廣州老城區(qū)地鐵爆破振動影響試驗研究

李應戰(zhàn)

(中國中鐵股份有限公司， 廣東廣州 510308)

廣州市軌道交通11號線(環(huán)線)呈環(huán)形線路，經(jīng)由天河區(qū)、白云區(qū)、越秀區(qū)、荔灣區(qū)和海珠區(qū)等老城區(qū)，周邊環(huán)境極其復雜，對開挖方法要求非常苛刻。為此，必須提前進行施工方法試驗研究。結(jié)合當前施工實際情況，項目選擇地形地質(zhì)條件相對復雜且作業(yè)已開工的南石路站進行爆破試驗。南石路站目前已經(jīng)開挖至地下7.5m深的位置，在車站開挖爆破期間，爆破地震波對周邊既有建筑、車站邊墻和車站既有結(jié)構(gòu)的安全是否構(gòu)成威脅以及其影響程度到底如何，這是需要徹底搞清楚的核心問題，進而為提出行之有效的爆破振動控制技術奠定堅實的基礎。

本文通過爆破地震效應試驗，測試確定適用于施工場地地形地質(zhì)、巖體特性和爆破條件的爆破振動參數(shù)傳遞規(guī)律的經(jīng)驗公式，以用來進行預報和控制；測試建筑物或防護目標及基礎面上的爆破振動參數(shù)的量值，配合爆破破壞范圍試驗，判斷它們的安全性，為調(diào)整爆破參數(shù)和控制爆破規(guī)模提供依據(jù)。

1 南石路車站工程概況

1.1 工程概況

南石路站是廣州軌道交通11號線第25座車站，位于廣州市海珠區(qū)南石路與廣紙東路的規(guī)劃路上方，沿規(guī)劃道路程東南—西北走向，車站大里程端設暗挖存車線。

車站站位所在地塊絕大部分位于已拆遷的廣州紙廠原廠區(qū)范圍內(nèi)，場地較為平整。周邊現(xiàn)狀(圖1)：車站西端位于南石路以東廣州自行車飛輪廠用地內(nèi)，地勢局部比廣紙地塊低1m左右；站位中部北側(cè)為海珠區(qū)棣園村1～3層住宅；車站西端南側(cè)附近有一座110kV變電站，變電站圍墻距離主體基坑最近約為6.5m；變電站西側(cè)有一處高壓線塔，線塔距離主體基坑約10m。

圖1 周邊環(huán)境平面示意

1.2 工程地質(zhì)巖性

地層與巖性地表普遍覆蓋第四系(Q)，基巖由新至老主要是中生界白堊系(K)、侏羅系(J)、石炭系(C)、上元古界震旦系(Z)，有侵入巖分布。

地層由上至下依次為人工填土層、沖積-洪積砂層、沖積-洪積-坡積土層、殘積土層、全風化巖層、中風化巖層、微風化巖層等。車站穿越不良地質(zhì)地帶主要有軟土、上軟下硬地層等。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及水文特征

廣州市位于粵中拗陷(三級單元)中部，廣從、瘦狗嶺、廣三斷裂是本區(qū)構(gòu)造的基本骨架。主要以廣從斷裂和瘦狗嶺斷裂為界線分成四個構(gòu)造區(qū)：增城凸起、廣花凹陷、東莞盆地、三水斷陷盆地。

南石路車站地下水水位埋藏較淺，地下水位的變化與地下水的賦存、補給及排泄關系密切，每年4～9月為雨季，大氣降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降水減少，地下水位隨之下降，水位年變化幅度為2.5～3.0m。地下水按賦存方式分為第四系土層孔隙水，層狀基巖裂隙水、塊狀基巖裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。

地下水主要賦存于第四系砂層，其補給主要靠大氣降水和地表水。砂層水排泄主要表現(xiàn)為大氣蒸發(fā)及珠江退潮時間的江河排泄，地下水水位受季節(jié)和江河潮汐的影響明顯。基巖裂隙水主要由遠處側(cè)向補給以及在基巖裂隙水水位下降時由第四系砂層越流補給。石灰?guī)r巖溶裂隙水主要靠第四系孔隙水的越流補給和大氣降水補給。

2 爆破地震效應的現(xiàn)場測試

2.1 爆破試驗施行方法

準備工作(道路、施工風水電系統(tǒng))→場地清理→炮孔測量放線→鉆孔→清孔→裝藥、堵塞→起爆網(wǎng)絡連接→起爆、爆后安全檢查→爆破試驗效果評價→試驗資料中期整理、匯總。

2.2 爆破振動速度的測試方法

振動速度測量系統(tǒng)由傳感器、記錄儀和筆記本電腦組成。采用中科院四川動態(tài)測試研究所生產(chǎn)的IDTS4850型爆破振動記錄儀記錄振動信號，爆破振動記錄儀直接與傳感器連接，將傳感器輸入的模擬電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進行存儲，再經(jīng)自身的RS232接口和計算機相接，通過專用軟件在計算機上進行波形顯示、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出(圖2)。

圖2 振動速度測試系統(tǒng)

2.3 現(xiàn)場爆破設計

(1)振動測試方案。首先確定爆區(qū)整體(圖3)，其次確定出鉆孔位置(圖4)，最后確定振動監(jiān)測點的布置(圖5)。

圖3 爆區(qū)整體

圖4 鉆孔和測試點布置剖面

圖5 鉆孔和測試點布置俯視

2.4 開挖爆破炮孔布置及設計參數(shù)

(1)爆破參數(shù)。表1列出了第一次開挖爆破的各炮孔裝藥量及其相關爆破參數(shù)。總裝藥量為112.8kg，最大段裝藥量18.0kg。

表1 爆破設計參數(shù)

(2)炮孔布置。實際爆破炮孔布置見圖6。

圖6 實際爆破炮孔布置示意

3 爆破振動數(shù)據(jù)處理

(1)最小二乘法原理。利用《爆破安全規(guī)程》預測爆破地震動強度的薩道夫斯基的經(jīng)驗公式，并利用最小二乘法對其進行回歸分析，其公式的具體形式為：

(1)

(2)基坑爆破振動衰減規(guī)律。對基坑爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總和回歸分析，表2列出了2018年8月1日～8月24日基坑測點所監(jiān)測的數(shù)據(jù)。

圖7 爆破現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

根據(jù)最小二乘法原理將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，得到爆破對基坑周邊建筑物的衰減規(guī)律的K和α，回歸得到的值未充分考慮爆破方式中偶然因素的影響，如多排爆破的后排夾制作用過大、缺孔、重段等。此爆破振動衰減規(guī)律對于基坑周邊建筑物控制主要用于最大段藥量的控制，即距離最近的監(jiān)控點的預估值。根據(jù)多次爆破監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)，回歸分析得出基坑爆破振動最大速度衰減系數(shù)。

表2 爆破現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

基坑爆破：K= 14.09，α=0.88

(3)基坑爆破振動預測。結(jié)合薩道夫斯基公式：

4 結(jié) 論

(1)從數(shù)據(jù)表中分析可知，在基坑近點(7.0m)測點的峰值振速最大為9.348cm/s，隨著距離爆源的距離增大，振速減小明顯，根據(jù)實測發(fā)現(xiàn)在周邊建筑物(R≈11.0m)的振速僅為1.549cm/s，遠未達到安全警戒值。可見當前爆破施工并未對周邊建(構(gòu))筑物造成影響。

(3)后續(xù)爆破施工盡可能貫徹“先預裂后主體”的爆破原則，建議在后續(xù)所有主體爆破前先進行預裂專項爆破，以確保基坑周邊建筑物安全。