地鐵隧道爆破施工對黃鶴樓振動影響

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摘要:近年來，隨著城市地鐵不斷修建，在復雜環境下隧道開挖的施工措施尤應慎重。結合武漢市地鐵5號線隧道穿越黃鶴樓開挖工程現場，進行了爆破振動安全監測，分析了爆破振動衰減規律，發現各個測點振動速度均小于安全控制值。同時，利用薩氏公式回歸，分析計算出開挖爆破的水平徑向、水平切向、垂直方向的k，α值，得到了該工程環境條件下的爆破振動速度傳播規律，保證了工程爆破開挖施工與周邊環境安全，并用于指導后續爆破施工。

關鍵詞:地鐵隧道;振動速度;理論分析;爆破施工;古建筑

0引言

隨著城市化不斷推進，地鐵交通成為了人們出行的重要選擇，地鐵里程逐年增加［1］，如何保證地鐵安全運行尤為重要，而隧道安全是地鐵安全運行的重要保證。在地鐵隧道施工中，往往會面臨大量的土石方開挖［2］，爆破開挖能保證工期，提高工程施工的進度，從而成為首選的施工方法。但是，城市空間環境復雜，爆破施工對周邊建筑物、鐵路、橋梁都會造成影響與危害，保證爆破施工質量安全需要選擇合適的爆破方法與爆破參數，降低與控制爆破地震動對建(構)筑物的安全影響［3－4］。城市隧道爆破開挖過程中產生的地震效應對邊坡和鄰近區域內建(構)筑物的影響，仍是一個亟待解決的問題［5－6］。本文結合武漢市地鐵5號線彭劉楊路站－司門口站區間B段爆破開挖工程，針對黃鶴樓、蛇山人防、鐵路路基及邊坡進行了長期的爆破振動安全監測，保證了工程爆破開挖施工與周邊環境安全，使爆破開挖工程安全、有效地進行。通過對實測數據進行回歸分析，得到了該區域工程環境條件下的爆破振動速度傳播與衰減規律，以為后續有效控制爆破振動和爆破施工鉆爆參數優化設計提供理論依據。

1工程概況

1．1工程簡介

彭劉楊路站－司門口站區間始于彭劉楊路站北端，向北敷設下穿大片的1～4層房屋，側穿兩棟混凝土房屋，沿線下穿黃鶴樓人防巷道、半山橋橋樁、武珞路、黃鶴樓景區、蛇山人防、京廣鐵路、民主路，在民主路北側到達司門口站。B區(右DK13+098～DK13+062，左DK13+098～DK13+070)段處于京廣線安全保護區外，允許采用爆破法施工，為減少爆破施工對京廣線造成的影響，擬采用毫秒微差松動爆破。彭劉楊路站－司門口站區間中段周邊環境及施工分區見圖1。

1．2工程地質水文條件

黃鶴樓山體巖土類型主要為(20c－1)S2r強風化泥巖，(19－2)D3中風化石英砂巖，(19－1)D3強風化石英砂巖，隧道上覆土主要為(1－2)素填土、(13－1)殘積黏性土，(20c－1)強風化泥巖。場地地下水按賦存條件可分為上層滯水、孔隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水。

2爆破振動監測方案

2．1測點布置及測試頻率

2．1．1測點布置。(1)在最為靠近爆破點的鐵路路基上設一固定測點，所測數據基本能反映爆破對鐵路路基的最大振動影響，在路基和邊坡頂布置測試儀。(2)在最為靠近爆破點的黃鶴樓基礎處設一固定測點。(3)在最為靠近爆破點的勝像寶塔基礎處設一固定測點。(4)在人防工程巷道中設2個測點，一個在左線爆破工作面上方;另一個在右線爆破工作面上方，并隨著效應爆破工作面的推進而臨時增加測試儀，嚴格觀測人防設施振動影響。2．1．2測試頻率。對于鐵路路基測點，在初始段爆破時，監測頻率為100%，當左右線均推進35m后，可降低監測頻率為50%，當推進到50m或監測數據小于0．5cm/s后，不再監測。人防監測點布置在爆破點正上方的人防工程底板上，監測頻率為100%，當爆破點移出人防工程平面，可降低監測頻率為20%，監測數據小于2．0cm/s后可不再監測。黃鶴樓基礎處及勝像寶塔基礎處的爆破振動數值變化不大，其中黃鶴樓基礎處監測頻率為20%，勝像寶塔基礎處因接近控制值，監測頻率為100%。

2．2傳感器安裝、調試和監測記錄

鐵路路基、黃鶴樓、勝像寶塔測點可長期固定在指定位置，爆破前僅需將記錄儀接入傳感器。人防為臨時測點，在爆破前提前30min，用快速粘接劑將振動傳感器牢靠安裝到測量確定的測點位置。要求粘接劑飽滿，三向傳感器上表面水平，粘接劑基本定型后連接傳感器導線到測試儀。根據測試現場電磁干擾情況設置屏蔽系統。爆破前10min進行儀器調試和記錄試驗。根據測試現場脈動情況設置觸發閾值。人工激發產生振動，檢查測試儀記錄是否正常。調試完畢可通知爆破施工單位爆破按時進行。爆破后可立即讀取振動數據，記錄入表。振動測試人員應與統一指揮人員保持對講機通訊聯絡，以確保每次都能有效地記錄爆破振動。為更好地分析、應用振動數據，指導爆破施工，需要爆破施工人員將爆破記錄及時交給測試人員，爆破記錄由爆破作業人員在爆破施工現場進行，記錄裝藥、聯網過程。爆破記錄要求數據真實、各段藥量準確，有爆破點與各測點之間的距離，并有爆破負責人確認記錄的簽字。

2．3爆破振動測試儀器選擇

根據該工程爆破振動的特點，采用了目前較為先進的UBlast爆破振動測試系統，該系統可以同時在一觀測點測試3個方向的爆破振動速度，數據可立即讀取，自動記錄次數可達1000次。初步確定選用5組10套爆破測試系統，每套含記錄儀和傳感器各一臺。UBlast測試系統由TYTEST－3三向一體速度傳感器和UBlast測試記錄儀組成。對于人防工程隧道等限制進入處的測點，可選用帶4G傳輸功能的測試儀及時傳出爆破振動數據，以指導爆破振動控制。爆破振動測試儀系統如圖2所示。

3爆破振動控制指標

GB6722－2014《爆破安全規程》規定:評估爆破對不同類型建(構)筑物、設施設備和其他保護對象的振動影響，應采用不同的安全判據和允許標準。地面建筑物、電站(廠)中心控制室設備、隧道與巷道、巖石高邊坡和新澆大體積混凝土的爆破振動判據，采用保護對象所在地基礎質點峰值振動速度和主振頻率。爆破振動安全允許標準詳如表1所列。對應表1，民房選取1．5cm/s作為爆破振動的控制值;黃鶴樓是鋼筋混凝土建筑，選取2．5cm/s作為爆破振動的控制值;勝像寶塔雖然是文物級保護對象，但為實心結構，且高度較小，結構較為耐振，選取0．5cm/s作為爆破振動的控制值。根據TB10313－2019《鐵路工程爆破振動安全技術規范》爆破振動安全允許標準，軌道下路基選取5．0cm/s作為爆破振動的控制值，鐵路邊擋墻邊坡按高邊坡選取5．0cm/s作為爆破振動的控制值偏于保守。為實質性降低爆破振動對鐵路路基和邊坡的影響，將爆破振動降級，在非天窗段進行爆破，并將鐵路路基和邊坡的爆破振動控制在2．0cm/s以內。蛇山地下人防工程因為能抗擊較大的破壞力，且截面較小，比照礦山巷道，選取20．0cm/s作為爆破振動的控制值。

4監測結果分析

4．1爆破速度監測

爆破振動監測數據如表2所列，各個測點所監測到的振動速度都小于控制值，有效保護了文物古跡，對安全施工帶來了可靠性保證。在最大段裝藥量相近的情況下，隨著爆源距的增大，振動速度呈現衰減的趨勢;當爆源距變化不大時，隨著最大段藥量的增加，振動速度也相應在增大。同時，通過對比3個方向的振動速度，發現垂直方向振速較大，切向方向及徑向方向基本小于垂直方向的速度。

4．2回歸分析

在施工過程中，質點的振動速度和最大段藥量、爆源距有密切聯系［7］。目前廣泛應用前蘇聯薩道夫斯基的經驗公式來進行預測和分析［8－9］:式中:v為被保護對象允許的振動速度，cm/s;Q為一次起爆最大段藥量，kg;R為爆源中心到監測對象的距離，即爆源距，m;k，α分別為與爆破條件、巖石特性有關的系數;ρ為比例藥量。結合公式(1)～(2)，令爆破振動峰值振速v=Y，比例藥量ρ=x，則有Y=kxα。對爆破試驗監測數據進行回歸分析，分別得到3個方向峰值振速與比例藥量之間的擬合曲線，如圖3～5所示。從圖3～5可以看出，各曲線的相關性系數分別達到了0．962，0．9466與0．858，曲線回歸相關性較高，擬合結果可靠有效。

5結論

(1)根據現場監測實測數據可知，各測點監測值均小于控制值，對指導安全性施工具有重要意義。同時，得到了最大段藥量、振動速度、爆源距的監測表，可以看出3個方向的振動速度中，垂直方向的振動速度比切向方向及徑向方向的速度大一些。(2)結合薩道夫斯基的經驗公式，通過回歸分析得出了各個方向的爆破振動速度衰減規律公式的k，α值，該公式反應了在該區段復雜環境的振動傳播規律。

作者:任福國 單位:中鐵十四局集團有限公司