摘　要:长沙市地铁2号线西湖公园-溁湾镇区间隧道掘进时采用钻爆法施工,对爆破振动速度进行测试并总结了衰减规律,提出了污水管的安全判据,得出了不同爆心距时的最大段药量,并进一步提出了降低爆破振动速度的措施。

关键词:隧道掘进;爆破振动;振动测试;安全判据;最大段药量

 

      长沙市轨道交通二号线西湖公园站-溁湾镇站区间线路全长421 m,基本在枫林一路北侧人行道和山体下面,隧道断面形式采用分离式单洞断面,断面结构为马蹄形,开挖断面尺寸为宽6. 30 m×高6. 60m,路面距隧道顶部18m左右。根据地质钻探结果,场地覆盖层主要有第四系全新统人工填土、淤泥质粉质粘土,更新统残积层;基岩为元古界板溪群泥(砂)质板岩。在ZDK3+648. 2里程处有一直径为2. 4 m的混凝土污水管在隧道上方穿过,污水管底部距隧道顶部6. 31 m。为了确保隧道爆破开挖时的安全,需要对污水管的爆破振动速度控制标准进行研究,对实测振动数据进行分析,进而对爆破施工单位的爆破方案、爆破技术参数或施工方法提出调整建议,以确保污水管的绝对安全。

 

      爆破振动监测的物理参量主要是质点的振动速度,采用的仪器为IDTS-3850爆破振动仪记录分析系统,及与IDTS-3850配套使用的速度传感器。

      爆破振动测试所获取的主要是爆破振动的时程波形及其主要特征值(如质点速度、加速度、频率等),以便分析爆破地震波在介质中的传播及衰减规律^[1]。当地震波在不同介质中传播时,在界面处会产生反射和折射,设置在地面的传感器接受到的为各种波的叠加。爆破质点振动速度响应值是由爆源类型、爆心距、单段最大药量及总药量、地形地质条件以及具体的施工工艺等因素综合决定的。由于隧道在掘进过程中,爆破开挖部位经常变化,爆破振动的测点必须随爆破部位的改变而改变,在布置测点时,尽量把测点布置在污水管、污水管附近以及与污水管附近地质条件相近的地方。这样测试出来的数据再回归得出的参量才能尽可能准确地预报出爆破对污水管的振动影响。

 

      影响质点振动强度的因素很多,但主要因素是微差爆破最大一段爆炸药量Q和测点到爆心的距离R,目前国内普通应用前苏联学者萨道夫斯基公式^[2],即:

式中:V———爆破震动振速峰值, cm/s;

       Q———爆破段药量, kg;

       K———场地条件系数,由测震试验确定;

       α———爆破地震波衰减指数,由测震试验确定。

      爆破振动测试见表1,经实测数据回归,分别得到垂直及水平方向的衰减规律为:

      从各测点的数据分析及得出的传播规律可以认为:

      (1)隧道掘进爆破引起介质质点震动速度的最大值与介质性质有很大的关系,岩石比较坚硬,完整性较好时,爆破参数(如孔深、单耗、最大段药量等)较大,那么测点速度较大,反之则较小。若测点与爆源之间有新填土等比较松散的地带,则振动速度较小。

      (2)爆破振动强度与地形有一定的关系。如测点位置与爆心高差较小时,振动速度较小,当测点比药包中心高时,震动就大。

      (3)合理的孔网参数及微差时间对质点振动速度也有着较大的影响。

      管径Ф2. 4 m混凝土污水管中心线位于ZDK3+648. 2里程,底部距隧道顶部6. 31 m,根据《爆破安全规程》(GB6722-2003)和其他类似工程经验,并考虑一定的安全系数,安全允许振速为4. 0 cm/s;人行地下通道中心线位于ZDK3+774. 7里程,高度3. 5 m,底部距隧道顶部9. 54 m,安全允许振速为3. 0 cm/s。

      由不同保护对象的安全允许振速和式(4),便可以得到距离爆心不同距离处的药量。对于管径Ф2. 4 m混凝土污水管,最大段爆破药量控制见表2;对于人行地下通道,最大段爆破药量控制见表3。

      (1)选择合适的炸药。爆破振动大小和所用炸药性能之间有某种关系,因此选择合适的炸药,能在一定程度上减轻爆破振动。由于本隧道围岩为软弱围岩,硬度较小,则可以选用低爆速、低威力的炸药。

      (2)改进起爆方法和控制段药量以减轻爆破振动。影响爆破振动强度的主要因素是爆破最大一段爆炸药量Q和测点到爆心的距离,当爆心距一定时,为了减小爆破振动的影响,必须减少段药量,即总药量一定时,尽可能的多分段爆破。因此控制段药量和相邻段位的延时间隔是控制爆破振动较为有效的方法。

      (3)采用人工的方法使污水管悬空,这样,爆破引起的地震波无法直接传入到污水管中,可以显著减小爆破振动的影响。采用这种方法还需注意污水管的支护,若有飞石飞出,还需对污水管进行包裹。