深基坑爆破地震危害控制研究

汤世明

(中铁十六局集团云南工程指挥部，云南昆明 650200)

0 引言

地铁有着运量大、快速、安全、节能等优点，多数城市开始着力优先发展以地铁为骨干的城市公共交通系统。在我国，基岩分布较广泛，常常在地铁基坑开挖中出现，严重影响着地铁施工质量和施工进度。实际施工中一般采用爆破破除基岩，但容易诱发爆破地震，由此对周边建筑物造成一定破坏［1］。而地铁工程一般处在建筑密集的地区，且地铁基坑围护结构本身也容易遭受爆破地震的影响，因此降低爆破对周边结构的危害成为一大难题。

本文以某地铁工程基坑施工为例进行分析研究，从建筑物在爆破地震波作用下的振动破坏机理入手，对爆破地震效应深入研究，探讨避免爆破地震对附近既有设施造成危害的措施和方法，为类似工程施工提供一定的参考。

1 爆破地震波作用下建筑物振动破坏机理

炸药爆破时，大部分能量用于破岩，并以波动形式向周边传播，对构造物造成一定振动。爆破地震波的大小主要受自身爆破威力及传播介质影响，另外，爆破引起的断层滑移造成地面破坏、滑坡和岩崩也都会引起工程建(构)筑物的破坏。因此，爆破地震对建筑物振动破坏是多种因素的综合性现象［3］。

1.1 深基坑夹生效应的影响

深基坑通常为狭长窄深形基坑，在基坑爆破开挖的时候，由于爆破冲击波在遇到基坑侧壁时会反射，反射后的与原冲击波可能产生叠加，加强原冲击波的能量，从而对地面建(构)筑物产生更大的损伤。

1.2 单响药量及爆源相对位置的影响

根据《爆破安全规程》及行业经验，爆破振动强度多采用萨道夫斯基公式来验算，公式如下:

式中:V——安全允许的质点振动速度，cm/s;

K——与介质和爆破条件因素有关的系数;

Q——一次齐发最大药量，kg;

R——爆源至保护建筑的距离，m;

α——振动衰减系数。

由式(1)可以看出，当Q减小，可以有效的降低爆破振动速度，因此一方面可以降低单孔装药量，另一方面可以通过毫秒微差爆破实现各孔微差爆破，以实现降低单响药量。

同理，由式(1)可以看出，当R增大，亦可以有效的降低爆破振动速度，因此可以通过调整炮孔与受保护建筑物距离来实现降低爆破振动速度［4，5］。

1.3 炮孔尺寸的影响

由前分析可以看出，深基坑场地特殊，而炮孔孔径和爆源深度对爆破振动衰减规律的影响也主要表现在场地系数K上。根据工程经验，在基坑前冲向布置测点，分别测得深孔爆破和浅孔爆破时的竖直向振动速度，归纳出这两种爆破条件下的振动衰减公式如下:

深孔爆破:

浅孔爆破:

对比公式，148≥10，同等条件下，深孔爆破远比浅孔爆破的爆破地震能量幅度大。因此在地铁基坑开挖时，通过调整炮孔尺寸可有效的降低爆破振动速度，以达到降低爆破振动危害的效果［2，3］。

1.4 炮孔堵塞的影响

一般情况下，炮孔堵塞后，可防止爆炸砌体直接从炮孔冲出，从而减少爆炸能量的损失。堵塞可以延长爆破冲击波和应力波的作用时间，造成爆破威力加大。但堵塞时间过长、堵塞过密，虽造成孔内能量不损失，但更大的是增加了爆破地震能量幅度。

2 工程实例

2.1 工程简介

某城市地铁工程在地貌上属于断陷湖积盆地，沿线分布丘陵浅埋层、第四系湖积层(含粘土、圆砾土、粉土、砂砾压粘土)、第四系洪积层(含圆砾土、粉土、压粘土、粉砂、砂砾、泥炭土)、第四系残积层(含残积土、岩粘土)、寒武系泥质粉砂岩。而车站基坑内有废弃混凝土结构及寒武系泥质粉砂岩，机械开挖困难，因此采用松动爆破的开挖方式。

该站围护结构采用φ1 000@1 600灌注桩，支撑体系采用16 mm厚φ609钢支撑，如果爆破振动对围护结构造成损伤，将严重影响基坑安全。另外该基坑处在城市中心，周围为居民生活区，如果控制不当，会造成生命财产损失，因此要采取措施，严格控制爆破振动和飞石带来的危害。

2.2 围护结构保护措施

1)分段浅孔爆破。

从上分析可以看出，要控制该站基坑开挖爆破振动危害，通过分区分块开挖，并且采用浅孔爆破，可以降低单响药量，增加爆破临空面，以起到控制爆破振动的效果，见图1。

图1 基坑分区分层开挖示意图

2)微差控制爆破。

在基坑开挖时采用非电毫秒导爆雷管起爆，各区分两次起爆。通过孔内使用高段位的MS15，孔外低段位雷管接力，将各孔起爆时间延开，降低单响药量，同时为后起爆孔提供临空面，避免爆破振动波叠加，达到降低爆破振动危害的效果。

3)爆破振动速度验算。

根据以上爆破控制措施，实现单响药量Q=1.11 kg，爆源距围护结构距离R=8.50 m;根据广电大学站基坑岩石特点，取K=300;α =2.0。

代入式(1)得:

根据《爆破安全规程》可知:新浇大体积混凝土(龄期7 d～28 d)安全允许振速为 7.0 cm/s～12 cm/s。本次V=4.45 cm/s＜7 cm/s，故安全。

3 结语

地铁工程一般处在人口密集的繁华地带，因此将爆破技术应用于地铁工程，是将爆破环境约束复杂到极点的典型，处理不好将造成恶劣的社会效应和严重的经济损失。本文通过研究减小基坑爆破冲击波，降低对周边建筑及基坑结构的影响，保证了地铁工程的顺利进行，并且研究成果可以直接应用于本地区今后的地铁、公、民用建筑以及市政工程等领域的建设，也可为其他地质条件下的深基坑工程设计施工提供借鉴。

［1］蔡路军，马建军，江 兵.考虑振动频率的爆破振动安全标准的探讨［J］.岩石力学，2006，27(3):24-27.

［2］李洪涛，卢文波，舒大强，等.P波作用下的衬砌混凝土爆破安全振动速度研究［J］.爆炸与冲击，2007，27(1):34-39.

［3］李洪涛，舒大强.爆破震动衰减规律影响因素分析［J］.武汉大学学报(工学版)，2005，38(1):79-82.

［4］Wu Chengqing，Hao Hong.Numerical study of characteristics of underground blast induced surface ground motion and their effect on above-ground structures.Part I.Ground motion characteristics［J］.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2005，25(1):27-38.

［5］Hao Hong，Wu Chengqing.Numerical study of characteristics of underground blast induced surface ground motion and their effect on above-ground structures.Part II.Effects on structural responses［J］.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2005，25(1):39-53.

［6］陈明辉.隧洞开挖爆破对邻近建筑物的振动影响分析［J］.广东土木与建筑，2004(5):42-44.

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