陳 杰 宋宏偉 沈志永 周 玉

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院,江蘇徐州 221008;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇徐州 221008)

在城市地下工程爆破中產(chǎn)生的爆破振動(dòng),往往會(huì)影響地面建筑物的安全,或者嚴(yán)重干擾居民的正常生活.因此對(duì)爆破振動(dòng)的監(jiān)測(cè)與控制顯得尤為重要.本文利用爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù),對(duì)地面被保護(hù)建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè),通過分析爆破振動(dòng)速度,優(yōu)化爆破參數(shù),以此來指導(dǎo)下一次爆破作業(yè),為控制爆破振動(dòng)提供科學(xué)的方法.

1 爆破振動(dòng)效應(yīng)的安全判據(jù)

目前,我國(guó)爆破振動(dòng)效應(yīng)的安全判據(jù)通常以單獨(dú)的爆破振動(dòng)強(qiáng)度因子(質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移、速度和加速度)來描述[1-2].采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的優(yōu)點(diǎn)是能和地震波攜帶的能通量所產(chǎn)生的地應(yīng)力相聯(lián)系,并和巖土工程建(構(gòu))筑物的應(yīng)力分析相聯(lián)系,而采用位移和加速度則不具有這種特點(diǎn).另外,大量實(shí)測(cè)資料表明[2-8],采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度比采用位移和加速度作為標(biāo)準(zhǔn)更有利于排除土壤因素的影響.由于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度具有理論意義明確、實(shí)踐操作便捷等優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)爆破振動(dòng)效應(yīng)的監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用,并根據(jù)建(構(gòu))筑物分類建立了爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)見表1.

表1 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)[9]

2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

我國(guó)在爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)方面已取得較大進(jìn)步.輕便、靈活、操作簡(jiǎn)單、測(cè)試數(shù)據(jù)精確可靠的數(shù)字測(cè)振儀器以及計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用,將測(cè)試數(shù)據(jù)的精確分析提高到了更高水平.圖1為爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的路線圖.從圖1可看出測(cè)點(diǎn)的選取和數(shù)據(jù)處理及分析這兩個(gè)步驟的主觀因素比較大,這兩個(gè)步驟處理的好壞直接影響到爆破振動(dòng)危害程度的評(píng)價(jià)和爆破參數(shù)的優(yōu)化.

圖1 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3 某交通隧道爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制

3.1 工程概述

某交通隧道下穿一居民區(qū),居民區(qū)里的建筑建于20世紀(jì)90年代,均為5層的磚混結(jié)構(gòu).該隧道要穿越兩棟住宅樓,均是從兩棟住宅樓的斜角穿過,隧道埋深約15m左右.隧道穿越的地層圍巖為微風(fēng)化花崗巖,圍巖整體性較好,多為塊狀砌體結(jié)構(gòu),巖質(zhì)堅(jiān)硬,圍巖級(jí)別為Ⅱ～I(xiàn)II級(jí),透水性弱,自穩(wěn)能力好.現(xiàn)場(chǎng)爆破作業(yè)所用的炸藥為2號(hào)巖石乳化炸藥,起爆器材為毫秒延期電雷管.爆破采用全斷面爆破,炮眼深度為2.4m.現(xiàn)場(chǎng)爆破的主要參數(shù)見表2.

表2 爆破參數(shù)表

3.2 測(cè)試儀器

爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)使用了IDTS 3850便攜式爆破振動(dòng)測(cè)試儀,該儀器能對(duì)各種沖擊信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)、輸出(如圖2所示).該儀器由并行三通道來采集數(shù)據(jù),可很好地完成現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ),經(jīng)自身的RS232串行口和計(jì)算機(jī)通訊,由計(jì)算機(jī)進(jìn)行波形顯示、存盤和打印等.

圖2 系統(tǒng)連接示意圖

3.3 測(cè)點(diǎn)布置

研究表明[10-11],基礎(chǔ)角點(diǎn)為最大振動(dòng)點(diǎn).建筑物的基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)的承載構(gòu)件,振動(dòng)波通過基礎(chǔ)傳到建筑的上部結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)的振動(dòng)情況最能真實(shí)反映建筑物的振動(dòng)情況,因此,基礎(chǔ)的振動(dòng)是建筑物保護(hù)的關(guān)鍵.將3個(gè)傳感器分散布設(shè)在建筑物拐角處的基礎(chǔ)上,測(cè)到的數(shù)據(jù)能更好地反映出爆破振動(dòng)對(duì)建筑物的影響(如圖3所示).測(cè)點(diǎn)選取好之后,用石膏將傳感器粘結(jié)在基礎(chǔ)的表面上,待石膏凝固后即可進(jìn)行測(cè)試.

圖3 某J交通隧道測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.4 數(shù)據(jù)分析

用上述方法在這次爆破施工中進(jìn)行了實(shí)踐.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破方案,測(cè)得的測(cè)點(diǎn)1、2、3的峰值振速分別為4.11cm/s,3.25cm/s、2.08cm/s.即本次爆破,建筑物產(chǎn)生的最大振動(dòng)速度為4.11cm/s,從其振動(dòng)波形圖(見圖4)可以看出,速度較大值主要出現(xiàn)在掏槽眼爆破過程中.該建筑物是民用住宅,屬于磚混結(jié)構(gòu),根據(jù)表1可知,最大振速超過《爆破安全規(guī)程》GB6722 -2003里規(guī)定的最大值3.0 cm/s,應(yīng)調(diào)整爆破參數(shù)以滿足安全允許振速的要求.

圖4 優(yōu)化前的爆破振動(dòng)波形圖

3.5 爆破參數(shù)優(yōu)化

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)方案的分析,為減小爆破振動(dòng)對(duì)建筑物的危險(xiǎn)程度,本文從起爆藥量、雷管段數(shù)、炮眼個(gè)數(shù)和炮眼深度4個(gè)方面進(jìn)行了爆破參數(shù)優(yōu)化,具體優(yōu)化措施及分析如下:

(1)鉆眼深度由2.4m減為1.2m.

(2)掏槽眼個(gè)數(shù)增加12個(gè),藥量減少6.7 kg.由于峰值振速一般出現(xiàn)在掏槽眼爆破過程中,故合理布置掏槽眼,控制掏槽眼的藥量,可以降低振動(dòng)速度.

(3)總炮眼個(gè)數(shù)增加35個(gè).采用多打眼,少裝藥,合理分配藥量和布置藥包,可使更多的炸藥能量用于巖石的破碎[12-13],從而減少用于產(chǎn)生振動(dòng)的用藥量.

(4)雷管段數(shù)由11段增加到18段.增加雷管段數(shù),采用合理的起爆順序,可以避免每個(gè)炮孔在夾制狀況下起爆,從而降低振動(dòng)速度.優(yōu)化后的爆破參數(shù)見表3.

表3 優(yōu)化后的爆破參數(shù)表

根據(jù)優(yōu)化后的爆破方案,測(cè)得的測(cè)點(diǎn)1、2、3的峰值振速分別為:1.28 cm/s、0.78cm/s、0.53 cm/s,即本次爆破,建筑物產(chǎn)生的最大振動(dòng)速度為1.28 cm/s,振動(dòng)波形圖見圖5.根據(jù)表1,可知最大振動(dòng)速度沒有超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),從而驗(yàn)證了優(yōu)化后的爆破方案合理、可行.

圖5 優(yōu)化后的爆破振動(dòng)波形圖

4 結(jié) 語

(1)實(shí)踐表明,采用本文的測(cè)試儀器和測(cè)點(diǎn)布置方式,可以有效地監(jiān)測(cè)建筑物基礎(chǔ)測(cè)點(diǎn)的最大振速,為城市地下交通隧道爆破施工提供爆破控制與優(yōu)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).(2)通過爆破監(jiān)測(cè)表明,采取淺孔爆破,嚴(yán)格控制掏槽眼藥量,增加鉆眼數(shù)量和雷管段數(shù),可以有效減輕爆破作業(yè)對(duì)建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)影響.

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