鄂北水資源配置工程鉆爆施工爆破振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物影響分析

羅應(yīng)貴 龍 浩 朱圣偉 易曉麗

鉆爆法，即是通過鉆孔、裝藥、爆破開挖隧洞巖石的技術(shù)方法。鉆爆法具有機(jī)械設(shè)備投人少、施工準(zhǔn)備期短、工程地質(zhì)變化后能及時(shí)調(diào)整、炸藥價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)勢(shì)[1]。但隨著鉆爆法的廣泛應(yīng)用，爆破施工引發(fā)的一系列問題越來越引起人們的關(guān)注。在爆破影響區(qū)的范圍內(nèi)，當(dāng)爆破震動(dòng)達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，會(huì)引起鄰近建筑物不同程度的破壞，由此引起施工單位和建筑物的所有者之間的糾紛。尤其當(dāng)爆破施工靠近村莊，更容易造成當(dāng)?shù)卮迕竦牟粩嘧韫?，在一定程度上影響?dāng)?shù)氐纳鐣?huì)安定。根據(jù)對(duì)鄂北地區(qū)水資源配置工程2015年第16標(biāo)寶林隧洞進(jìn)口爆破振動(dòng)影響測(cè)試的結(jié)果，探討了鉆爆施工爆破振動(dòng)對(duì)臨近建筑物影響與振源距、炸藥量的關(guān)系，提出了建筑物安全允許的振動(dòng)參數(shù)建議值，推算爆破振動(dòng)影響安全范圍，為類似工程爆破參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工安全管理提供參考。對(duì)妥善處理房屋所有者與施工單位的糾紛，對(duì)科學(xué)合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償提供技術(shù)支撐，保證工程順利推進(jìn)能有所幫助。

湖北省鄂北地區(qū)水資源配置工程2015年第16標(biāo)寶林隧洞工程位于湖北省廣水市，對(duì)應(yīng)輸水干渠樁號(hào)為244+650—258+490，全長13.84km。進(jìn)口位于廣水市寶林鄉(xiāng)下彭家灣村北側(cè)，上游接寶林明渠。隧道鉆爆法爆破施工過程中，采用毫秒差爆破方式進(jìn)行施工。爆破振動(dòng)影響測(cè)試工作，通過現(xiàn)場(chǎng)兩次爆破振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，確定場(chǎng)地爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，推算爆破振動(dòng)影響安全范圍。

1 測(cè)試條件與方法

1.1 儀器設(shè)備

本次爆破振動(dòng)檢測(cè)采用TC-4850型振動(dòng)測(cè)試儀。工作時(shí)，先進(jìn)行踏勘，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)安裝一個(gè)三分量速度傳感器。速度傳感器可以將振動(dòng)時(shí)程轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換、程控?cái)?shù)據(jù)采集器被記錄下來，經(jīng)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，即可能獲得振動(dòng)量值、振動(dòng)頻譜特性。

1.2 測(cè)試布點(diǎn)

寶林隧道進(jìn)口處位于廣水市寶林鄉(xiāng)下彭家灣林北側(cè)。居民房屋多為磚砌體結(jié)構(gòu)，少數(shù)為毛石、土坯房屋，均為自建。為磚石基礎(chǔ)，埋深很淺，砌體施工質(zhì)量較差，房屋均無構(gòu)造柱、圈梁等加強(qiáng)措施。為確定場(chǎng)地爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，在彭家灣離爆破中心不同距離處共布置5個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，每測(cè)點(diǎn)同時(shí)布設(shè)2個(gè)水平方向及1個(gè)垂直方向。1號(hào)、2號(hào)測(cè)點(diǎn)在爆破點(diǎn)與彭某1家之間的田地中，3號(hào)測(cè)點(diǎn)在彭某1家，4號(hào)測(cè)點(diǎn)在彭某2家，5號(hào)測(cè)點(diǎn)在彭某3家。

1.3 振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)

我國現(xiàn)行的爆破安全標(biāo)準(zhǔn)[2]GB6722—2014《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)爆破安全規(guī)程》，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)

1.4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

本次測(cè)試時(shí)，爆破采用微差爆破方式，兩次爆破總藥量、分段數(shù)、各段藥量見表2。

表2 爆破裝藥數(shù)量詳表

2 測(cè)試結(jié)果及分析

2.1 測(cè)試結(jié)果

兩次測(cè)試獲得5個(gè)振源30個(gè)振動(dòng)記錄，表3為第1次測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度值，表4為第2次測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度值。表中“水平徑向”為沿測(cè)點(diǎn)至爆源方向，“水平切向”為垂直于測(cè)點(diǎn)至爆源方向，“垂直向”為垂直水平面方向，振源距為爆破振源點(diǎn)至測(cè)試點(diǎn)之間的直線距離[3]。

2.2 場(chǎng)地衰減規(guī)律

場(chǎng)地的振動(dòng)地面運(yùn)動(dòng)衰減[4]根據(jù)實(shí)測(cè)的振動(dòng)量值，利用最小二法進(jìn)行回歸分析，回歸分析方程式取如下形式：

兩端取對(duì)數(shù)，得：

表3 第1次測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度值

表4 第二次測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度值

若用ai表示實(shí)際的觀測(cè)值，則所有觀測(cè)值與由回歸式（1）得出理論值之間差值的平方和為

所謂最小二乘法，就是要尋求k和e的某種值，使得差值式（3）最小，即δ（k,e）最小，為此，利用極值原理，將式（3）對(duì)lgk求導(dǎo)，并令其等于0，得：

上式整理后，得：

將式（3）對(duì)e求導(dǎo)，并令其等于0，得：

上式整理后，得：

式中 N——為觀測(cè)數(shù)目值；

Ri——第i測(cè)點(diǎn)到振源的距離（測(cè)點(diǎn)離爆破中心水平與垂直距離的平方和開方），m；

ai——第i測(cè)點(diǎn)地面運(yùn)動(dòng)速度觀測(cè)值，cm/s；

聯(lián)立式（4），（5）進(jìn)行求解，即得k和e。進(jìn)口處第二次爆破現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)點(diǎn)的垂直向最大速度值、最大單段炸藥用量及其離爆破中心距離，進(jìn)行回歸分析計(jì)算，所得場(chǎng)地的衰減規(guī)律如下。寶林隧道進(jìn)口處爆破衰減規(guī)律：

2.3 振動(dòng)對(duì)房屋影響分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，隧道進(jìn)附近村莊房屋類型主要為土坯房、毛石房及自建磚房。考慮到自建磚房砂漿質(zhì)量差，施工工藝不規(guī)范，房屋使用年限較長等原因，在本次振動(dòng)影響分析中將其按表1中土窯洞、土坯房、毛石房屋來考慮[5]。根據(jù)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)記錄頻率分析，距爆破中心距離約300m范圍內(nèi)，振動(dòng)主頻率均大于10Hz。綜合上述兩點(diǎn)，依據(jù)表1相關(guān)條款，居民房屋單次爆破安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度相應(yīng)取0.45cm/s?？紤]到寶林隧道長期施工，多次爆破，且居民房屋施工質(zhì)量差，使用年限長，綜合取允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度安全系數(shù)為3[6-7]，即爆破安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度相應(yīng)取0.15cm/s。

根據(jù)第2次爆破現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)點(diǎn)的垂直向最大速度值、最大單段炸藥用量及其離爆破中心距離[8]，擬合出爆破振動(dòng)速度值隨離爆破中心距離的衰減規(guī)律，如圖1所示。

圖1 振動(dòng)速度隨離爆破中心距離的衰減規(guī)律

從圖1振動(dòng)速度隨離爆破中心距離的衰減規(guī)律可知，當(dāng)爆破總藥量為56kg，單段最大藥量為25.2kg時(shí)，隧道進(jìn)口處居民房屋的安全半徑（即當(dāng)房屋到爆破中心的距離大安全半徑時(shí)，房屋的振動(dòng)速度值小于估算的安全允許值）約為120m。根據(jù)式（6），取爆破安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0.15cm/s，可推算出不同安全距離所對(duì)應(yīng)的單段最大起爆藥量，見表5。

表5 寶林隧道進(jìn)口安全范圍推算結(jié)果

3 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)檢測(cè)結(jié)果及其分析，結(jié)論如下：

（1）通過振動(dòng)對(duì)房屋影響分析，計(jì)算出了寶林隧洞爆破安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度取0.15cm/s。這個(gè)參數(shù)可以較為科學(xué)的指導(dǎo)相關(guān)參建單位制定更為安全、合理的爆破方案，對(duì)于優(yōu)化爆破參數(shù)有較強(qiáng)的指導(dǎo)性。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的振動(dòng)速度隨爆破中心距離的衰減規(guī)律，計(jì)算得出寶林隧洞的附近居民房屋的影響半徑為120m。

（3）由于山區(qū)的特殊條件，隧道進(jìn)出口處房屋建筑基礎(chǔ)比較薄弱，根據(jù)安全距離提前預(yù)警，通過對(duì)爆破參數(shù)中單段爆破藥量以及循環(huán)進(jìn)尺的控制，采取科學(xué)的小藥量、短進(jìn)尺爆破，以減輕爆破振動(dòng)對(duì)臨近建筑物的影響，確保隧洞周邊人員及建筑物的安全。