广州老城区地铁爆破振动影响试验研究

李应战

(中国中铁股份有限公司， 广东广州 510308)

广州市轨道交通11号线(环线)呈环形线路，经由天河区、白云区、越秀区、荔湾区和海珠区等老城区，周边环境极其复杂，对开挖方法要求非常苛刻。为此，必须提前进行施工方法试验研究。结合当前施工实际情况，项目选择地形地质条件相对复杂且作业已开工的南石路站进行爆破试验。南石路站目前已经开挖至地下7.5m深的位置，在车站开挖爆破期间，爆破地震波对周边既有建筑、车站边墙和车站既有结构的安全是否构成威胁以及其影响程度到底如何，这是需要彻底搞清楚的核心问题，进而为提出行之有效的爆破振动控制技术奠定坚实的基础。

本文通过爆破地震效应试验，测试确定适用于施工场地地形地质、岩体特性和爆破条件的爆破振动参数传递规律的经验公式，以用来进行预报和控制；测试建筑物或防护目标及基础面上的爆破振动参数的量值，配合爆破破坏范围试验，判断它们的安全性，为调整爆破参数和控制爆破规模提供依据。

1 南石路车站工程概况

1.1 工程概况

南石路站是广州轨道交通11号线第25座车站，位于广州市海珠区南石路与广纸东路的规划路上方，沿规划道路程东南—西北走向，车站大里程端设暗挖存车线。

车站站位所在地块绝大部分位于已拆迁的广州纸厂原厂区范围内，场地较为平整。周边现状(图1)：车站西端位于南石路以东广州自行车飞轮厂用地内，地势局部比广纸地块低1m左右；站位中部北侧为海珠区棣园村1～3层住宅；车站西端南侧附近有一座110kV变电站，变电站围墙距离主体基坑最近约为6.5m；变电站西侧有一处高压线塔，线塔距离主体基坑约10m。

图1 周边环境平面示意

1.2 工程地质岩性

地层与岩性地表普遍覆盖第四系(Q)，基岩由新至老主要是中生界白垩系(K)、侏罗系(J)、石炭系(C)、上元古界震旦系(Z)，有侵入岩分布。

地层由上至下依次为人工填土层、冲积-洪积砂层、冲积-洪积-坡积土层、残积土层、全风化岩层、中风化岩层、微风化岩层等。车站穿越不良地质地带主要有软土、上软下硬地层等。

1.3 地质构造及水文特征

广州市位于粤中拗陷(三级单元)中部，广从、瘦狗岭、广三断裂是本区构造的基本骨架。主要以广从断裂和瘦狗岭断裂为界线分成四个构造区：增城凸起、广花凹陷、东莞盆地、三水断陷盆地。

南石路车站地下水水位埋藏较浅，地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，每年4～9月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，水位年变化幅度为2.5～3.0m。地下水按赋存方式分为第四系土层孔隙水，层状基岩裂隙水、块状基岩裂隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水。

地下水主要赋存于第四系砂层，其补给主要靠大气降水和地表水。砂层水排泄主要表现为大气蒸发及珠江退潮时间的江河排泄，地下水水位受季节和江河潮汐的影响明显。基岩裂隙水主要由远处侧向补给以及在基岩裂隙水水位下降时由第四系砂层越流补给。石灰岩岩溶裂隙水主要靠第四系孔隙水的越流补给和大气降水补给。

2 爆破地震效应的现场测试

2.1 爆破试验施行方法

准备工作(道路、施工风水电系统)→场地清理→炮孔测量放线→钻孔→清孔→装药、堵塞→起爆网络连接→起爆、爆后安全检查→爆破试验效果评价→试验资料中期整理、汇总。

2.2 爆破振动速度的测试方法

振动速度测量系统由传感器、记录仪和笔记本电脑组成。采用中科院四川动态测试研究所生产的IDTS4850型爆破振动记录仪记录振动信号，爆破振动记录仪直接与传感器连接，将传感器输入的模拟电压量转换成数字量进行存储，再经自身的RS232接口和计算机相接，通过专用软件在计算机上进行波形显示、数据分析和结果输出(图2)。

图2 振动速度测试系统

2.3 现场爆破设计

(1)振动测试方案。首先确定爆区整体(图3)，其次确定出钻孔位置(图4)，最后确定振动监测点的布置(图5)。

图3 爆区整体

图4 钻孔和测试点布置剖面

图5 钻孔和测试点布置俯视

2.4 开挖爆破炮孔布置及设计参数

(1)爆破参数。表1列出了第一次开挖爆破的各炮孔装药量及其相关爆破参数。总装药量为112.8kg，最大段装药量18.0kg。

表1 爆破设计参数

(2)炮孔布置。实际爆破炮孔布置见图6。

图6 实际爆破炮孔布置示意

3 爆破振动数据处理

(1)最小二乘法原理。利用《爆破安全规程》预测爆破地震动强度的萨道夫斯基的经验公式，并利用最小二乘法对其进行回归分析，其公式的具体形式为：

(1)

(2)基坑爆破振动衰减规律。对基坑爆破监测数据汇总和回归分析，表2列出了2018年8月1日～8月24日基坑测点所监测的数据。

图7 爆破现场测试数据

根据最小二乘法原理将监测到的数据进行线性回归分析，得到爆破对基坑周边建筑物的衰减规律的K和α，回归得到的值未充分考虑爆破方式中偶然因素的影响，如多排爆破的后排夹制作用过大、缺孔、重段等。此爆破振动衰减规律对于基坑周边建筑物控制主要用于最大段药量的控制，即距离最近的监控点的预估值。根据多次爆破监测所得的数据，回归分析得出基坑爆破振动最大速度衰减系数。

表2 爆破现场测试数据

基坑爆破：K= 14.09，α=0.88

(3)基坑爆破振动预测。结合萨道夫斯基公式：

4 结 论

(1)从数据表中分析可知，在基坑近点(7.0m)测点的峰值振速最大为9.348cm/s，随着距离爆源的距离增大，振速减小明显，根据实测发现在周边建筑物(R≈11.0m)的振速仅为1.549cm/s，远未达到安全警戒值。可见当前爆破施工并未对周边建(构)筑物造成影响。

(3)后续爆破施工尽可能贯彻“先预裂后主体”的爆破原则，建议在后续所有主体爆破前先进行预裂专项爆破，以确保基坑周边建筑物安全。