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(dòng)對(duì)周邊建筑物及燃?xì)夤艿挠绊?/p>

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(dòng)監(jiān)測(cè)，研究城市地鐵爆破過程中，不同彈藥量對(duì)建筑物振動(dòng)的影響，爆破開挖時(shí)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(duì)燃?xì)夤苷駝?dòng)的影響.研究結(jié)果表明：建筑物豎向振動(dòng)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(shí)間的推進(jìn)而不斷增大，燃?xì)夤苷駝?dòng)速度隨著爆源深度的加深而逐漸減小.減振孔隔振實(shí)驗(yàn)表明，燃?xì)夤苷駝?dòng)速度會(huì)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(dòng)；地鐵爆破；建筑物;燃?xì)夤?減振孔

在城市地鐵建設(shè)過程中，需要開挖大量的樁基，對(duì)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(dòng)會(huì)對(duì)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(dòng)幅值、主頻率和主頻率持續(xù)時(shí)間有關(guān)，而且也受到建筑物自身的強(qiáng)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(dòng)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(dòng)的復(fù)雜性，對(duì)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(dòng)的影響[2-3].因此，對(duì)爆破施工進(jìn)行監(jiān)測(cè)及爆破振動(dòng)控制便顯得尤為重要.

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究爆破振動(dòng)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(duì)象為地下巖土工程，而數(shù)值模擬很難準(zhǔn)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(hào)線鎮(zhèn)海路站為依托，通過爆破測(cè)振儀監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)對(duì)建筑物及燃?xì)夤墚a(chǎn)生的變化，研究爆破深度和彈藥量對(duì)建筑物和燃?xì)夤艿挠绊懀约霸诒崎_挖過程不同時(shí)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(shí)驗(yàn)，研究不同深度減振孔的減振效果.以期更客觀、真實(shí)地反應(yīng)地鐵爆破振動(dòng)對(duì)周邊建筑物和燃?xì)夤艿挠绊懀瑸槌鞘斜剖┕さ陌踩刂铺峁┯行Х椒?

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(shì)高差大，南北兩端相差9.1 m.車站起點(diǎn)里程為YDK0+729.247，終點(diǎn)里程為YDK1+140.077，中心里程為YDK1+062.947，車站總長(zhǎng)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(chǎng)地范圍內(nèi)除了布設(shè)燃?xì)夤艿劳?，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(shí)，有必要對(duì)周邊重要建筑物和燃?xì)夤苓M(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保施工過程中結(jié)構(gòu)物和燃?xì)夤艿赖陌踩?

2　監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.1爆破振動(dòng)對(duì)建筑物的影響

2.1.1不同彈藥量下爆破振動(dòng)的時(shí)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(dòng)的影響，當(dāng)建筑物在持續(xù)受到爆破沖擊荷載作用時(shí)，會(huì)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(cè)技術(shù)規(guī)范》[10]的要求，對(duì)周邊建筑及燃?xì)夤苓M(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，以有效控制爆破過程中彈藥量的大小和振動(dòng)速度，保護(hù)周邊建筑物的安全.

本次監(jiān)測(cè)采用TC-4850爆破測(cè)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(dòng)態(tài)過程的監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警和分析.儀器按照爆源與被測(cè)物的位置情況進(jìn)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(duì)建筑物進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)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(shí)，不同彈藥量對(duì)建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)不同，振動(dòng)速度幅值(z軸方向)隨著彈藥量增加而增大.當(dāng)彈藥量超過5 kg時(shí)，振動(dòng)速度都超過控制值2 cm/s，故爆破施工時(shí)需減少?gòu)椝幜?

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(shí)間的推進(jìn)，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(lái)越大：2015年9月16日，建筑物豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)C1沉降變化量為4.56 mm；9月17日，監(jiān)測(cè)點(diǎn)C2沉降變化量為4.32 mm；9月17日，建筑物裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)L3裂縫寬度變化量為2 mm.這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)樁基已經(jīng)挖到12 m左右，由于周邊土壓力作用和長(zhǎng)期的爆破沖擊荷載對(duì)地基產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)，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(dòng)對(duì)燃?xì)夤艿挠绊?/p>

燃?xì)夤苁堑罔F施工危險(xiǎn)源之一，如果受到的振動(dòng)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(duì)燃?xì)夤苓M(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè).在離爆源最近處的燃?xì)夤茼敳坎荚O(shè)爆破振動(dòng)傳感器，并使之保持水平狀態(tài)，爆破振動(dòng)發(fā)生時(shí)，爆破測(cè)振儀會(huì)自動(dòng)接收到振動(dòng)信號(hào)并記錄數(shù)據(jù).

本研究爆破彈藥量保持不變，爆源距離燃?xì)夤芩骄嚯x為1 m，按爆源深度1，2，3，4 m等4種工況監(jiān)測(cè)燃?xì)夤艿谋普駝?dòng)時(shí)程響應(yīng)，結(jié)果如圖4所示.

從圖4可見，當(dāng)爆源深度為1 m時(shí)，豎向振動(dòng)速度最大值為0.12 m·s-1；而當(dāng)爆源深度為4 m時(shí)，豎向振動(dòng)速度最大值為0.04 m·s-1，即隨著開挖深度的增加，燃?xì)夤艿呢Q向振動(dòng)速度逐漸減小.2.3減振孔實(shí)驗(yàn)分析

上述監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，因爆源距離周邊建筑物及燃?xì)夤艿木嚯x很近，在長(zhǎng)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?xì)夤艿恼駝?dòng)過于強(qiáng)烈，隱藏極大的安全隱患.為此，本研究根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境條件，進(jìn)行減振孔隔振實(shí)驗(yàn).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(dá)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?xì)夤苷駝?dòng)速度的關(guān)系，本研究共布設(shè)24個(gè)孔徑為100 mm的減振孔，前后兩排減振孔間隔交錯(cuò)分布，孔間距為300 mm，減振孔布置與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況如圖5所示，燃?xì)夤苷駝?dòng)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(dòng)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(dá)到了54%.但隨著減振孔深度的增加，經(jīng)濟(jì)成本與施工難度也隨之增加，綜合考慮經(jīng)濟(jì)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(duì)建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)不同，建筑物振動(dòng)速度幅值隨著彈藥量增加而增大.隨著爆破開挖時(shí)間的推進(jìn)，建筑物豎向位移累積變化量和裂縫寬度不斷增大.

2)燃?xì)夤茇Q向振動(dòng)速度隨著爆源深度增加而逐漸減小.

3)減振孔隔振實(shí)驗(yàn)表明，隨著減振孔深度增加，燃?xì)夤苷駝?dòng)速度減小，減振效果越好.

[1]史秀志,周健,杜坤,等.爆破振動(dòng)對(duì)民房破壞效應(yīng)預(yù)測(cè)的BDA模型及應(yīng)用[J].振動(dòng)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(dòng)對(duì)房屋影響的評(píng)價(jià)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(dòng)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(bào),2000,31(6):485-488.

[5]史秀志.爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻分析與爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)研究[D].長(zhǎng)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(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).爆破安全規(guī)程：GB 6722—2014[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

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

(責(zé)任編輯馬誠(chéng))

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(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201511062003)

周光偉(1972-)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)闃蛄嚎拐鹋c工程結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè).E-mail:gwzhou@xmut.edu.cn

TD235

A

1673-4432(2016)03-0084-04