周光偉，陳昌萍， 李偉楨，曾　楨

(廈門理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院,福建 廈門 361024)

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地鐵爆破振動對周邊建筑物及燃氣管的影響

周光偉，陳昌萍， 李偉楨，曾楨

(廈門理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院,福建 廈門 361024)

通過爆破振動監(jiān)測，研究城市地鐵爆破過程中，不同彈藥量對建筑物振動的影響，爆破開挖時間變化與建筑物豎向位移和裂縫寬度的變化情況，以及不同爆源深度對燃氣管振動的影響.研究結(jié)果表明：建筑物豎向振動速度隨著彈藥量增加而增大，建筑物豎向位移和裂縫寬度隨著爆破開挖時間的推進而不斷增大，燃氣管振動速度隨著爆源深度的加深而逐漸減小.減振孔隔振實驗表明，燃氣管振動速度會隨著減振孔深度的增加而減小，減振孔的減振效果明顯.

爆破振動；地鐵爆破；建筑物;燃氣管;減振孔

在城市地鐵建設(shè)過程中，需要開挖大量的樁基，對含有大量巖石的地層，必須采用爆破施工才能完成.目前，爆破理論和爆破控制措施尚不成熟，城市爆破施工和爆破振動會對周邊環(huán)境與建筑物產(chǎn)生不同程度的破壞.這種影響不僅與爆破振動幅值、主頻率和主頻率持續(xù)時間有關(guān)，而且也受到建筑物自身的強度特征、阻尼、自振頻率和高程差等的影響[1].現(xiàn)有降低爆破振動的主要方法為限制最大用藥量、微差爆破技術(shù)、減震溝、改變裝藥結(jié)構(gòu)、構(gòu)造臨空減振等，但由于爆破振動的復(fù)雜性，對不同環(huán)境條件，宜采用不同的減振措施，才能有效減小爆破振動的影響[2-3].因此，對爆破施工進行監(jiān)測及爆破振動控制便顯得尤為重要.

目前，國內(nèi)外學(xué)者研究爆破振動的方法主要為理論分析與數(shù)值模擬[4-8].但由于爆破施工對象為地下巖土工程，而數(shù)值模擬很難準確地選取巖土參數(shù)，再加上廈門島內(nèi)地鐵工程地質(zhì)情況異常復(fù)雜，故本研究以廈門地鐵1號線鎮(zhèn)海路站為依托，通過爆破測振儀監(jiān)測爆破振動對建筑物及燃氣管產(chǎn)生的變化，研究爆破深度和彈藥量對建筑物和燃氣管的影響，以及在爆破開挖過程不同時間段上，建筑物豎向位移累積變化量和裂縫的變化情況，并通過減振孔隔振實驗，研究不同深度減振孔的減振效果.以期更客觀、真實地反應(yīng)地鐵爆破振動對周邊建筑物和燃氣管的影響，為城市爆破施工的安全控制提供有效方法.

1　工程概況

廈門地鐵鎮(zhèn)海路站位于思明區(qū)鎮(zhèn)海路上，沿鎮(zhèn)海路呈西南—東北方向布置，車站兩端地勢高差大，南北兩端相差9.1 m.車站起點里程為YDK0+729.247，終點里程為YDK1+140.077，中心里程為YDK1+062.947，車站總長410.82 m，采用暗挖法和明挖法相結(jié)合的施工方法.該地段地質(zhì)情況異常復(fù)雜，建設(shè)場地范圍內(nèi)除了布設(shè)燃氣管道外，周邊還林立著樁基礎(chǔ)和淺基礎(chǔ)的建筑物，因此，在爆破施工時，有必要對周邊重要建筑物和燃氣管進行監(jiān)測，以確保施工過程中結(jié)構(gòu)物和燃氣管道的安全.

2　監(jiān)測結(jié)果分析

2.1爆破振動對建筑物的影響

2.1.1不同彈藥量下爆破振動的時程響應(yīng)

由于樁基開挖處附近的建筑物是淺基礎(chǔ)的宿舍樓，容易受到爆破振動的影響，當建筑物在持續(xù)受到爆破沖擊荷載作用時，會產(chǎn)生不同程度的裂縫與沉降.本研究根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[9]和《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[10]的要求，對周邊建筑及燃氣管進行振動監(jiān)測，以有效控制爆破過程中彈藥量的大小和振動速度，保護周邊建筑物的安全.

本次監(jiān)測采用TC-4850爆破測振儀，儀器體積小、重量輕、耐壓抗擊、可靠易用，配接相應(yīng)的傳感器能完成加速度、速度、位移、壓力、溫度、濕度等動態(tài)過程的監(jiān)測、記錄、報警和分析.儀器按照爆源與被測物的位置情況進行布置，主要布置在距離爆源水平距離3 m左右，靠近建筑物外墻的地面處，按照彈藥量為2.5，5，10，15 kg等4種工況對建筑物進行振動監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖1所示.

從圖1可見，樁基深度(4 m)和爆源水平距離(3 m)一定時，不同彈藥量對建筑物產(chǎn)生的振動不同，振動速度幅值(z軸方向)隨著彈藥量增加而增大.當彈藥量超過5 kg時，振動速度都超過控制值2 cm/s，故爆破施工時需減少彈藥量.

2.1.2爆破開挖過程中建筑物的豎向位移和裂縫寬度變化

爆破開挖過程中建筑豎向位移累積變化量如圖2所示，建筑裂縫寬度變化如圖3所示.

從圖2～3可以看出，隨著爆破開挖過程中時間的推進，建筑物豎向位移累積變化量和建筑裂縫寬度變化量均越來越大：2015年9月16日，建筑物豎向位移監(jiān)測點C1沉降變化量為4.56 mm；9月17日，監(jiān)測點C2沉降變化量為4.32 mm；9月17日，建筑物裂縫監(jiān)測點L3裂縫寬度變化量為2 mm.這是因為當時樁基已經(jīng)挖到12 m左右，由于周邊土壓力作用和長期的爆破沖擊荷載對地基產(chǎn)生隨機振動，使地基附近土體發(fā)生應(yīng)力重分布，最終導(dǎo)致淺基礎(chǔ)建筑出現(xiàn)不同程度的沉降與裂縫.

2.2爆破振動對燃氣管的影響

燃氣管是地鐵施工危險源之一，如果受到的振動太大，容易引起重大安全事故，因此在爆破施工過程中需要對燃氣管進行振動監(jiān)測.在離爆源最近處的燃氣管頂部布設(shè)爆破振動傳感器，并使之保持水平狀態(tài)，爆破振動發(fā)生時，爆破測振儀會自動接收到振動信號并記錄數(shù)據(jù).

本研究爆破彈藥量保持不變，爆源距離燃氣管水平距離為1 m，按爆源深度1，2，3，4 m等4種工況監(jiān)測燃氣管的爆破振動時程響應(yīng)，結(jié)果如圖4所示.

從圖4可見，當爆源深度為1 m時，豎向振動速度最大值為0.12 m·s-1；而當爆源深度為4 m時，豎向振動速度最大值為0.04 m·s-1，即隨著開挖深度的增加，燃氣管的豎向振動速度逐漸減小.2.3減振孔實驗分析

上述監(jiān)測結(jié)果表明，因爆源距離周邊建筑物及燃氣管的距離很近，在長期的爆破沖擊波荷載作用下，易導(dǎo)致建筑物沉降和裂縫寬度過大，并導(dǎo)致燃氣管的振動過于強烈，隱藏極大的安全隱患.為此，本研究根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境條件，進行減振孔隔振實驗.減振孔由相同孔徑的圓孔組成，利用減振孔的臨空部分吸收爆破過程中產(chǎn)生的沖擊波，從而達到減振的目的.

為研究相同距離和相同彈藥量的條件下，不同深度減振孔和燃氣管振動速度的關(guān)系，本研究共布設(shè)24個孔徑為100 mm的減振孔，前后兩排減振孔間隔交錯分布，孔間距為300 mm，減振孔布置與現(xiàn)場測試情況如圖5所示，燃氣管振動速度和減振孔深度間的關(guān)系如圖6所示.

從圖6可見，減振孔的減振效果明顯：振動速度隨著減振孔深度的增加而減小，特別是z軸方向的減振效果達到了54%.但隨著減振孔深度的增加，經(jīng)濟成本與施工難度也隨之增加，綜合考慮經(jīng)濟成本、施工難度和減振效果等因素，建議設(shè)置深度為9 m左右的減振孔.

3　結(jié)論

1)不同彈藥量對建筑物產(chǎn)生的振動不同，建筑物振動速度幅值隨著彈藥量增加而增大.隨著爆破開挖時間的推進，建筑物豎向位移累積變化量和裂縫寬度不斷增大.

2)燃氣管豎向振動速度隨著爆源深度增加而逐漸減小.

3)減振孔隔振實驗表明，隨著減振孔深度增加，燃氣管振動速度減小，減振效果越好.

[1]史秀志,周健,杜坤,等.爆破振動對民房破壞效應(yīng)預(yù)測的BDA模型及應(yīng)用[J].振動與沖擊，2010,29(7):60-65.

[2]陳春歌,申志兵,張賢凱,等.水下爆破沖擊波危害及安全控制措施的模擬分析[J].城市建設(shè)理論研究，2011,18(1):58-61.

[3]林琪偉.爆破震動對房屋影響的評價與控制研究[J].福建建筑，2009(9):47-49.

[4]宋光明,史秀志,陳壽如.露天礦邊坡爆破振動破壞判斷依據(jù)新方法及其應(yīng)用[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2000,31(6):485-488.

[5]史秀志.爆破振動信號時頻分析與爆破振動預(yù)測研究[D].長沙:中南大學(xué),2007.

[6]KHANDELWAL M,SINGH T N.Evaluation of blast induced ground vibrationpredictors[J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering,2007(27):116-125.

[7]SISKIND D E,STAGG M S,KOPP J W,et al.Structure response and damage produced by ground vibration from surface mine blasting(USBMRI8507)[M]. Washington：U.S Bureau of Mines,1980.

[8]DHAKAL R P,PAN T C.Response characteristics of structures subjected to blastinginduced ground motion[J].International Journal of Impact Engineering,2003,28(25):813-823.

[9]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.爆破安全規(guī)程：GB 6722—2014[S].北京:中國標準出版社,2014.

[10]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：GB 50911—2013[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

(責任編輯馬誠)

Impact of Vibration of Subway Blasting onSurrounding Buildings and Gas Pipes

ZHOU Guangwei，CHEN Changping，LI Weizhen，ZENG Zhen

(School of Mechanical & Automotive Engineering，Xiamen University of Technology，Xiamen 361024,China)

Vibration of subway blasting was monitored and analyzed to see how amount of explosive used affected vibration of buildings，how blasting excavation time affected vertical displacement and crack width of buildings，and how explosion source depth affected pipe vibration during the blasting.The results show that the vertical vibration velocity increases with the increasing use of explosives，the vertical displacement and crack width of buildings increases with the time of blasting excavation，and the vibration velocity of gas pipes decreases gradually with the increasing depth of blasting source.Vibration isolation test of damping holes shows that the vibration velocity of the gas pipes decreases with the increasing depth of the damping holes that the effect of the damping holes is significant.

blasting vibration；subway blasting；buildings；gas pipes；damping holes

2016-04-01

2016-06-13

國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(201511062003)

周光偉(1972-)，男，副教授，博士，研究方向為橋梁抗震與工程結(jié)構(gòu)無損檢測.E-mail:gwzhou@xmut.edu.cn

TD235

A

1673-4432(2016)03-0084-04