西安環(huán)球中心金花大樓爆破作用下周邊地鐵的安全性研究

郭輝

摘 要：以國內(nèi)爆破最高建筑-西安環(huán)球中心為工程背景，采用機器人自動化和人工選點監(jiān)測方式，主要從周邊地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)、軌道變形入手，研究爆破超高層建筑結(jié)構(gòu)對周邊地鐵的影響。監(jiān)測結(jié)果表明，超高層建筑爆破對周邊地鐵區(qū)間隧道有很大影響，利用機器人監(jiān)測能較好的測出區(qū)間隧道各結(jié)構(gòu)部位變形，保證了地鐵結(jié)構(gòu)的安全，同時與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)相比，充分驗證區(qū)間隧道中測量機器人的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：西安環(huán)球中心；爆破；地鐵結(jié)構(gòu)；測量機器人

中圖分類號：O329 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0135-03

隨著我國城市建設(shè)發(fā)展的速度越來越快，原有的地標(biāo)建筑已經(jīng)嚴(yán)重影響了城市的發(fā)展，因此，在世界上很多地方，原有的地標(biāo)性建筑被拆除，例如，重慶的會仙樓，武漢大學(xué)的老牌坊等。[1]在拆除過程中，目前多采用機械化拆除、爆破等，爆破根據(jù)炸藥的類型分為多種爆破形式。[2]在以往的工程爆破中，高層建筑爆破很少，然在地鐵影響范圍內(nèi)爆破超高層結(jié)構(gòu)，是前所未有的，近日高達(dá)118m的地標(biāo)建筑-西安市環(huán)球中心金花大樓被成功爆破，成為國內(nèi)目前國內(nèi)爆破最高建筑。[3]因西安環(huán)球中心距西安地鐵三號線較近，爆破產(chǎn)生的巨大沖擊波和堆載對已建成的地鐵結(jié)構(gòu)有很大影響，為了充分保證結(jié)構(gòu)的安全，本文正基于此，展開對距環(huán)球中心41.6m的三號線區(qū)間隧道進(jìn)行監(jiān)測，采用機器人自動化和人工監(jiān)測相校核的方式，主要對地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)振動、平面位移，變形縫沉降，周邊收斂，道床及左右軌道變形等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，研究超高層爆破對周邊地鐵的影響程度。

1 西安環(huán)球中心爆破概況及監(jiān)測方案

1.1 西安環(huán)球中心爆破概況

環(huán)球西安金花辦公大樓爆破工程其主樓地下一層，地上二十六層，樓頂還建有鏤空鋼網(wǎng)架。建筑總高度為118m，距延～科區(qū)間盾構(gòu)隧道直線距離為41.6m，對大樓爆破方案經(jīng)過多方論證，最終確定為金花大樓爆破后遠(yuǎn)離地鐵方向倒塌（即反向倒塌）；其平面及剖面位置如圖1所示。[4]

1.2 監(jiān)測實施方案

本次監(jiān)測范圍位于地鐵3號線延平門站～科技路站區(qū)間內(nèi)，即環(huán)球西安中心金花大廈影響區(qū)間隧道范圍內(nèi)，左右線（ZDK16+340.668～ZDK17+023、YDK16+343.121～YDK16+989.478）監(jiān)測范圍長約1400m，主要監(jiān)測項目見表1所示。

監(jiān)測過程中，按10m布置一個斷面，各設(shè)65個斷面，每個斷面上主要監(jiān)測道床、隧道結(jié)構(gòu)、變形縫、左、右線變形，其中在距離環(huán)球中心爆破最近距離處安裝一臺爆破振動儀，監(jiān)測爆破過程中地鐵結(jié)構(gòu)振動情況。

2 自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測

2.1 爆破振動頻率監(jiān)測

在于環(huán)球中心在直線距離最近的地鐵襯砌上設(shè)置一組爆破測振儀，監(jiān)測地鐵結(jié)構(gòu)的水平和豎直振動情況。[7]

通過圖2、3分析可得出：金花大樓爆破過程中，對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動速率均未達(dá)到控制爆破振動速率；水平振速與豎直振速相比，水平振速遠(yuǎn)大于豎直振速；經(jīng)過分析，爆破振動速率對地鐵影響不大的主要原因是大樓倒塌方向應(yīng)遠(yuǎn)離地鐵結(jié)構(gòu)。

2.2 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測

通過圖4、5所示，分別為區(qū)間隧道平面位置x（與隧道斷面平行）、y方向（與隧道中線平行）上的位移，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：機器人監(jiān)測的平面位移有所大幅度增加，距離爆破最近的地鐵結(jié)構(gòu)平面位移超出了規(guī)范規(guī)定的控制值，周邊選取的各個監(jiān)測點也達(dá)到預(yù)警值，而人工監(jiān)測過程中，平面位移增加不大，距離爆破最近的監(jiān)測點僅達(dá)到預(yù)警值，主要原因是機器人監(jiān)測系統(tǒng)是在一時間段內(nèi)實時監(jiān)測的，監(jiān)測到爆破瞬間地鐵的位移變化值，而人工監(jiān)測，是在爆破結(jié)束3個小時后，確保人員安全后才進(jìn)入?yún)^(qū)間隧道中進(jìn)行監(jiān)測工作，因此監(jiān)測數(shù)據(jù)有一定的差異，同時也說明金花大樓爆破一瞬間，距離最近的地鐵區(qū)間隧道超出了控制值，平面x方向的位移比y方向的位移大的多，說明大樓爆破后，區(qū)間隧道受到大樓堆載旁壓后，向隧道斷面x方向整體發(fā)生了位移。

同時，機器人監(jiān)測的數(shù)值比人工監(jiān)測的數(shù)值大，說機器人監(jiān)測爆破引起地鐵位移變化的可靠性。

2.3 區(qū)間隧道拱頂下沉及周邊位移收斂監(jiān)測

隧道周邊收斂在隧道底墻和拱肩處分別布設(shè)了收斂監(jiān)測點。分析可得出，區(qū)間隧道周邊收斂在爆破一瞬間數(shù)值很大，爆破后隨著時間的增長，數(shù)值變化很小，速度越來越慢，隧道趨于收斂。拱肩收斂值與底墻收斂值相比較，拱肩的收斂值略大于底墻，說明隧道周邊拱肩受力略大。

拱頂沉降在大樓爆破后，隧道拱頂剛開始沉降較大，隨著時間的增加，拱頂處的沉降值控制在10mm以內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

2.4 軌道平順性監(jiān)測

爆破對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的沖擊力，為了保證列車的正常通行，除了對隧道結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行監(jiān)測，還應(yīng)對軌道進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測項目主要包括軌道結(jié)構(gòu)縱向差異，水平變形及距離。

2.4.1 軌道平面位移監(jiān)測

如圖6、7所示，x表示與軌道垂直方向上的位移，y表示平行于軌道方向上的位移。通過分析可得，距離爆破最近的軌道在爆破一瞬間x方向的位移值達(dá)到2.7mm，但人工監(jiān)測的僅有1.8mm，有一定的差值，但二者均未達(dá)到控制值，與y方向的位移進(jìn)行對比，與軌道平行y方向上的位移在0.8mm-0.36mm之間，比x方向的位移量小很多，說明金花大樓爆破使地鐵結(jié)構(gòu)整體往x方向移動，而y方向的位移是由于軌道向最近距離偏移造成的，位移量很小。

2.4.2 軌道平面距離監(jiān)測

軌道受到爆破沖擊及堆載旁壓后，兩根軌道受力后位移并不完全相同，因此還需對軌道平面距離進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖8所示，通過分析可得出，距離爆破最近位置處的兩根軌道間的距離最大相差2mm，爆破一瞬間軌排距離相差較大，但仍在控制范圍內(nèi)，其余各軌道距離隨著時間的增加，相差距離趨于平穩(wěn)，但距離爆破最近的軌道距離有增加的趨勢。

2.4.3 道床及軌道平面沉降監(jiān)測

對軌道和道床沉降分別進(jìn)行監(jiān)測，見圖9-11，通過分析可以看出，道床和軌道的沉降趨勢大體相同，爆破一瞬間位移較大，隨著時間的增加，沉降速率逐漸減小，道床及軌道結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定；道床與軌道的位移經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，道床與軌道同一監(jiān)測點沉降值存在一定的差異，爆破瞬間沉降差異相差較大，隨著時間的增加，道床與軌道的沉降差異曲線沿著軌道方向類似于“波浪型”，差異值在±0.2mm以內(nèi)波動，符合列車運行的平順性要求。

3 結(jié)論與建議

本文以目前國內(nèi)爆破最高建筑—西安環(huán)球中心金花大樓爆破為依托，采用機器人監(jiān)測，并通過人工選點監(jiān)測相擬合，以周邊地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)、道床及軌道變形等參數(shù)為控制基準(zhǔn)，研究爆破超高層建筑結(jié)構(gòu)影響范圍內(nèi)地鐵的安全性能，得到以下結(jié)論：

（1）通過爆破過程中對地鐵結(jié)構(gòu)振動速率監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，大樓爆破瞬間對地鐵結(jié)構(gòu)振動速度較大，水平振動速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于豎直振動速率，但不論水平還是豎直方向上的振動速率，均在控制范圍內(nèi)。（2）對周邊地鐵區(qū)間隧道平面位移監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，大樓爆破使地鐵區(qū)間隧道產(chǎn)生了一定的側(cè)向位移，利用機器人監(jiān)測系統(tǒng)很好地監(jiān)測出爆破瞬間隧道的平面位移，x方向的平面位移多點已經(jīng)達(dá)到預(yù)警值，但爆破過后，各個監(jiān)測點的平面位移有一定的減小，均在控制值范圍內(nèi)；與人工選點監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合，離散度在8%左右，且人工監(jiān)測未能監(jiān)測出大樓爆破瞬間地鐵區(qū)間隧道平面位移的變化。（3）對軌道及道床平面位移及沉降監(jiān)測，大樓爆破對軌道平面位移影響不大，而對沉降影響較大。道床和軌道的沉降趨勢大體相同，爆破一瞬間位移較大，隨著時間的增加，沉降速率逐漸減小，道床及軌道結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定；道床與軌道的位移經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，道床與軌道同一監(jiān)測點沉降值存在一定的差異，爆破瞬間沉降差異相差較大，隨著時間的增加，道床與軌道的沉降差異曲線沿著軌道方向類似于“波浪型”，差異值在±0.2mm以內(nèi)波動，符合列車運行的平順性要求。

綜合考慮了地鐵結(jié)構(gòu)振動速率、隧道結(jié)構(gòu)的沉降及平面位移、軌道的平面位移及軌道之間距離、道床與軌道之間的沉降差等安全參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，在地鐵影響范圍內(nèi)，爆破超高層建筑結(jié)構(gòu)反向倒塌方案是可行的。

參考文獻(xiàn)

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