地鐵隧道爆破施工對黃鶴樓振動影響

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摘要:近年來，隨著城市地鐵不斷修建，在復(fù)雜環(huán)境下隧道開挖的施工措施尤應(yīng)慎重。結(jié)合武漢市地鐵5號線隧道穿越黃鶴樓開挖工程現(xiàn)場，進(jìn)行了爆破振動安全監(jiān)測，分析了爆破振動衰減規(guī)律，發(fā)現(xiàn)各個測點振動速度均小于安全控制值。同時，利用薩氏公式回歸，分析計算出開挖爆破的水平徑向、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速度傳播規(guī)律，保證了工程爆破開挖施工與周邊環(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行尤為重要，而隧道安全是地鐵安全運行的重要保證。在地鐵隧道施工中，往往會面臨大量的土石方開挖［2］，爆破開挖能保證工期，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，爆破施工對周邊建筑物、鐵路、橋梁都會造成影響與危害，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對建(構(gòu))筑物的安全影響［3－4］。城市隧道爆破開挖過程中產(chǎn)生的地震效應(yīng)對邊坡和鄰近區(qū)域內(nèi)建(構(gòu))筑物的影響，仍是一個亟待解決的問題［5－6］。本文結(jié)合武漢市地鐵5號線彭劉楊路站－司門口站區(qū)間B段爆破開挖工程，針對黃鶴樓、蛇山人防、鐵路路基及邊坡進(jìn)行了長期的爆破振動安全監(jiān)測，保證了工程爆破開挖施工與周邊環(huán)境安全，使爆破開挖工程安全、有效地進(jìn)行。通過對實測數(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速度傳播與衰減規(guī)律，以為后續(xù)有效控制爆破振動和爆破施工鉆爆參數(shù)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

1工程概況

1．1工程簡介

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，為減少爆破施工對京廣線造成的影響，擬采用毫秒微差松動爆破。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爆破振動監(jiān)測方案

2．1測點布置及測試頻率

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

2．2傳感器安裝、調(diào)試和監(jiān)測記錄

鐵路路基、黃鶴樓、勝像寶塔測點可長期固定在指定位置，爆破前僅需將記錄儀接入傳感器。人防為臨時測點，在爆破前提前30min，用快速粘接劑將振動傳感器牢靠安裝到測量確定的測點位置。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)線到測試儀。根據(jù)測試現(xiàn)場電磁干擾情況設(shè)置屏蔽系統(tǒng)。爆破前10min進(jìn)行儀器調(diào)試和記錄試驗。根據(jù)測試現(xiàn)場脈動情況設(shè)置觸發(fā)閾值。人工激發(fā)產(chǎn)生振動，檢查測試儀記錄是否正常。調(diào)試完畢可通知爆破施工單位爆破按時進(jìn)行。爆破后可立即讀取振動數(shù)據(jù)，記錄入表。振動測試人員應(yīng)與統(tǒng)一指揮人員保持對講機(jī)通訊聯(lián)絡(luò)，以確保每次都能有效地記錄爆破振動。為更好地分析、應(yīng)用振動數(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交給測試人員，爆破記錄由爆破作業(yè)人員在爆破施工現(xiàn)場進(jìn)行，記錄裝藥、聯(lián)網(wǎng)過程。爆破記錄要求數(shù)據(jù)真實、各段藥量準(zhǔn)確，有爆破點與各測點之間的距離，并有爆破負(fù)責(zé)人確認(rèn)記錄的簽字。

2．3爆破振動測試儀器選擇

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

3爆破振動控制指標(biāo)

GB6722－2014《爆破安全規(guī)程》規(guī)定:評估爆破對不同類型建(構(gòu))筑物、設(shè)施設(shè)備和其他保護(hù)對象的振動影響，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判據(jù)，采用保護(hù)對象所在地基礎(chǔ)質(zhì)點峰值振動速度和主振頻率。爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)詳如表1所列。對應(yīng)表1，民房選取1．5cm/s作為爆破振動的控制值;黃鶴樓是鋼筋混凝土建筑，選取2．5cm/s作為爆破振動的控制值;勝像寶塔雖然是文物級保護(hù)對象，但為實心結(jié)構(gòu)，且高度較小，結(jié)構(gòu)較為耐振，選取0．5cm/s作為爆破振動的控制值。根據(jù)TB10313－2019《鐵路工程爆破振動安全技術(shù)規(guī)范》爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)，軌道下路基選取5．0cm/s作為爆破振動的控制值，鐵路邊擋墻邊坡按高邊坡選取5．0cm/s作為爆破振動的控制值偏于保守。為實質(zhì)性降低爆破振動對鐵路路基和邊坡的影響，將爆破振動降級，在非天窗段進(jìn)行爆破，并將鐵路路基和邊坡的爆破振動控制在2．0cm/s以內(nèi)。蛇山地下人防工程因為能抗擊較大的破壞力，且截面較小，比照礦山巷道，選取20．0cm/s作為爆破振動的控制值。

4監(jiān)測結(jié)果分析

4．1爆破速度監(jiān)測

爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所列，各個測點所監(jiān)測到的振動速度都小于控制值，有效保護(hù)了文物古跡，對安全施工帶來了可靠性保證。在最大段裝藥量相近的情況下，隨著爆源距的增大，振動速度呈現(xiàn)衰減的趨勢;當(dāng)爆源距變化不大時，隨著最大段藥量的增加，振動速度也相應(yīng)在增大。同時，通過對比3個方向的振動速度，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

在施工過程中，質(zhì)點的振動速度和最大段藥量、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)驗公式來進(jìn)行預(yù)測和分析［8－9］:式中:v為被保護(hù)對象允許的振動速度，cm/s;Q為一次起爆最大段藥量，kg;R為爆源中心到監(jiān)測對象的距離，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)，令爆破振動峰值振速v=Y，比例藥量ρ=x，則有Y=kxα。對爆破試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，分別得到3個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)場監(jiān)測實測數(shù)據(jù)可知，各測點監(jiān)測值均小于控制值，對指導(dǎo)安全性施工具有重要意義。同時，得到了最大段藥量、振動速度、爆源距的監(jiān)測表，可以看出3個方向的振動速度中，垂直方向的振動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)驗公式，通過回歸分析得出了各個方向的爆破振動速度衰減規(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)境的振動傳播規(guī)律。

作者:任福國 單位:中鐵十四局集團(tuán)有限公司