深基坑爆破地震危害控制研究

湯世明

(中鐵十六局集團(tuán)云南工程指揮部，云南昆明 650200)

0 引言

地鐵有著運(yùn)量大、快速、安全、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，多數(shù)城市開始著力優(yōu)先發(fā)展以地鐵為骨干的城市公共交通系統(tǒng)。在我國(guó)，基巖分布較廣泛，常常在地鐵基坑開挖中出現(xiàn)，嚴(yán)重影響著地鐵施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。實(shí)際施工中一般采用爆破破除基巖，但容易誘發(fā)爆破地震，由此對(duì)周邊建筑物造成一定破壞［1］。而地鐵工程一般處在建筑密集的地區(qū)，且地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身也容易遭受爆破地震的影響，因此降低爆破對(duì)周邊結(jié)構(gòu)的危害成為一大難題。

本文以某地鐵工程基坑施工為例進(jìn)行分析研究，從建筑物在爆破地震波作用下的振動(dòng)破壞機(jī)理入手，對(duì)爆破地震效應(yīng)深入研究，探討避免爆破地震對(duì)附近既有設(shè)施造成危害的措施和方法，為類似工程施工提供一定的參考。

1 爆破地震波作用下建筑物振動(dòng)破壞機(jī)理

炸藥爆破時(shí)，大部分能量用于破巖，并以波動(dòng)形式向周邊傳播，對(duì)構(gòu)造物造成一定振動(dòng)。爆破地震波的大小主要受自身爆破威力及傳播介質(zhì)影響，另外，爆破引起的斷層滑移造成地面破壞、滑坡和巖崩也都會(huì)引起工程建(構(gòu))筑物的破壞。因此，爆破地震對(duì)建筑物振動(dòng)破壞是多種因素的綜合性現(xiàn)象［3］。

1.1 深基坑夾生效應(yīng)的影響

深基坑通常為狹長(zhǎng)窄深形基坑，在基坑爆破開挖的時(shí)候，由于爆破沖擊波在遇到基坑側(cè)壁時(shí)會(huì)反射，反射后的與原沖擊波可能產(chǎn)生疊加，加強(qiáng)原沖擊波的能量，從而對(duì)地面建(構(gòu))筑物產(chǎn)生更大的損傷。

1.2 單響藥量及爆源相對(duì)位置的影響

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》及行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，爆破振動(dòng)強(qiáng)度多采用薩道夫斯基公式來驗(yàn)算，公式如下:

式中:V——安全允許的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s;

K——與介質(zhì)和爆破條件因素有關(guān)的系數(shù);

Q——一次齊發(fā)最大藥量，kg;

R——爆源至保護(hù)建筑的距離，m;

α——振動(dòng)衰減系數(shù)。

由式(1)可以看出，當(dāng)Q減小，可以有效的降低爆破振動(dòng)速度，因此一方面可以降低單孔裝藥量，另一方面可以通過毫秒微差爆破實(shí)現(xiàn)各孔微差爆破，以實(shí)現(xiàn)降低單響藥量。

同理，由式(1)可以看出，當(dāng)R增大，亦可以有效的降低爆破振動(dòng)速度，因此可以通過調(diào)整炮孔與受保護(hù)建筑物距離來實(shí)現(xiàn)降低爆破振動(dòng)速度［4，5］。

1.3 炮孔尺寸的影響

由前分析可以看出，深基坑場(chǎng)地特殊，而炮孔孔徑和爆源深度對(duì)爆破振動(dòng)衰減規(guī)律的影響也主要表現(xiàn)在場(chǎng)地系數(shù)K上。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在基坑前沖向布置測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)得深孔爆破和淺孔爆破時(shí)的豎直向振動(dòng)速度，歸納出這兩種爆破條件下的振動(dòng)衰減公式如下:

深孔爆破:

淺孔爆破:

對(duì)比公式，148≥10，同等條件下，深孔爆破遠(yuǎn)比淺孔爆破的爆破地震能量幅度大。因此在地鐵基坑開挖時(shí)，通過調(diào)整炮孔尺寸可有效的降低爆破振動(dòng)速度，以達(dá)到降低爆破振動(dòng)危害的效果［2，3］。

1.4 炮孔堵塞的影響

一般情況下，炮孔堵塞后，可防止爆炸砌體直接從炮孔沖出，從而減少爆炸能量的損失。堵塞可以延長(zhǎng)爆破沖擊波和應(yīng)力波的作用時(shí)間，造成爆破威力加大。但堵塞時(shí)間過長(zhǎng)、堵塞過密，雖造成孔內(nèi)能量不損失，但更大的是增加了爆破地震能量幅度。

2 工程實(shí)例

2.1 工程簡(jiǎn)介

某城市地鐵工程在地貌上屬于斷陷湖積盆地，沿線分布丘陵淺埋層、第四系湖積層(含粘土、圓礫土、粉土、砂礫壓粘土)、第四系洪積層(含圓礫土、粉土、壓粘土、粉砂、砂礫、泥炭土)、第四系殘積層(含殘積土、巖粘土)、寒武系泥質(zhì)粉砂巖。而車站基坑內(nèi)有廢棄混凝土結(jié)構(gòu)及寒武系泥質(zhì)粉砂巖，機(jī)械開挖困難，因此采用松動(dòng)爆破的開挖方式。

該站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000@1 600灌注樁，支撐體系采用16 mm厚φ609鋼支撐，如果爆破振動(dòng)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)造成損傷，將嚴(yán)重影響基坑安全。另外該基坑處在城市中心，周圍為居民生活區(qū)，如果控制不當(dāng)，會(huì)造成生命財(cái)產(chǎn)損失，因此要采取措施，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)和飛石帶來的危害。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)措施

1)分段淺孔爆破。

從上分析可以看出，要控制該站基坑開挖爆破振動(dòng)危害，通過分區(qū)分塊開挖，并且采用淺孔爆破，可以降低單響藥量，增加爆破臨空面，以起到控制爆破振動(dòng)的效果，見圖1。

圖1 基坑分區(qū)分層開挖示意圖

2)微差控制爆破。

在基坑開挖時(shí)采用非電毫秒導(dǎo)爆雷管起爆，各區(qū)分兩次起爆。通過孔內(nèi)使用高段位的MS15，孔外低段位雷管接力，將各孔起爆時(shí)間延開，降低單響藥量，同時(shí)為后起爆孔提供臨空面，避免爆破振動(dòng)波疊加，達(dá)到降低爆破振動(dòng)危害的效果。

3)爆破振動(dòng)速度驗(yàn)算。

根據(jù)以上爆破控制措施，實(shí)現(xiàn)單響藥量Q=1.11 kg，爆源距圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離R=8.50 m;根據(jù)廣電大學(xué)站基坑巖石特點(diǎn)，取K=300;α =2.0。

代入式(1)得:

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》可知:新澆大體積混凝土(齡期7 d～28 d)安全允許振速為 7.0 cm/s～12 cm/s。本次V=4.45 cm/s＜7 cm/s，故安全。

3 結(jié)語

地鐵工程一般處在人口密集的繁華地帶，因此將爆破技術(shù)應(yīng)用于地鐵工程，是將爆破環(huán)境約束復(fù)雜到極點(diǎn)的典型，處理不好將造成惡劣的社會(huì)效應(yīng)和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文通過研究減小基坑爆破沖擊波，降低對(duì)周邊建筑及基坑結(jié)構(gòu)的影響，保證了地鐵工程的順利進(jìn)行，并且研究成果可以直接應(yīng)用于本地區(qū)今后的地鐵、公、民用建筑以及市政工程等領(lǐng)域的建設(shè)，也可為其他地質(zhì)條件下的深基坑工程設(shè)計(jì)施工提供借鑒。

［1］蔡路軍，馬建軍，江 兵.考慮振動(dòng)頻率的爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)的探討［J］.巖石力學(xué)，2006，27(3):24-27.

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［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.

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