減震溝參數(shù)對(duì)地鐵隧道爆破減震效果的影響

王利軍，何忠明，蔡軍

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減震溝參數(shù)對(duì)地鐵隧道爆破減震效果的影響

王利軍1，何忠明2，蔡軍3

(1. 廣州地鐵集團(tuán)有限公司建設(shè)事業(yè)總部，廣東 廣州，510038； 2. 長(zhǎng)沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410114; 3. 賀州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，廣西 賀州，542899)

為了分析減震溝參數(shù)對(duì)地鐵隧道爆破減震效果的影響，基于薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式和能量衰減原理探討減震溝的減震機(jī)理；以珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段隧道為依托工程，利用FLAC3D軟件建立隧道數(shù)值計(jì)算模型，應(yīng)用正交設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)數(shù)值計(jì)算方案，分析隧道爆破施工時(shí)不同減震溝參數(shù)下地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：減震溝參數(shù)對(duì)地鐵隧道減震效果影響程度從大至小依次為減震溝深度、減震溝與爆源之間的水平距離、減震溝寬度，這與減震機(jī)理分析結(jié)果相符；在減震溝的設(shè)置參數(shù)范圍內(nèi)，隨著減震溝與爆源之間水平距離增大，減震率增加幅度先快后慢，減震溝的深度越大，減震率越大；以減震溝參數(shù)即寬度為1.0 m、深度為1.2 m、與爆源之間的水平距離為12.0 m的開挖方案為依托工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在此方案下，工程實(shí)踐應(yīng)用效果良好。

地鐵隧道；爆破；減震溝；振動(dòng)速度

隧道施工常采用鉆爆法，即通過鉆孔、裝藥、爆破進(jìn)行巖石開挖的方法。炸藥在巖土等介質(zhì)中爆炸時(shí)產(chǎn)生的爆破應(yīng)力波在一定范圍內(nèi)會(huì)對(duì)周邊構(gòu)筑物造成不同程度的破壞。如何減少爆破開挖對(duì)鄰近地表建筑物的危害，確保施工過程中鄰近地表建筑物的正常使用具有重要的意義。施工中常采用的減震措施包括控制單次爆破最大裝藥量、選用低威力低爆速的炸藥等，然而，減少爆破藥量及改變爆破方法的措施必會(huì)影響隧道開挖施工的進(jìn)度，而減震溝能確保在施工進(jìn)度不變的情況下減少爆破應(yīng)力波對(duì)鄰近地表構(gòu)筑物的影響。一些研究者利用理論研究和數(shù)值模擬等方法對(duì)減震溝的減震效果和設(shè)置形式等進(jìn)行了研究[1?4]，如：王晨龍等[5]利用數(shù)值模擬方法確定了邊坡爆破開挖中減震溝的合理尺寸；潘濤等[6]通過改變減震溝的相關(guān)參數(shù)確定其減震溝的減震效果；郭濤等[7]通過改變減震溝的位置確定其減震效應(yīng)；DANIEL等[8?12]認(rèn)為爆破振動(dòng)頻率的衰減與爆腔的體積、爆心距、巖體縱波速度等因素密切相關(guān)。但目前多數(shù)研究者在研究過程中所采用的研究模型較簡(jiǎn)單，很少結(jié)合復(fù)雜地質(zhì)條件從多方面、多角度對(duì)減震溝的減震效果進(jìn)行分析。為此，本文作者基于薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式和能量衰減原理來探討減震溝的減震機(jī)理；根據(jù)珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段隧道沙園至燕崗站區(qū)間，依托工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，利用FLAC3D[13]軟件建立數(shù)值計(jì)算模型，分析減震溝參數(shù)對(duì)地鐵隧道爆破減震效果影響，并進(jìn)一步根據(jù)分析結(jié)果確定依托工程減震溝優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以便為工程實(shí)踐提供參考。

1 減震溝的減震機(jī)理

1.1 減震溝對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外關(guān)于爆破震動(dòng)安全判據(jù)[14?16]的研究大多仍采用地面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度作為衡量爆破振動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)。在爆破過程中，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度主要由爆破表面波引起，爆破表面波在傳播過程中經(jīng)過減震溝時(shí)沿著減震溝的表面進(jìn)行傳播，所以，減震溝增大了表面波的傳播距離。表面波的反射和繞射見圖1。由圖1可知：表面波傳播至減震溝時(shí)，傳播距離增加，為減震溝深度的3倍，因此，結(jié)合修正后的薩道夫斯基公式(見式(1))可推導(dǎo)得到有減震溝的振動(dòng)速度計(jì)算式(見式(2)[17])。

圖1 表面波的反射和繞射

將有減震溝的地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與無減震溝的地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度進(jìn)行對(duì)比，即聯(lián)立式(1)和式(2)可得

經(jīng)推導(dǎo)得

式中：1為沒有減震溝時(shí)爆破引起的地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；2為有減震溝時(shí)爆破引起的地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；為與爆破地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)；為爆破藥量，kg；為爆心距，m；為減震溝開挖深度，m；為與爆破地形、地質(zhì)有關(guān)的衰減指數(shù)，取0.955。

結(jié)合式(3)和圖1中的表面波傳播規(guī)律進(jìn)行綜合分析后可知：在同一爆破環(huán)境下，爆破振動(dòng)引起的地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與減震溝的開挖寬度的關(guān)系較小，主要與減震溝的開挖深度、爆心距有關(guān)。

1.2 減震溝對(duì)應(yīng)力波能量的影響

當(dāng)隧道爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波傳播至減震溝時(shí)，爆破應(yīng)力波的入射能量分成透射、反射、繞射3部分[18]。由于應(yīng)力波在傳播至減震溝時(shí)，透射部分經(jīng)過減震溝時(shí)介質(zhì)為空氣并非巖土，并且減震溝寬度與應(yīng)力波引起減震溝邊緣土體的變形位移較大，所以，在應(yīng)力波傳播至減震溝處時(shí)，減震溝兩側(cè)的土體不能閉合，此時(shí)，入射應(yīng)力波的能量大部分轉(zhuǎn)化為反射波的能量，透射波的能量近似為0 J，其余部分能量以繞射應(yīng)力波能量的形式經(jīng)過減震溝，所以，減震溝減震效果較明顯，對(duì)保護(hù)區(qū)的建筑物較有利。

減震溝(孔穴)的能量削減因子D[19?20]為入射波能量i、繞射波能量d之差與入射波能量之比：

能量比可由速度比表示，根據(jù)削減因子可得有、無減震溝的振動(dòng)速度之間的關(guān)系如下：

式中：D為削減因子；i為入射應(yīng)力波能量；d為繞射應(yīng)力波能量；0為減震溝與爆源之間的距離。

由式(6)可知：從能量角度分析，減震溝的深度()、爆源與減震溝之間的水平距離(0)對(duì)減震溝的減震效果影響較大；此外，式(6)中的減震溝深度()的系數(shù)大于減震溝與爆源之間水平距離(0)的系數(shù)，說明減震溝深度()的減震效果影響更大。

2 減震溝減震效果數(shù)值分析

2.1 工程概況

為確定減震溝的合理尺寸和最佳位置，本文以珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段沙園至燕崗站區(qū)間為依托工程，選取的數(shù)值計(jì)算爆破工程段位于廣州市海珠區(qū)工業(yè)大道北和工業(yè)大道中段，距離珠江東岸1.00 km左右，全長(zhǎng)777.46 m，采用暗挖鉆爆法施工。隧道頂部距路面20.00 m左右，隧道斷面高為6.50 m，寬為6.10 m，隧道分為左、右兩洞。沿線經(jīng)過昌崗立交橋、鶴洞大橋以及廣州供電局河南變電站等重要建筑物和交通要道，鄰近的建筑在施工期間被視為保護(hù)對(duì)象，鄰近建筑物群所處的區(qū)域被視為隧道爆破施工的保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)與施工隧道的最短的垂直距離為15.00 m，其具體工程位置關(guān)系如圖2所示，隧道地段地質(zhì)情況如表1 所示。

圖2 標(biāo)段區(qū)域位置

表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)

2.2 數(shù)值分析模型

根據(jù)工程實(shí)際情況，采用FLAC3D軟件建立數(shù)值計(jì)算模型，如圖3所示，該模型長(zhǎng)×寬×高為160 m× 50 m×60 m。隧道底板位于微風(fēng)化砂巖層，從地面至隧道頂端依次為填土覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化巖層、中風(fēng)化巖層，隧道所處的巖層為中風(fēng)化巖層。

進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)算時(shí)，采用位移邊界條件，即左右邊界約束水平方向的位移(軸方向)、前后邊界約束縱向開挖方向的位移(軸方向)、底部邊界約束豎直方向的位移(軸方向)，地表設(shè)置為自由邊界。

減震溝所處位置位于隧道開挖區(qū)和建筑保護(hù)區(qū)之間。為監(jiān)測(cè)保護(hù)區(qū)構(gòu)筑物對(duì)隧道爆破的響應(yīng)，在距爆源水平距離為15~45 m內(nèi)的保護(hù)區(qū)地表處每隔5 m設(shè)置1個(gè)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)，共設(shè)置計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)7個(gè)(見圖1)。

圖3 數(shù)值計(jì)算模型

2.3 爆破荷載的確定

隧道爆破采用臺(tái)階法施工，隧道掘進(jìn)進(jìn)尺為1倍洞寬，掌子面炮眼的布置方式如圖4所示，其中編號(hào)為1和3的上臺(tái)階炮眼為掏槽眼，編號(hào)為5，7和9的炮眼為輔助眼，編號(hào)為11和13的炮眼周邊眼。在爆破施工時(shí)，各編號(hào)的炮眼起爆時(shí)間有一定間隔，其爆破荷載值和荷載作用時(shí)間為[21]

式中：D()為爆破沖擊荷載；B為爆轟壓力；為荷載常量；為爆破荷載時(shí)間；ge為炸藥密度；e為爆轟速度；e為藥包直徑；h為炮孔直徑；為爆心距與藥包直徑之比；為巖石泊松比；為爆孔裝藥質(zhì)量；為壓縮模量。

在進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)，將爆破荷載簡(jiǎn)化為具有多個(gè)上升和下降階段的線性荷載。圖5所示為最終荷載輸入值。在模擬隧道爆破開挖時(shí)，將爆破開挖的土體設(shè)為空值，并將圖5中荷載作用于隧道洞壁及掌子面上。根據(jù)隧道爆破現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)測(cè)試結(jié)果，爆轟速度(e)取3 km/s，炸藥密度(ge)取1.2。掏槽眼的藥包直徑(e1)為32.00 mm，炮孔直徑(h)為32.00 mm；輔助眼的藥包直徑(e2)為17 mm；炮孔直徑(h)38 mm；周邊眼的藥包直徑(e3)為19.89 mm；炮孔直徑(h)為45.00 mm；壓縮模量()取2.160 GPa；裝藥量()為28 kg。

圖4 掌子面炮眼布置圖

圖5 微差爆破荷載時(shí)程曲線

3 分析與討論

為分析減震溝開挖的深度、寬度、減震溝與爆源之間的水平距離對(duì)保護(hù)區(qū)的減震效果，擬設(shè)定7種減震溝方案與無減震溝的方案進(jìn)行對(duì)比，分析減震溝的減震效果。各個(gè)方案的減震溝開挖深度()、寬度()、減震溝與爆源之間的水平距離(0)等相關(guān)參數(shù)見表2。

按照表2所擬定的減震溝開挖方案，對(duì)隧道進(jìn)行爆破開挖，將爆破荷載加載于隧道洞室壁上，計(jì)算各個(gè)方案下的保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)各個(gè)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度。為分析減震溝的減震效果，引入減震率的計(jì)算式：

表2 減震溝開挖方案

式中：為減震溝的減震率。

3.1 減震溝開挖深度對(duì)減震效果的影響

為分析減震溝開挖深度的減震效果，將方案1、方案2、方案3作為一組并與無減震溝情況進(jìn)行對(duì)比分析，即減震溝的開挖寬度均設(shè)置為1.0 m，減震溝與爆源之間的水平距離均設(shè)置為4.0 m，減震溝開挖深度依次設(shè)為0.8，1.0，1.2 m和無減震溝，數(shù)值計(jì)算得到的振動(dòng)速度對(duì)比分析結(jié)果如圖6所示。利用式(8)計(jì)算得到的減震溝開挖之后的減震率如圖7所示。

由圖6可知：當(dāng)減震溝開挖深度從0.8 m增加到1.2 m時(shí)，其計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度從5.21 cm/s迅速減少到3.34 cm/s，表明振動(dòng)速度隨著開挖深度的增加而減少。當(dāng)減震溝開挖深度為1.2 m時(shí)，保護(hù)區(qū)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度最大值為3.34 cm/s，小于GB 6722—2014“爆破安全規(guī)程”規(guī)定的安全最大振動(dòng)速度 5.00 cm/s。所以，減震溝開挖深度對(duì)隧道爆破震動(dòng)影響區(qū)具有較明顯的減震效果，并且減震溝開挖深度越大，減震效果越明顯，符合減震溝的減震機(jī)理。

圖6 減震溝開挖深度的減震效果

圖7 減震溝開挖深度的減震率

此外，由圖7可知：減震溝以方案1、方案2、方案3進(jìn)行開挖時(shí)，其計(jì)算得到的減震率隨著計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)與爆源之間的水平距離增大呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢(shì)，并且在計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)距爆源之間的水平距離為30 m時(shí)，這3種方案減震溝的減震率均達(dá)到最大，其中方案3(開挖深度為1.2 m)的減震效果最明顯，減震率達(dá)到58%；其次為方案2(開挖深度1.0 m)，減震率為41%；最后為方案1(開挖深度0.8 m)，減震率為14%。所以，在減震溝開挖寬度以及與爆源之間的水平距離不變時(shí)，減震溝開挖深度在一定范圍內(nèi)越大，減震效果越明顯。

3.2 減震溝開挖寬度對(duì)減震效果的影響

為分析減震溝開挖寬度對(duì)隧道爆破的減震效果，將方案1、方案4、方案5和無減震溝作為一組進(jìn)行對(duì)比分析，即減震溝的開挖深度均設(shè)置為0.8 m，減震溝與爆源之間的水平距離均設(shè)置為4.0 m，方案1、方案4和方案5的減震溝寬度依次為1.0，2.0和3.0 m，數(shù)值計(jì)算得到的振動(dòng)速度對(duì)比分析結(jié)果如圖8所示。利用式(8)計(jì)算得到的減震溝不同寬度下的減震率如圖9所示。

由圖8可知：隨著減震溝開挖寬度增加，計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度從5.21 cm/s減少到4.54 cm/s，表明計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)與爆源之間的水平距離越大，振動(dòng)速度越小；當(dāng)減震溝開挖寬度為3.0 m時(shí)，保護(hù)區(qū)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的最大振動(dòng)速度為4.54 m/s，在GB 6722—2014“爆破安全規(guī)程”規(guī)定的安全振動(dòng)速度范圍內(nèi)。

圖8 減震溝開挖寬度的減震效果

圖9 減震溝開挖寬度的減震率

由圖9可知：減震溝以方案1、方案4、方案5開挖時(shí)，減震溝的減震率隨著計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)與爆源之間的水平距離增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，3種方案的減震率均在計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)距爆源30 m時(shí)達(dá)到最大；方案5減震溝開挖方式(開挖寬度3.0 m)的減震效果最明顯，減震率為38%；其次為方案4減震溝開挖方式(開挖寬度2.0 m)，其減震率為28%；最后為方案1減震溝開挖方式(開挖寬度1.0 m)，其減震率為14%。所以，在減震溝開挖深度以及減震溝與爆源之間的水平距離不變的情況下，在一定范圍內(nèi)，減震溝開挖寬度越大，減震溝的減震效果越明顯，但與減震溝的開挖深度相比，減震溝開挖寬度的減震效果較小。

3.3 減震溝與爆源之間的水平距離對(duì)減震效果的影響

為分析減震溝與爆源之間的水平距離對(duì)隧道爆破的減震效果，將方案1、方案6、方案7作為一組進(jìn)行對(duì)比分析，即減震溝寬度固定為1.0 m，減震溝深度固定為0.8 m，減震溝與爆源之間水平距離分別為4.0，8.0和12.0 m，數(shù)值計(jì)算得到的振動(dòng)速度對(duì)比分析結(jié)果如圖10所示。利用式(8)計(jì)算得到減震率分析結(jié)果如圖11所示。

圖10 減震溝與爆源之間水平距離的減震效果

圖11 減震溝與爆源之間水平距離的減震率

由圖10可知：方案1(減震溝與爆源之間的水平距離為4.0 m)中計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)最大振動(dòng)速度為5.21 cm/s，減震溝的減震效果較??；方案6(減震溝與爆源之間的水平距離為8.0 m)中計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)最大振動(dòng)速度為3.89 cm/s；方案7(減震溝與爆源之間的水平距離為12.0 m)中計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)最大振動(dòng)速度為3.49 cm/s。其中方案6和方案7的最大振動(dòng)速度處于GB 6722—2014“爆破安全規(guī)程”規(guī)定的爆破振動(dòng)安全范圍之內(nèi)?？梢姡簻p震溝與爆源之間的水平距離越大，計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度越小，并且計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度減小幅度先迅速后緩慢。

圖11顯示方案7(減震溝與爆源之間的距離12 m)的減震效果最佳，并在計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)與爆源之間的水平距離為30 m時(shí)達(dá)到最大59%；其次為方案6(減震溝與爆源之間的距離8 m)，減震率最大為48%；最后為方案1(減震溝與爆源之間的距離4 m)，減震率最大為14%。這表明當(dāng)減震溝與爆破開挖區(qū)之間的水平距離和隧道埋深接近時(shí)，減震溝的減震效果最佳。

3.4 減震溝優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

為確定爆破過程中減震溝優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，根據(jù)前面分析結(jié)果，采用正交設(shè)計(jì)方法優(yōu)化減震溝形式。正交因素包括減震溝的開挖寬度()、開挖深度()、減震溝與爆源之間的水平距離(0)，其中減震溝的開挖寬度設(shè)為1，2和3 m，減震溝的開挖深度設(shè)為0.8，1.0和1.2 m，減震溝與爆源之間的水平距離設(shè)為4，8和 12 m。

文獻(xiàn)[20]的研究表明減震溝的開挖寬度()和減震溝與計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的距離(1)對(duì)應(yīng)力波削減效應(yīng)影響較小，所以，在計(jì)算過程中不考慮與1。為了將1對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響降到最小，取與爆源距離最近的觀測(cè)點(diǎn)作為研究對(duì)象，即計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)與爆源之間的水平距離為15m。該計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度計(jì)算結(jié)果如表3所示，極差評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示(1取5.51 cm/s)。

表3 減震溝的正交計(jì)算結(jié)果

注：2′為有減震溝時(shí)距爆源水平距離最近(即距爆源水平距離為15 m)的計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度。

表4 各因素極差評(píng)價(jià)表

為評(píng)價(jià)分析數(shù)值模擬結(jié)果與減震溝的減震機(jī)理是否相符合，在式(3)中引入比較系數(shù)，推導(dǎo)出

式中：0為減震溝與爆源之間的水平距離；為減震溝的開挖寬度；1為減震溝與計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)之間的距離；為隧道埋深，20m。則當(dāng)(如表3所示)接近于1時(shí)，表示數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式所得結(jié)果相符，即與減震機(jī)理相符，否則為不相符。表3中，系數(shù)大部分分布在1左右，說明數(shù)值模擬分析結(jié)果與減震溝減震機(jī)理的分析結(jié)果較相符。對(duì)表3中正交計(jì)算結(jié)果和表4中各因素極差評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析可以得出：在減震溝開挖設(shè)計(jì)方案中，減震溝開挖寬度、開挖高度、與爆源之間水平距離3個(gè)影響因素中，減震溝開挖深度的極差最大為3.05；其次是減震溝與爆源之間水平距離的極差，為2.24；減震溝開挖寬度的極差最小(0.70)，這表明減震溝的開挖深度對(duì)減震溝的減震效果影響最大。

根據(jù)上述減震溝正交試驗(yàn)分析結(jié)果，依托工程減震溝的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如下：開挖寬度為1.0 m，開挖深度為1.2 m，減震溝與爆源之間的水平距離為12.0 m，計(jì)算此種減震溝形式下建筑保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)地表計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度。將計(jì)算得到的(計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)與爆源之間的水平距離為15.0 m時(shí))振動(dòng)速度時(shí)程圖與無減震溝時(shí)的計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度時(shí)程圖進(jìn)行對(duì)比分析，如圖12所示。

由圖12可知：采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的減震溝方案施工后，地鐵隧道爆破過程中建筑保護(hù)區(qū)地表計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的最大振動(dòng)速度為3.29 cm/s，而利用式(3)所得到的計(jì)算結(jié)果為3.26 cm/s，兩者的計(jì)算結(jié)果較接近；而無減震溝時(shí)，其最大振動(dòng)速度為5.51 cm/s，所以，采用優(yōu)化后的減震溝方案的減震率達(dá)到40.29%，且其振動(dòng)速度小于規(guī)范規(guī)定時(shí)安全振動(dòng)速度。依托工程采用該減震溝方案進(jìn)行爆破防護(hù)施工后，其保護(hù)區(qū)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)變形均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，表明減震溝減震效果 良好。

圖12 計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度時(shí)程對(duì)比

4 結(jié)論

1) 結(jié)合薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式和能量衰減規(guī)律對(duì)減震溝的減震機(jī)理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)減震溝的開挖深度、減震溝與爆源之間的水平距離對(duì)地鐵隧道爆破的減震效果較明顯。

2) 減震溝不同參數(shù)對(duì)隧道爆破減震率的影響由大到小分別為減震溝的開挖深度、減震溝與爆源之間的水平距離、減震溝的開挖寬度，這與減震溝的減震機(jī)理分析結(jié)果較一致。

3) 在減震溝參數(shù)范圍內(nèi)，減震溝開挖深度越大，減震溝的減震率越大，減震率最大達(dá)59%；減震溝與爆源之間的水平距離越大，減震率增加的幅度先大后小，減震率最大達(dá)到58%；兩者的減震效果均較明顯。

4) 設(shè)置減震溝后保護(hù)區(qū)地表的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度減少程度較大。依托工程采用該減震溝方案進(jìn)行爆破防護(hù)施工后，其保護(hù)區(qū)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)變形均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，表明依托工程采用減震溝方案減震效果良好。

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(編輯 陳燦華)

Analysis of effect of damping ditch parameters on blasting vibration reduction effect of metro tunnel

WANG Lijun1, HE Zhongming2, CAI Jun3

(1. Guangzhou Metro Group Co. Ltd., Construction Headquarters, Guangzhou 510038, China; 2. School of Traffic and Transportation Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China; 3. School of Architectural Engineering, Hezhou University, Hezhou 542899, China)

In order to analyze the effect of damping ditch parameters on blasting vibration reduction effect of metro tunnel, the damping mechanism of damping ditch was discussed based on the Sodev’s empirical formula and energy attenuation principle. Based on the intercity rapid rail transit of the Pearl River Delta from Guangzhou to Foshan tunnel, the tunnel model was established by using FLAC3Dsoftware, a numerical calculation scheme was designed by principle of orthogonal design, and the variation law of surface particle vibration velocity in different forms of damping ditch action during tunnel blasting construction was analyzed. The results show that the order of influence of ditch parameters on vibration reduction effect of damping ditch from large to small are the ditch depth, the horizontal distance between shock absorption ditch and blasting source, and the ditch width, which is consistent with the shock absorption mechanism of the damping ditch. Within the set parameter range of the damping ditch, the greater the depth, the greater the shock absorption rate. With the increase of the horizontal distance between the shock absorbing ditch and the explosive source, the damping rate increases firstly and then slowly. The optimization design scheme of the support project is that the width of the ditch is 12.0 m, the depth is 1.2 m, the distance between the ditch and the blasting source is 12.0 m, with the scheme, practical application effects of the scheme are very good.

metro tunnel; blast; damping ditch; vibration velocity

TK121

A

10.11817/j.issn.1672-7207.2018.03.031

1672?7207(2018)03?0747?09

2017?07?02；

2017?09?05

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51508042，51678073)；廣州地鐵集團(tuán)有限公司科研項(xiàng)目(HT141595) (Projects(51508042, 51678073) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(HT141595) supported by Guangzhou Metro Corporation)

王利軍，高級(jí)工程師，從事軌交通建設(shè)管理與技術(shù)研究工作；E-mail: wanglijun@gzmtr.com