大型建筑基坑臨近施工塔吊區(qū)域石方爆破振動控制方法

馬海鵬,易建坤,史海兵,王毅凡,李啟月,陳 冠,李維成

（1.湖南鐵軍工程建設有限公司，湖南 長沙 410116；2.中南大學 資安學院，湖南 長沙 410083；3.湖南省建筑工程集團，湖南 長沙 410009）

0 前 言

長沙綠色安全食品交易中心一期工程項目場地基礎（承臺）基坑石方爆破開挖工程主體部分為一在現有場地標高下再下挖約2.5 m的大型L形基坑，合計方量一萬余方。基坑爆破區(qū)域北側250 m處為糧油放心檢測中心，東北角300 m處為湖南省糧食集團有限責任公司辦公樓；爆區(qū)東側邊沿緊挨高度約8 m已支護的巖石邊坡，高邊坡東側分布多排建設施工方湖南建工集團項目部板房，最近板房距爆區(qū)約100 m；正南120 m處為安順路；東南方向路南300 m處為一民房，西南方向250 m處為一民房，100 m處為通訊基站，如圖1所示。為確保項目整體進度，施工區(qū)域及附近已有樁基施工設備與隊伍進場施工。故整個施工區(qū)域內及附近的施工設備與人員也較多，現場情況較復雜。特別是“L”型爆區(qū)西邊沿偏南有9號塔吊,西北角有8號塔吊距離爆區(qū)邊沿43 m，臨近爆破開挖時產生的爆破振動對高聳結構的塔吊安全性將會產生影響。如何控制臨近爆破開挖區(qū)域距塔吊的最小振動安全距離，控制爆破振動水平以確保塔吊的安全性是本項目需要進行專門研究的內容。

1 基坑爆破開挖區(qū)域爆破振動規(guī)律試驗研究

要獲得臨近爆破對施工塔吊產生爆破振動的控制方法，需首先了解基坑爆破開挖區(qū)域巖石爆破振動規(guī)律。爆破振動規(guī)律除與巖石特性有關外，還與基坑開挖區(qū)域巖體結構特點、地形特征等現場因素有關。本基坑開挖區(qū)域以中風化花崗巖為主，塊狀結構，節(jié)理裂隙較發(fā)育，ROD=70～80，巖體基本質量等級為 III級。開挖區(qū)域爆破振動規(guī)律通過多次爆破試驗測試獲得。

圖1 基坑口部支撐結構和巖石開挖前狀況

1.1 試驗方案

由于9號塔吊是爆炸開挖過程中有關爆破振動控制的重點對象，故在進行爆破振動規(guī)律試驗時，振動測試點布置均設置在試驗炮孔（爆源）和9號塔吊位置連線上，如圖2所示。試驗炮孔根據爆區(qū)的實際情況和擬定的爆破分區(qū)和開挖推進方案有針對性的設置不同位置，炮孔裝藥量也根據類似爆破工程經驗和設計方案選擇幾種不同裝藥量。爆破振動測試使用Blastmate Pro6高級振動和過壓監(jiān)測儀[1]和NUBOX-8016爆破振動智能監(jiān)測儀兩種振動監(jiān)測儀器進行監(jiān)測。

圖2 試驗布置

1.2 試驗結果與分析

試驗獲得多組不同試爆藥量條件下距爆源不同距離測點爆破振動測試數據，部分測試數據如表1所示，部分測試點爆破振動波形如圖3所示。

圖3 試爆藥量3.2 kg（距爆源32.3 m處）測點振動波形

表1 多次試爆爆破振動測試數據

在基坑開挖區(qū)域測得的多組爆破振動試驗數據基礎上，根據薩道夫爆破振動速度公式進行回歸分析[2]。

式中，R為測點距爆源直線距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，kg；V為測點質點振速，cm/s。

爆破振動速度隨著比例距離的變化規(guī)律如圖 4所示。

圖4 爆破振動回歸散點圖及曲線

2 塔吊爆破振動控制

2.1 爆破參數選取

本項目基坑開挖位于城鎮(zhèn)環(huán)境，故整體上采用淺孔臺階控制爆破開挖方案，依據現場實際條件和以往類似工程經驗，選取爆破參數如下：

（1）孔徑D：D=38 mm；

（2）臺階高度H：H=2.5 m；

（3）最小抵抗線W：W=(0.4～1.0)H，取1.0 m；

（4）炮孔超深h：h=(0.1～0.15)H，取0.3 m；

（5）炮孔深度L：L=H+h=2.8 m；

（6）孔距a：a=(1.0～2.0)W，取1.3 m；

（7）排距b：b=(0.50～0.9)a，取1.0 m；

（8）單位耗藥量q=0.5 kg/m3；

（9）單孔裝藥量：Q=qaWH=1.625 kg。

為盡量降低9號塔吊爆破振動水平，隨著爆源距9號塔吊距離的變近，可將起爆方式調整為逐孔連接，單孔單響的方式，將單段起爆藥量降至最低，即1.625 kg。

2.2 9號塔吊的爆破振動安全分析

9號塔吊位于本項目基坑爆破開挖區(qū)西南角，距爆區(qū)最近，故爆破振動對9號塔吊影響最大，但目前爆破振動對塔吊安全性影響并沒明確評價標準。現有爆破安全規(guī)程[2]對塔吊這類高聳結構物的爆破振動允許質點振動速度未作出明確規(guī)定。文獻[3]視塔吊的抗震烈度設計為 VI，對應的爆破振動允許質點振動速度按3～5 cm/s進行安全評估。為確保絕對安全，本項目將塔吊按一般民用建筑物處理，其允許質點振動速度按1.5 cm/s標準進行安全評估。

依據多次試爆所獲得的適用于本基坑實際的爆破振動速度公式（1），取Q=1.625 kg（單孔單響）、V=1.5 cm/s代入式（1），可反推計算安全距離R=18.4 m。取Q=3.25 kg（兩孔一響）、 V=1.5 cm/s代入式（1），可反推計算安全距離R=23.2 m。

故按上述最大允許振動速度1.5 cm/s，單段藥量1.625 kg時，只要爆區(qū)距塔吊距離不小于18.4 m，即可認為爆破振動對塔吊的安全是不會產生影響的。

2.3 9號塔吊的爆破振動控制專項措施

通過上述單段最大藥量為1.625 kg條件下的9號塔吊爆破振動安全分析可知，要確保臨近爆破對9號塔吊安全性無影響，控制爆破振動水平，需從以下幾個方面采取具體專項措施：

（1）爆源距塔吊直線距離不小23 m時，爆破可采用雙孔一響的微差起爆方式；爆源距塔吊距離大于18 m小于23 m時，爆破采用單孔單響的微差起爆方式；

（2）在距塔吊18 m內的周邊用潛孔鉆在爆源與塔吊位置連線垂直方向設置一排減振孔或利用機械破除方式開鑿減振溝；

（3）在爆源與塔吊連線上設置爆破振動監(jiān)測點，對塔吊實施全過程爆破振動監(jiān)測；

（3）監(jiān)測結果超標時，及時降低炸藥單耗和單孔裝藥量；

（4）塔吊18 m范圍內石方采用膨脹劑、劈裂棒結合破碎錘的綜合開挖方式進行開挖。

2.4 塔吊爆破振動控制效果監(jiān)測與分析

為確保9號塔吊在爆破開挖過程中的爆破振動安全，檢驗爆破振動控制措施的有效性，對9號塔吊實施全程爆破振動監(jiān)測。監(jiān)測方案為在塔吊基座上和附近沿塔吊與爆源連線方向設置多個監(jiān)測點，如圖5所示。

多次監(jiān)測結果均表明，通過采用上述多種振動控制措施與方法，臨近爆破對9號塔吊的爆破振動水平始終控制在1.5 cm/s以下。其中表2為爆源距塔吊直線距離為29.6 m時，采用雙孔一響的爆破方式對9號塔吊產生爆破振動的實際監(jiān)測結果。表2中監(jiān)測結果與按式（1）計算結果的對比可知，監(jiān)測點實測振動水平大多數較計算值低，這表明所采取的設置減振溝、減振孔等控制措施起到了一定的作用。

圖5 9 號塔吊監(jiān)測方案

表2 某次爆破九號塔吊振動監(jiān)測結果

3 結 論

本文對長沙綠色食品交易中心基礎基坑石方爆破開挖區(qū)域的石方爆破振動規(guī)律進行了試驗研究，獲得了符合本基坑開挖區(qū)域實際條件的爆破振動速度計算公式。以此為基礎，結合淺孔臺階控制爆破參數，分析了9號塔吊爆破振動安全性，提出了爆破振動綜合控制措施。多次爆破振動監(jiān)測數據表明臨近爆破對塔吊產生的爆破振動始終在控制水平以下，振動控制綜合措施是有效的。但如塔吊此類高聳結構物的爆破振動安全評價標準的確定還需要進一步研究。