地鐵基坑爆破開挖對車站結(jié)構(gòu)的影響及藥量的控制

操抗 祝李京 秦毅 章凱 肖帥

地鐵基坑在進(jìn)行爆破施工時，合理地控制藥量能減少爆破對車站結(jié)構(gòu)以及周圍建（構(gòu)）筑物的影響，保證施工的安全，本文依托成都某地鐵基坑爆破開挖為例，基坑采取分層臺階的松動微差爆破進(jìn)行石方開挖，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測情況，合理調(diào)整爆破參數(shù)，經(jīng)過多次數(shù)據(jù)擬合，對爆破藥量進(jìn)行控制，從而減小爆破對車站結(jié)構(gòu)的影響，盡可能避免了爆破施工的安全隱患。為后期同等地質(zhì)條件下爆破施工積累經(jīng)驗。

一、工程概況

車站為地下兩層12m島式站臺車站，兩層單柱雙跨（局部雙柱三跨），標(biāo)準(zhǔn)段寬度為21.5m，全長340.40m。車站基坑開挖深度約為16.9～24.1m，基坑寬度約為21.3～68.4m，結(jié)構(gòu)頂板覆土厚度約為3.5m。車站采用明挖法施工。車站基坑開挖采用三種支護(hù)方式，分別為邊坡錨固支護(hù)、樁+內(nèi)支撐支護(hù)和樁+錨索支護(hù)。此次爆破松動的石方范圍：車站大里程ZDK67+792.590—ZDK67+592.590，約200m的長度，剩余石方深度約10m，共約5萬方，所需爆破處為中等風(fēng)化泥巖、砂巖。屬下伏基巖為白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）泥巖、白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組（K2j）泥巖和砂巖，

二、爆破方案

考慮到環(huán)境條件的特殊性，總體方案選擇實施淺孔松動爆破，采取分層臺階的松動微差爆破進(jìn)行石方開挖，臨近支護(hù)樁處預(yù)留1.5m距離，此部位土方采用機(jī)械配合開挖。嚴(yán)格控制好單孔裝藥量和一次齊爆的最大用藥量，參照《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，將爆破振速值控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。嚴(yán)格控制地震波、飛石、空氣沖擊波對臨近的基坑邊坡、支護(hù)樁及周圍各種需保護(hù)設(shè)施的危害。

三、監(jiān)測方案

采用Blast-UM型爆破測振儀，對基坑周圍車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行爆破振動監(jiān)測。在爆破點(diǎn)上方同一斷面不同距離布設(shè)多個監(jiān)測點(diǎn)，進(jìn)行多次監(jiān)測。根據(jù)每次爆破位置的不同，采集多組監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行整體數(shù)據(jù)回歸分析，計算出α和k值，用薩道夫斯基公式對振速預(yù)測，再與實際數(shù)據(jù)對比分析，給出爆破藥量控制值，控制爆破藥量，減少爆破擾動。

四、監(jiān)測結(jié)果分析

爆破對不同建（構(gòu)）筑物、設(shè)施設(shè)備和其他保護(hù)對象的震動影響，采用《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）13.2.2條表2《爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定值作為允許標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場按照現(xiàn)場新澆大體積混凝土（C20）：齡期：7d～28d的標(biāo)準(zhǔn)控制，在 7.0～12cm/s 的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)為可控范圍值。

采用薩達(dá)夫斯基公式： 對各項參數(shù)進(jìn)行擬合，以垂直振動峰值數(shù)據(jù)為參考標(biāo)準(zhǔn)，帶入藥量Q（kg）、距離R（m）、速度V（cm/s）進(jìn)行參數(shù)擬合，為防止數(shù)據(jù)局限性，我們對不同藥量，不同距離的情況進(jìn)行多次監(jiān)測，計算出α=2.51、k=357.62。從實測數(shù)據(jù)看出，實測主頻率速度V與藥量Q、距離R之間的關(guān)系如下圖所示；

分析：

本文監(jiān)測數(shù)據(jù)中爆破藥量以：60kg、72kg、120kg、140kg、150kg、160kg、180kg為例；爆心距在20～30m之間：

1.測得所有數(shù)據(jù)中爆破藥量在60kg、72kg、120kg時，基坑范圍之外所有測點(diǎn)均為超出標(biāo)準(zhǔn)范圍；

2.測得所有數(shù)據(jù)中爆破藥量在140kg、150kg、160kg、180kg時，基坑范圍之外所有測點(diǎn)70%超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，20%接近12cm/s，10%接近7cm/s；

3.將所測數(shù)據(jù)代入專門計算軟件中，進(jìn)行薩達(dá)夫斯基公式進(jìn)行推算擬合，得出藥量Q與振動速度V的線性變化關(guān)系；

4.因基坑目前深度約為20 m，故以20 m為最小距離值，7.0～12cm/s為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍，故確定最大控制值12cm/s，計算得出最大爆破藥量約為138kg。

五、振數(shù)預(yù)測

1.根據(jù)參數(shù)擬合值/初始值α=2.51、k=357.62，代入薩達(dá)夫斯基公式： 進(jìn)行振數(shù)預(yù)測，確定以最小距離20m，確定藥量變化范圍60kg～160kg，預(yù)測藥量Q與速度V之間的關(guān)系如下圖所示；具體預(yù)測數(shù)據(jù)列表如下表；

根據(jù)預(yù)測圖表，結(jié)合實測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析：

（1）當(dāng)爆破藥量在60kg、72kg時，實測數(shù)據(jù)比預(yù)測數(shù)據(jù)相對較小；

（2）當(dāng)爆破藥量在120kg、140kg、150kg時，實測數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)較為接近；

（3）當(dāng)爆破藥量在160kg、180kg時，實測數(shù)據(jù)比預(yù)測數(shù)據(jù)相對較大。

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2.根據(jù)參數(shù)擬合值/初始值α=2.51、k=357.62，代入薩達(dá)夫斯基公式： 進(jìn)行振數(shù)預(yù)測，確定藥量Q=138kg，距離R變量范圍20m～60m，預(yù)測距離R與速度V之間的關(guān)系如下圖所示；具體預(yù)測數(shù)據(jù)列表如下表；

根據(jù)預(yù)測圖表，結(jié)合實測數(shù)據(jù)（140kg）進(jìn)行對比分析：

（1）當(dāng)距離在20m時，實測數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)十分接近；

（2）當(dāng)距離在25～35m時，實測數(shù)據(jù)比預(yù)測數(shù)據(jù)偏大；

（3）當(dāng)距離在35～60m時，實測數(shù)據(jù)比預(yù)測數(shù)據(jù)偏小。

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六、結(jié)語

基坑爆破開挖過程中，爆破振動對車站結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境影響極大，爆破振動監(jiān)測尤為重要，且爆破振動主頻離散性較大，需要大量監(jiān)測數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析，進(jìn)而對爆破藥量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。根據(jù)起爆藥量、爆心距離以及主頻速度，在安全距離以內(nèi)，利用薩達(dá)夫斯基公式進(jìn)行推算、模擬，利用科學(xué)的方法來引導(dǎo)爆破，達(dá)到安全可控的目的。