減振技術在地鐵基坑爆破開挖中的應用

尹志清，王建軍

(中交隧道工程局有限公司， 廣東 廣州 511458)

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減振技術在地鐵基坑爆破開挖中的應用

尹志清，王建軍

(中交隧道工程局有限公司， 廣東 廣州 511458)

針對廣州市軌道交通四號線南延段1標段城市地鐵基坑施工的復雜條件，采取了減震孔和微差延時起爆的控制爆破措施，確定最佳微差起爆時差為50 ms。在保證爆破安全的基礎上，加快了施工進度，確保施工質量，取得了較為理想的施工效果。

基坑研究；微差爆破；減震孔；減震效果

1 基本工程概況

廣州市軌道交通四號線南延段1標段位于廣州市南沙區城市主干道金隆路旁，施工作業環境復雜，基坑兩側建筑物密集(如圖1所示)，建筑物離基坑最近距離僅有12 m，基坑寬度為21～26.7 m，最大開挖深度19.6 m，開挖范圍內分布較厚的中、微風化混合花崗層，圍巖分級為Ⅴ～Ⅱ級，巖質堅硬，局部強度高達121.5 MPa。為滿足周邊環境的要求，達到防塵降噪無污染的效果，明挖基坑內的石方開挖采取控制爆破技術。

圖1 地鐵基坑施工作業周邊環境

由于本區間所處地質條件特殊，巖石層上部為淤泥及砂質性粘土，局部還夾粉細砂，呈流塑狀，自穩能力極差，易坍塌，地面沉降難以控制。在基坑開挖過程中，主要的難點表現在：

(1) 地下連續墻若遭到過大的擾動，其接縫處受到影響而形成過水通道，可能發生涌砂、涌水的現象；

(2) 地面沉降難以控制，在管線和建筑物區，地面沉降過大，易造成地下管線破壞和建筑物開裂，危及管線和建筑物安全；

(3) 周邊為南沙第一中學和金隆路小學，建筑物離爆破施工區域較近，人員流量較大，周邊復雜的環境對控制爆破施工要求較高，如防飛石、減振和減少環境污染等。

針對本工程的特點，開展爆破開挖施工方法研究，控制爆破危害的影響有著重要意義。

2 減振爆破方案設計

爆破空氣沖擊波、噪音、爆破地震、爆破飛石和有毒氣體是復雜環境城市建設爆破開挖需要嚴格控制的爆破危害，其中爆破地震則是爆破危害控制的重中之重[1]。隨著對爆破安全要求的進一步提高，國內外學者開展了大量的針對爆破地震的研究與分析[2-6]，從而給出有效的爆破振動安全控制，其中微差起爆減振技術就是一種較為可靠的方法[7-9]。它將整個爆破過程按照毫秒級時間間隔進行延時，孔間、排間按一定先后順序依次起爆，是目前控制爆破最主要的方法手段之一，對于介質破碎率提高，爆破目標的分段解體，尤其是對爆破主要危害的爆破振動影響具有十分重要的作用[10]。

廣州市軌道交通四號線南延段1標段城市地鐵爆破開挖之前，地下連續墻施工工作已經完成，因此在進行石方爆破時，應盡可能減小對連續墻的擾動，確?；拥氖┕ぐ踩?，同時也要平衡施工進度與爆破安全之間的關系，保證整個施工過程安全、經濟、高效。本次爆破采用中深孔、淺孔大孔徑和淺孔小孔徑相結合的爆破技術方案。爆破過程中控制地震波達到減振目的的主要方法有：開挖邊線上的減振孔、微差起爆技術。單排減振孔設計及參數如圖2所示，減振孔距離基坑外邊輪廓75 cm，孔間距50 cm，孔徑為11.5 cm，孔深21 m。為了防止減振孔內充水和填泥沙等物質，采用外徑為11 cm的PVC管扦入減振孔內，PVC管長度與減振孔深相等，并對管兩端進行密封。有時為了充分發揮減振孔的減振作用，也可以布設雙排減振孔，基本參數與單排減振孔設計參數相同(如圖3所示)，但排與排之間的排距設定為50 cm，減振效果更加明顯。

圖2 單排減振孔設計及參數示意

圖3 雙排減振孔設計及參數示意

另外一種較為行之有效的減振手段就是采用毫秒微差延時起爆技術，利用孔間、排間的微差時間間隔，降低一次齊爆爆炸當量，使同一時刻產生爆炸沖擊波峰值得到控制，同時通過波的反向疊加控制進一步減小爆破振動，達到減振的目的。微差起爆的核心就是微差延時時間間隔，這一參數直接決定爆破的減振效果。對廣州市該地鐵基坑爆破開挖，在具體巖石參數下，合理確定爆破方案，并通過多次實爆實驗測試分析，得到該項目采用微差起爆的合理微差間隔時間應該在40～110 ms之間，然后采用爆破振動智能監測儀和振動速度傳感器測得不同微差起爆時差情況下的爆破振動峰值曲線，對比分析選取較優的微差起爆時差為50 ms，起爆網路如圖4所示，孔間、排間微差起爆時間間隔均為50 ms。

圖4 微差起爆網路示意

3 爆破效果對比分析

爆破產生的振動波的傳播衰減過程與其借助的介質的基本特性有關，當振動波傳播時經過不同的物體分界面時，由于兩者基本特性有所差異，使得波在界面處發生反射或者透射，波的能量有所衰減或者降低，尤其是有較為明顯的物理間斷，如減振孔或者較大減振溝等。圖5給出了減振孔對爆破速度峰值的影響，其中圖5(a)是沒有設定減振孔時的速度峰值曲線，其中最大峰值為2.06 cm/s，(b)和(c)分別為單排減振孔以及雙排減振孔得到的速度峰值曲線，速度最大峰值分別為1.81 cm/s和1.26 cm/s，從圖5中可以較為明顯看出減振孔能夠起到一定的減振效果，但一次齊爆爆破振動峰值仍然較大，這里需要采用微差起爆技術進行控制。

圖5 減振設計對爆破振動的影響

在設定減振孔基礎上，采用40，50，70，110 ms微差起爆延時時間試爆，并測得爆破振動曲線。對比測得的爆破振動峰值情況，認為較優的起爆時差為50 ms(見圖6)，此時爆破振動峰值小于《爆破安全規程》設定的爆破地震波振動速度3 cm/s的閾值[10]，認為爆破振動危害控制較為成功。

圖6 50 ms間隔微差起爆的爆破振動曲線(峰值為0.233 cm/s)

4 結 論

本文對廣州市軌道交通四號線南延段1標城市地鐵基坑爆破振動控制開展研究，分析、比較不同的減振手段，如減振孔或微差起爆技術對爆破減振所起的作用，通過實際測量和分析，給出較優的爆破振動控制方案，使得該段地鐵基坑爆破開挖在安全、高效的情況下開展施工，為以后復雜環境下地鐵基坑爆破開挖時爆破振動控制提供依據。

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2016-02-24)

尹志清(1975-)，男，河北邯鄲人，高級工程師，主要從事爆破開挖、隧道工程方面的研究，Email:15874937857@163.com。