鐵路編組站高邊坡爆破地震監(jiān)測(cè)與分析

張家輝，呂中玉，盧宏力，陽生權(quán)

（1.湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湘潭411201；2.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，南寧530200）

0 引言

隨著鐵路建設(shè)往中、西部山區(qū)地帶延伸發(fā)展，受山區(qū)地形條件限制，高邊坡工程越來越常見，鐵路建設(shè)途經(jīng)高壓輸電線路的情況也時(shí)有發(fā)生，此時(shí)的鐵路施工往往會(huì)面臨大量的土石方開挖，因爆破施工開挖能大大加快進(jìn)度、保證工期，從而成為首選的施工方法.然而，爆破地震、爆破飛石等爆破公害會(huì)對(duì)爆區(qū)附近的建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生影響與危害，爆破地震效應(yīng)及其控制，旨在選擇合理的爆破方法與鉆孔爆破參數(shù)，在保證爆破施工質(zhì)量安全的同時(shí)，降低與控制爆破地震動(dòng)對(duì)建（構(gòu)）筑物的安全影響［1］.高邊坡爆破開挖過程中產(chǎn)生的地震效應(yīng)對(duì)邊坡和鄰近區(qū)域內(nèi)建（構(gòu)）筑物的影響，仍是一個(gè)亟待解決的問題［2-5］.

論文依托渝懷鐵路增建二線懷化編組站高邊坡爆破開挖工程，針對(duì)爆區(qū)周邊環(huán)境影響范圍內(nèi)的高壓輸電線塔和民房等的保護(hù)結(jié)構(gòu)，開展了長(zhǎng)期的爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)，保證了依托工程爆破開挖施工與周邊環(huán)境安全.同時(shí)，通過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的回歸分析，得到了該區(qū)域工程環(huán)境條件下的爆破振動(dòng)速度傳播與衰減規(guī)律，為有效控制爆破地震動(dòng)和爆破施工鉆爆參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù).

1 爆破地震安全監(jiān)測(cè)

1.1 工程概況

爆破開挖區(qū)域位于懷化市鶴城區(qū)武陵山國際物流園西南側(cè)，兩條市政道路：舞陽大道、龍泉湖路，與線路交叉里程GDK1+210、GDK2+000，距離爆破區(qū)域130～570 m.距離爆破區(qū)附近的居民房屋主要分布在施工范圍GDK1+120～GDK1+210 西北側(cè)、GDK2+120-GDK1+210 西北側(cè).超高壓線路兩條分布在線路小里程.懷化西編組站高邊坡挖方區(qū)與受影響區(qū)域的位置關(guān)系如圖1 所示.

圖1 爆區(qū)與受影響區(qū)域示意圖

1.2 測(cè)點(diǎn)布置

本次使用TC-4850 爆破測(cè)振儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè).本次爆破振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)主要針對(duì)的對(duì)象是爆區(qū)坡面背向位置的高壓輸電線塔和民房，爆源的地面標(biāo)高為46 m，爆源與電塔和民房的高程差分別為52 m 和30～40 m，爆源與電塔和民房的水平距離分別為87 m 和142 m.測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示.

圖2 電塔和民房測(cè)點(diǎn)布置剖面圖

1.3 依托工程爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《安全爆破規(guī)程》（6722-2014）的規(guī)定和《渝懷鐵路梅江至懷化段增建二線引入懷化樞紐站前工程GTYHZQ-VII 標(biāo)段石方爆破專項(xiàng)施工方案》的要求，一般當(dāng)質(zhì)點(diǎn)振速超過允許值時(shí)應(yīng)暫停爆破作業(yè)，并通過優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)、采取降振措施等手段，以求降低爆破振動(dòng).被保護(hù)對(duì)象的安全閾值控制標(biāo)準(zhǔn)見表1.

表1 被保護(hù)對(duì)象的安全閾值控制標(biāo)準(zhǔn)

2 爆破地震安全監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度分析

通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)爆區(qū)坡面背向位置的高壓輸電線塔和民房進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示.

表2 高邊坡爆破開挖振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

項(xiàng)目 數(shù)量峰值振速/（cm/s）主振頻率/Hz水平橫向垂直方向水平縱向水平橫向垂直方向0.395～4.855 0.164～7.174 1.465～12.207 3.418～11.475 4.150～11.475

圖3 質(zhì)點(diǎn)峰值振速與比例藥量關(guān)系

由圖3 可以得出質(zhì)點(diǎn)峰值振速的衰減規(guī)律，其經(jīng)驗(yàn)公式分別為：

式中，相關(guān)系數(shù)R =0.70，衰減指數(shù)為2.58.

水平縱向：

式中，相關(guān)系數(shù)R =0.74，衰減指數(shù)為2.31.

水平橫向：

式中，相關(guān)系數(shù)R＝0.81，衰減指數(shù)為1.62.

垂直方向：

式中，相關(guān)系數(shù)R＝0.76，衰減指數(shù)為1.72.

2.2 主振頻率分析

通過對(duì)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究顯示，不同的爆破方式方法和不同的場(chǎng)地條件都會(huì)影響爆破振動(dòng)幅值和主振頻率大小，這與文獻(xiàn)結(jié)論相符［7］.對(duì)背坡面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)三方向主頻進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如表3 所示，并繪制主頻頻次分布圖如圖4 所示，以及由圖5 背坡面區(qū)地震波典型頻譜分析圖可知，當(dāng)測(cè)點(diǎn)處在邊坡爆破區(qū)背面時(shí)，爆破振動(dòng)主頻主要集中在0～15 Hz，與迎坡面對(duì)比，背坡區(qū)的頻帶范圍更小，低頻0～5 Hz占比更大，頻率變化并不豐富.究其原因，背坡區(qū)的測(cè)點(diǎn)離爆源距離更遠(yuǎn)，加上地形起伏變化很大，地震波傳播到測(cè)點(diǎn)要經(jīng)過整個(gè)邊坡背向的山體，傳播情況更復(fù)雜；山體阻隔對(duì)于頻率的影響很大，高頻部分幾乎都被過濾，傳到測(cè)點(diǎn)只剩下低頻占主導(dǎo)地位且三個(gè)方向大部分主頻都趨同化.這時(shí)對(duì)于保護(hù)物來說就要重點(diǎn)關(guān)注共振情況產(chǎn)生，背坡區(qū)的民房房主反映房子振動(dòng)較大影響到正常生活，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，雖然三個(gè)方向的峰值振速并未超過一般民用建筑物安全閾值（1.5～2.0 cm/s），但是由于該民房有三層樓，所以不排除在樓上會(huì)有振速放大效應(yīng)和民房自振頻率與爆破主頻相近的共振現(xiàn)象發(fā)生.

表3 背坡面區(qū)測(cè)點(diǎn)三方向振速峰值主頻頻次表

圖4 背坡面區(qū)測(cè)點(diǎn)三方向振速峰值主頻頻次柱形圖

圖5 背坡面區(qū)地震波典型頻譜分析圖

3 結(jié)論

（1）針對(duì)背坡面地形的建筑物，開展了高邊坡爆破開挖爆破地震安全監(jiān)測(cè)與分析，保證了周邊環(huán)境與爆破施工安全，并分別得到背坡面地形三個(gè)方向分量爆破峰值振速經(jīng)驗(yàn)公式，公式反映出起伏地形對(duì)爆破地震波傳播規(guī)律影響較大.

（2）爆破地震波頻譜分析表明，起伏地形對(duì)頻率影響較大，起伏地形及高程差變化對(duì)高頻波存在過濾作用，使得背坡成爆破地震波主振頻率主要集中在低頻區(qū)，可能造成背坡面民房固有頻率較低的結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生共振，進(jìn)而擴(kuò)大爆破地震影響與危害程度.