污水管爆破振動效應監測及分析

段憲鋒

(中鐵十七局建設集團有限公司, 福建福州 350014)

污水管爆破振動效應監測及分析

段憲鋒

(中鐵十七局建設集團有限公司, 福建福州 350014)

長沙市地鐵 2號線西湖公園 -溁灣鎮區間隧道掘進時采用鉆爆法施工,對爆破振動速度進行測試并總結了衰減規律,提出了污水管的安全判據,得出了不同爆心距時的最大段藥量,并進一步提出了降低爆破振動速度的措施。

隧道掘進;爆破振動;振動測試;安全判據;最大段藥量

長沙市軌道交通二號線西湖公園站 -溁灣鎮站區間線路全長 421 m,基本在楓林一路北側人行道和山體下面,隧道斷面形式采用分離式單洞斷面,斷面結構為馬蹄形,開挖斷面尺寸為寬 6.30 m×高6.60 m,路面距隧道頂部 18 m左右。根據地質鉆探結果,場地覆蓋層主要有第四系全新統人工填土、淤泥質粉質粘土,更新統殘積層;基巖為元古界板溪群泥 (砂)質板巖。在 ZDK3+648.2里程處有一直徑為 2.4 m的混凝土污水管在隧道上方穿過,污水管底部距隧道頂部 6.31 m。為了確保隧道爆破開挖時的安全,需要對污水管的爆破振動速度控制標準進行研究,對實測振動數據進行分析,進而對爆破施工單位的爆破方案、爆破技術參數或施工方法提出調整建議,以確保污水管的絕對安全。

1 測試方法

爆破振動監測的物理參量主要是質點的振動速度,采用的儀器為 IDTS-3850爆破振動儀記錄分析系統,及與 IDTS-3850配套使用的速度傳感器。

爆破振動測試所獲取的主要是爆破振動的時程波形及其主要特征值 (如質點速度、加速度、頻率等),以便分析爆破地震波在介質中的傳播及衰減規律[1]。當地震波在不同介質中傳播時,在界面處會產生反射和折射,設置在地面的傳感器接受到的為各種波的疊加。爆破質點振動速度響應值是由爆源類型、爆心距、單段最大藥量及總藥量、地形地質條件以及具體的施工工藝等因素綜合決定的。由于隧道在掘進過程中,爆破開挖部位經常變化,爆破振動的測點必須隨爆破部位的改變而改變,在布置測點時,盡量把測點布置在污水管、污水管附近以及與污水管附近地質條件相近的地方。這樣測試出來的數據再回歸得出的參量才能盡可能準確地預報出爆破對污水管的振動影響。

2 爆破振動測試結果及分析

影響質點振動強度的因素很多,但主要因素是微差爆破最大一段爆炸藥量 Q和測點到爆心的距離 R,目前國內普通應用前蘇聯學者薩道夫斯基公式[2],即:

式中:V——爆破震動振速峰值,cm/s;

Q——爆破段藥量,kg;

K——場地條件系數,由測震試驗確定;

α——爆破地震波衰減指數,由測震試驗確定。

爆破振動測試見表1,經實測數據回歸,分別得到垂直及水平方向的衰減規律為:

從各測點的數據分析及得出的傳播規律可以認為:

(1)隧道掘進爆破引起介質質點震動速度的最大值與介質性質有很大的關系,巖石比較堅硬,完整性較好時,爆破參數 (如孔深、單耗、最大段藥量等)較大,那么測點速度較大,反之則較小。若測點與爆源之間有新填土等比較松散的地帶,則振動速度較小。

(2)爆破振動強度與地形有一定的關系。如測點位置與爆心高差較小時,振動速度較小,當測點比藥包中心高時,震動就大。

(3)合理的孔網參數及微差時間對質點振動速度也有著較大的影響。

表1 爆破振動測試結果

3 爆破安全控制

3.1 爆破振動速度控制

管徑 Ф2.4 m混凝土污水管中心線位于 ZDK3+648.2里程,底部距隧道頂部 6.31 m,根據《爆破安全規程》(GB6722-2003)和其他類似工程經驗,并考慮一定的安全系數,安全允許振速為4.0 cm/s;人行地下通道中心線位于 ZDK3+774.7里程,高度3.5 m,底部距隧道頂部 9.54 m,安全允許振速為3.0 cm/s。

3.2 保護對象爆破藥量控制

由不同保護對象的安全允許振速和式 (4),便可以得到距離爆心不同距離處的藥量。對于管徑 Ф 2.4 m混凝土污水管,最大段爆破藥量控制見表2;對于人行地下通道,最大段爆破藥量控制見表3。

表2 污水管爆破最大段藥量控制

表3 人行地下通道爆破最大段藥量控制

3.3 降低爆破振動影響的措施

(1)選擇合適的炸藥。爆破振動大小和所用炸藥性能之間有某種關系,因此選擇合適的炸藥,能在一定程度上減輕爆破振動。由于本隧道圍巖為軟弱圍巖,硬度較小,則可以選用低爆速、低威力的炸藥。

(2)改進起爆方法和控制段藥量以減輕爆破振動。影響爆破振動強度的主要因素是爆破最大一段爆炸藥量 Q和測點到爆心的距離,當爆心距一定時,為了減小爆破振動的影響,必須減少段藥量,即總藥量一定時,盡可能的多分段爆破。因此控制段藥量和相鄰段位的延時間隔是控制爆破振動較為有效的方法。

(3)采用人工的方法使污水管懸空,這樣,爆破引起的地震波無法直接傳入到污水管中,可以顯著減小爆破振動的影響。采用這種方法還需注意污水管的支護,若有飛石飛出,還需對污水管進行包裹。

4 結 論

(1)爆破設計方案是正確可行的,能夠保證污水管的安全,這對類似的工程具有一定的參考價值。

(2)通常情況下,用質點振動速度作為是否破壞的依據是簡單有效的辦法,以實測建立的爆破振動傳播規律及允許振動速度為依據,計算出不同距離處生產爆破時最大段藥量對礦山安全生產有一定指導意義。

(3)爆破振動速度公式 (1)中 k、α的取值非常重要,一般應該通過實測振動數據回歸公式得到,因地質條件等因素會有一定變化,只能作為整個隧道開挖過程中的參考。在類似工程中,應在參照上述爆破薩道夫斯基回歸公式的基礎上,作好實時監測,根據現場爆破情況和實測振動數據進行允許的最大段藥量調整。

[1] 孟吉復,等.爆破測試技術[M].北京:冶金工業出版社,1992.

[2] 張雪亮,等.爆破地震效應[M].北京:地震出版社,1981.

2011-07-06)

段憲鋒 (1981-),男,中鐵十七局集團第六工程有限公司總工程師。