn)的UBlast爆破振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以同時(shí)在一觀測(cè)點(diǎn)測(cè)試3個(gè)方向的爆破振動(dòng)速度，數(shù)據(jù)可立即讀取，自動(dòng)記錄次數(shù)可達(dá)1000次。初步確定選用5組10套爆破測(cè)試系統(tǒng)，每套含記錄儀和傳感器各一臺(tái)。UBlast測(cè)試系統(tǒng)由TYTEST－3三向一體速度傳感器和UBlast測(cè)試記錄儀組成。對(duì)于人防工程隧道等限制進(jìn)入處的測(cè)點(diǎn)，可選用帶4G傳輸功能的測(cè)試儀及時(shí)傳出爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)爆破振動(dòng)控制。爆破振動(dòng)測(cè)試儀系統(tǒng)如圖2所示。

3爆破振動(dòng)控制指標(biāo)

GB6722－2014《爆破安全規(guī)程》規(guī)定:評(píng)估爆破對(duì)不同類型建(構(gòu))筑物、設(shè)施設(shè)備和其他保護(hù)對(duì)象的振動(dòng)影響，應(yīng)采用不同的安全判據(jù)和允許標(biāo)準(zhǔn)。地面建筑物、電站(廠)中心控制室設(shè)備、隧道與巷道、巖石高邊坡和新澆大體積混凝土的爆破振動(dòng)判據(jù)，采用保護(hù)對(duì)象所在地基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率。爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)詳如表1所列。對(duì)應(yīng)表1，民房選取1．5cm/s作為爆破振動(dòng)的控制值;黃鶴樓是鋼筋混凝土建筑，選取2．5cm/s作為爆破振動(dòng)的控制值;勝像寶塔雖然是文物級(jí)保護(hù)對(duì)象，但為實(shí)心結(jié)構(gòu)，且高度較小，結(jié)構(gòu)較為耐振，選取0．5cm/s作為爆破振動(dòng)的控制值。根據(jù)TB10313－2019《鐵路工程爆破振動(dòng)安全技術(shù)規(guī)范》爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，軌道下路基選取5．0cm/s作為爆破振動(dòng)的控制值，鐵路邊擋墻邊坡按高邊坡選取5．0cm/s作為爆破振動(dòng)的控制值偏于保守。為實(shí)質(zhì)性降低爆破振動(dòng)對(duì)鐵路路基和邊坡的影響，將爆破振動(dòng)降級(jí)，在非天窗段進(jìn)行爆破，并將鐵路路基和邊坡的爆破振動(dòng)控制在2．0cm/s以內(nèi)。蛇山地下人防工程因?yàn)槟芸箵糨^大的破壞力，且截面較小，比照礦山巷道，選取20．0cm/s作為爆破振動(dòng)的控制值。

4監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4．1爆破速度監(jiān)測(cè)

爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所列，各個(gè)測(cè)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)速度都小于控制值，有效保護(hù)了文物古跡，對(duì)安全施工帶來(lái)了可靠性保證。在最大段裝藥量相近的情況下，隨著爆源距的增大，振動(dòng)速度呈現(xiàn)衰減的趨勢(shì);當(dāng)爆源距變化不大時(shí)，隨著最大段藥量的增加，振動(dòng)速度也相應(yīng)在增大。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比3個(gè)方向的振動(dòng)速度，發(fā)現(xiàn)垂直方向振速較大，切向方向及徑向方向基本小于垂直方向的速度。

4．2回歸分析

在施工過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度和最大段藥量、爆源距有密切聯(lián)系［7］。目前廣泛應(yīng)用前蘇聯(lián)薩道夫斯基的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析［8－9］:式中:v為被保護(hù)對(duì)象允許的振動(dòng)速度，cm/s;Q為一次起爆最大段藥量，kg;R為爆源中心到監(jiān)測(cè)對(duì)象的距離，即爆源距，m;k，α分別為與爆破條件、巖石特性有關(guān)的系數(shù);ρ為比例藥量。結(jié)合公式(1)～(2)，令爆破振動(dòng)峰值振速v=Y，比例藥量ρ=x，則有Y=kxα。對(duì)爆破試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，分別得到3個(gè)方向峰值振速與比例藥量之間的擬合曲線，如圖3～5所示。從圖3～5可以看出，各曲線的相關(guān)性系數(shù)分別達(dá)到了0．962，0．9466與0．858，曲線回歸相關(guān)性較高，擬合結(jié)果可靠有效。

5結(jié)論

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)值均小于控制值，對(duì)指導(dǎo)安全性施工具有重要意義。同時(shí)，得到了最大段藥量、振動(dòng)速度、爆源距的監(jiān)測(cè)表，可以看出3個(gè)方向的振動(dòng)速度中，垂直方向的振動(dòng)速度比切向方向及徑向方向的速度大一些。(2)結(jié)合薩道夫斯基的經(jīng)驗(yàn)公式，通過(guò)回歸分析得出了各個(gè)方向的爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律公式的k，α值，該公式反應(yīng)了在該區(qū)段復(fù)雜環(huán)境的振動(dòng)傳播規(guī)律。

作者:任福國(guó) 單位:中鐵十四局集團(tuán)有限公司