基于薩道夫斯基公式回歸擬合的下臺階爆破參數優化

何 闖

(山東科技大學礦山災害預防控制省部共建教育部重點實驗室，山東 青島 266590)

基于薩道夫斯基公式回歸擬合的下臺階爆破參數優化

何 闖

(山東科技大學礦山災害預防控制省部共建教育部重點實驗室，山東 青島 266590)

以青島地鐵2號線某車站右線TBM始發導洞近接建筑物爆破施工為背景，通過對地表爆破振動速度的同步監測，回歸擬合了導洞下臺階的場地系數K和衰減系數α，進而優化了原爆破方案，取得了顯著的經濟技術效果。

下臺階；場地系數；衰減系數；爆破振動；爆破參數；隧道

地鐵隧道采用鉆爆法施工時，爆破施工產生的振動可能會對其近接建筑物帶來墻體開裂等破壞，給施工安全帶來極大的挑戰。如何在確保建筑物安全的情況下，控制爆破振動，提高施工效率，成為國內外學者亟需解決的難題。采用臺階法施工時，由于下臺階距離地表建筑較遠且存在上臺階爆破形成的空腔，故下臺階的爆破振動易于控制。因此，國內外學者對下臺階的爆破參數研究較少，造成下臺階爆破施工可借鑒的經驗較少[1-2]。本文以青島地鐵2號線某車站右線TBM始發導洞近接建筑物爆破施工為背景，對下臺階爆破參數進行研究。

1 工程概況

右線TBM始發導洞位于車站主體南側，1號風道與車站主體交叉處，總長30.1 m。圍巖等級Ⅳ～Ⅴ級，采用上下臺階施工。導洞上覆巖層厚度約17 m，導洞西南側6.52 m為某大酒店10層樓，要求振速控制在1.5 cm/s以內；導洞東南側28.1 m為某7層居民樓，要求振速控制在0.5 cm/s以內。施工現場雷管采用第一系列毫秒延期導爆管雷管，炸藥采用2號巖石乳化炸藥。共安置4個測點，采用TC-4850測振儀監測振速。

2 下臺階試驗爆破方案

下臺階試驗了3種爆破方案。3種爆破方案炮孔間排距、炮孔個數、起爆網路、雷管段別等爆破參數不變，只對炮孔深度和單孔裝藥量進行調整。下臺階開挖斷面長7.8 m，高3.9 m，斷面面積24.79 m2。輔助孔間距0.800～0.825 m，排距0.65 m；周邊孔及底板孔間距均為0.58 m。3種方案的炮孔個數均為45個，比鉆孔數為1.82個/m2，雷管均為50發。下臺階炮孔布置見圖1。圖中阿拉伯數字除標注參數外，其他均代表雷管段別，羅馬數字代表同一爆破炮次中不同起爆區域。

圖1 下臺階炮孔布置(單位：mm)

方案一：炮孔深度均為1.6 m；輔助孔及底板孔單孔裝藥量均為0.4 kg，周邊孔單孔裝藥量0.3 kg，單段最大起爆藥量1.2 kg；共用炸藥17.2 kg。爆破循環進尺1.5 m，炸藥雷管單耗分別為0.46 kg/m3、2.02發/m3。

方案二：炮孔深度均為2.2 m；輔助孔及底板孔單孔裝藥量均為0.6 kg，周邊孔單孔裝藥量0.45 kg，單段最大起爆藥量1.8 kg；共用炸藥25.8 kg。爆破循環進尺2.0 m，炸藥雷管單耗分別為0.52 kg/m3、1.01發/m3。

方案三：炮孔深度均為1.8 m；輔助孔及底板孔單孔裝藥量均為0.45 kg，周邊孔單孔裝藥量0.40 kg，單段最大起爆藥量1.35 kg；共用炸藥19.85 kg。爆破循環進尺1.7 m，炸藥雷管單耗分別為0.47 kg/m3、1.12發/m3。

3 爆破振動監測數據分析

下臺階采用3種不同的爆破方案共進行了6個爆破循環的試驗。4臺測振儀共獲得爆破振動數據24組，從中選取10組有效的典型數據進行分析。利用爆破測振儀的配套軟件Blasting vibration analysis提取下臺階最大爆破振速及其出現時間、對應位置、炮孔深度等爆破參數，見表1。

表1 下臺階振動數據

本文采用最小二乘法對薩道夫斯基公式回歸變換[3]。

(1)

式中：v為保護對象所在地質點振速(cm/s)；R為爆源與需要保護的建筑物之間的距離(m)；Q為單段最大起爆藥量(kg)。K、α為場地系數和衰減指數。

最后，采用相關系數Rx對K、α回歸系數進行顯著性檢驗。對給定的顯著性水平α，當|Rx|>C(C為常數，可查表取得)時，線性相關；否則線性不相關。取顯著性水平α=0.005，通過查相關系數臨界值表，可得C=0.80。

將表1中數據通過最小二乘法進行線性擬合回歸。結果見圖2。

圖2 下臺階振動速度回歸

計算得：K=59.29，α=1.624。樣本的相關系數Rx=0.96，大于C=0.80，線性關系非常顯著。薩道夫斯基公式為：

(2)

4 下臺階爆破參數優化

根據下臺階擬合回歸的場地系數K和衰減系數α，基于原爆破方案的炮孔間排距計算出單段最大允許起爆藥量達7.6kg。因此下臺階參數調整空間極大，對下臺階爆破方案優化如下：

(1)爆破進尺定為2.1m，根據工程前期炮孔利用率，將炮孔深度調整為2.3m。

(2)降低原爆破方案的比鉆孔。首排輔助孔距離上自由面間距增大至1.5m，炮孔間距為1.11～1.03m，炮孔排距為0.62～0.75m，周邊孔間距為0.775～0.90m。

(3)考慮到炮孔間排距增大，場地系數K和衰減系數α較原爆破方案可能變大，為減小爆破振動，下臺階周邊孔單孔裝藥量為0.6kg，其他炮孔單孔裝藥量為0.7kg，單段最大起爆藥量定為1.4kg。優化后下臺階炮孔布置見圖3，爆破參數見表2。

圖3 優化后下臺階炮孔布置(單位：mm)

表2 優化后下臺階爆破參數

5 結束語

使用優化后爆破方案，進行了8個循環爆破施工，取得了顯著的經濟技術效果：

(1)大酒店、居民樓的爆破振動速度最大值分別為0.70 cm/s、0.35 cm/s，雖然較原爆破方案二有所提高，但均小于設計要求的爆破振動速度。

(2)下臺階爆破進尺較原爆破方案二提高5%。

(3)下臺階比鉆孔、炸藥單耗、雷管單耗較原爆破方案二分別降低33.52%、25%、33.66%。

(4)下臺階每爆破循環總用時較原方案二降低29.6%。其經濟技術參數見表3。

表3 經濟技術參數對比

[1]楊 慶,王海亮,王軍濤.城市硬巖隧道下穿磚木結構建筑爆破控制技術[J].現代隧道技術,2014,51(1)：199-202

[2]王仁濤,王成虎,江英豪.等.青島地鐵太延區間爆破振動控制及影響評價[J].爆破,2015,32(3)：139-145

[3]王路杰，王海亮.淺埋隧道爆破振動衰減系數K、α值的回歸分析[J].國防交通工程與技術，2016，14(4)：48-51

On the Optimization of the Blasting Parameters for Lower Benches by Means of the Regression of Sadov's Formula

HE Chuang

(Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control，Shandong University of Science & Technology，Qingdao 266590，China)

With the TBM-started heading tunnel of the right line of a certain subway station of Line 2 of the Qingdao Subway close to the blasting site for an existing building as the background,through monitoring of blasting vibration velocity,both the site coefficient and the attenuation coefficient of the lower bench of the heading tunnel are regressed and simulated by means of synchronously monitoring the velocity of the ground blasting vibration,upon the basis of which the original blasting schemeis optimized,with remarkable economic and technical effects obtained.

Lower bench;site coefficient;attenuation coefficient;blasting vibration;blasting parameters;tunnel

2016-06-23

山東科技大學研究生科技創新基金項目(YC150304)

何 闖(1990—)，男，碩士研究生，研究方向為隧(巷)道爆破、隧(巷)道支護等。584650078@qq.com

10.13219/j.gjgyat.2016.06.016

U455.41

A

1672-3953(2016)06-0061-03