下穿居民区隧道施工爆破振动控制的实践

陈 杰 宋宏伟 沈志永 周 玉

(1.中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州 221008;2.中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州 221008)

在城市地下工程爆破中产生的爆破振动,往往会影响地面建筑物的安全,或者严重干扰居民的正常生活.因此对爆破振动的监测与控制显得尤为重要.本文利用爆破振动监测技术,对地面被保护建筑物的基础进行布点监测,通过分析爆破振动速度,优化爆破参数,以此来指导下一次爆破作业,为控制爆破振动提供科学的方法.

1 爆破振动效应的安全判据

目前,我国爆破振动效应的安全判据通常以单独的爆破振动强度因子(质点振动位移、速度和加速度)来描述[1-2].采用质点振动速度的优点是能和地震波携带的能通量所产生的地应力相联系,并和岩土工程建(构)筑物的应力分析相联系,而采用位移和加速度则不具有这种特点.另外,大量实测资料表明[2-8],采用质点振动速度比采用位移和加速度作为标准更有利于排除土壤因素的影响.由于质点振动速度具有理论意义明确、实践操作便捷等优点,在我国爆破振动效应的监测中得到广泛应用,并根据建(构)筑物分类建立了爆破振动安全允许标准见表1.

表1 爆破振动安全允许标准[9]

2 爆破振动监测系统

我国在爆破振动监测技术方面已取得较大进步.轻便、灵活、操作简单、测试数据精确可靠的数字测振仪器以及计算技术的应用,将测试数据的精确分析提高到了更高水平.图1为爆破振动监测系统的路线图.从图1可看出测点的选取和数据处理及分析这两个步骤的主观因素比较大,这两个步骤处理的好坏直接影响到爆破振动危害程度的评价和爆破参数的优化.

图1 爆破振动监测系统

3 某交通隧道爆破振动监测和控制

3.1 工程概述

某交通隧道下穿一居民区,居民区里的建筑建于20世纪90年代,均为5层的砖混结构.该隧道要穿越两栋住宅楼,均是从两栋住宅楼的斜角穿过,隧道埋深约15m左右.隧道穿越的地层围岩为微风化花岗岩,围岩整体性较好,多为块状砌体结构,岩质坚硬,围岩级别为Ⅱ～III级,透水性弱,自稳能力好.现场爆破作业所用的炸药为2号岩石乳化炸药,起爆器材为毫秒延期电雷管.爆破采用全断面爆破,炮眼深度为2.4m.现场爆破的主要参数见表2.

表2 爆破参数表

3.2 测试仪器

爆破振动监测使用了IDTS 3850便携式爆破振动测试仪,该仪器能对各种冲击信号进行数据记录、存储、输出(如图2所示).该仪器由并行三通道来采集数据,可很好地完成现场爆破振动的数据采集和存储,经自身的RS232串行口和计算机通讯,由计算机进行波形显示、存盘和打印等.

图2 系统连接示意图

3.3 测点布置

研究表明[10-11],基础角点为最大振动点.建筑物的基础是建筑结构的承载构件,振动波通过基础传到建筑的上部结构,基础的振动情况最能真实反映建筑物的振动情况,因此,基础的振动是建筑物保护的关键.将3个传感器分散布设在建筑物拐角处的基础上,测到的数据能更好地反映出爆破振动对建筑物的影响(如图3所示).测点选取好之后,用石膏将传感器粘结在基础的表面上,待石膏凝固后即可进行测试.

图3 某J交通隧道测点布置示意图

3.4 数据分析

用上述方法在这次爆破施工中进行了实践.根据现场爆破方案,测得的测点1、2、3的峰值振速分别为4.11cm/s,3.25cm/s、2.08cm/s.即本次爆破,建筑物产生的最大振动速度为4.11cm/s,从其振动波形图(见图4)可以看出,速度较大值主要出现在掏槽眼爆破过程中.该建筑物是民用住宅,属于砖混结构,根据表1可知,最大振速超过《爆破安全规程》GB6722 -2003里规定的最大值3.0 cm/s,应调整爆破参数以满足安全允许振速的要求.

图4 优化前的爆破振动波形图

3.5 爆破参数优化

通过对现场方案的分析,为减小爆破振动对建筑物的危险程度,本文从起爆药量、雷管段数、炮眼个数和炮眼深度4个方面进行了爆破参数优化,具体优化措施及分析如下:

(1)钻眼深度由2.4m减为1.2m.

(2)掏槽眼个数增加12个,药量减少6.7 kg.由于峰值振速一般出现在掏槽眼爆破过程中,故合理布置掏槽眼,控制掏槽眼的药量,可以降低振动速度.

(3)总炮眼个数增加35个.采用多打眼,少装药,合理分配药量和布置药包,可使更多的炸药能量用于岩石的破碎[12-13],从而减少用于产生振动的用药量.

(4)雷管段数由11段增加到18段.增加雷管段数,采用合理的起爆顺序,可以避免每个炮孔在夹制状况下起爆,从而降低振动速度.优化后的爆破参数见表3.

表3 优化后的爆破参数表

根据优化后的爆破方案,测得的测点1、2、3的峰值振速分别为:1.28 cm/s、0.78cm/s、0.53 cm/s,即本次爆破,建筑物产生的最大振动速度为1.28 cm/s,振动波形图见图5.根据表1,可知最大振动速度没有超过国家标准,从而验证了优化后的爆破方案合理、可行.

图5 优化后的爆破振动波形图

4 结 语

(1)实践表明,采用本文的测试仪器和测点布置方式,可以有效地监测建筑物基础测点的最大振速,为城市地下交通隧道爆破施工提供爆破控制与优化的基础数据.(2)通过爆破监测表明,采取浅孔爆破,严格控制掏槽眼药量,增加钻眼数量和雷管段数,可以有效减轻爆破作业对建筑物产生的振动影响.

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