城區(qū)隧道爆破施工振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析
2015-06-11
一、工程概況
膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程，南起膠州灣灣口海底隧道青島端終點(diǎn)，向北以上下行分離式雙洞隧道形式分別沿四川路、云南路向北，在東平路路口北側(cè)出地面后開始高架，于山西路路口上方合流后接入快速路三期工程。云南路主隧道起點(diǎn)里程ZK1+095.98，分界點(diǎn)里程ZK2+755，長(zhǎng)1659.02m，凈寬13.5m。云南路主隧道即將下穿磚混結(jié)構(gòu)民房區(qū)。通過監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)，確定合理的爆破參數(shù)，從而保證民房安全，為今后的隧道開挖提供重要參考依據(jù)。此次監(jiān)測(cè)時(shí)，主隧道開挖經(jīng)過青島某中學(xué)，測(cè)點(diǎn)主要布置在學(xué)校內(nèi)地面上，主要監(jiān)測(cè)分析隧道爆破振動(dòng)速度沿垂直隧道走向上的分布規(guī)律，并通過選取校園內(nèi)典型的6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，線性回歸該地區(qū)的、值。
二、爆破施工方案
此次測(cè)振涉及的施工地段，采用臺(tái)階法進(jìn)行施工，將隧道分成上下兩個(gè)臺(tái)階，分三部分依次進(jìn)行開挖。
上臺(tái)階開挖寬度15.3m，開挖高度6.2m，爆破炸藥采用二號(hào)巖石乳化炸藥，起爆方式為分段延時(shí)導(dǎo)爆管起爆，每次起爆總藥量117kg，分16段依次起爆，掏槽方式采用斜眼掏槽，掏槽藥量18kg，單段最大起爆藥量18kg。
三、監(jiān)測(cè)方案
因?yàn)樯吓_(tái)階爆破開挖斷面和一次起爆藥量較大且自由面少，因此振動(dòng)速度大，此次監(jiān)測(cè)主要對(duì)上臺(tái)階爆破進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
1、測(cè)振系統(tǒng)
爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)采用的測(cè)振儀器為四川拓普測(cè)控科技有限公司生產(chǎn)的UBOX-5016爆破振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)儀。該儀器無(wú)需設(shè)置量程，記錄振動(dòng)時(shí)可自適應(yīng)信號(hào)強(qiáng)弱，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整量程。該儀器有三個(gè)通道，每個(gè)通道可連接一個(gè)傳感器，各通道均可連接水平和垂直傳感器。傳感器固定時(shí)，首先清除地表的浮土，采用石膏粉作為粘結(jié)劑將傳感器粘在測(cè)點(diǎn)表面，保證其可隨測(cè)點(diǎn)表面同時(shí)振動(dòng)。每次記錄后通過USB連接線與電腦相連，通過配套采集分析軟件BMView將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到電腦上，隨后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。
此次監(jiān)測(cè)將隧道上臺(tái)階開挖斷面的形心對(duì)應(yīng)到地面上的點(diǎn)作為地面爆心，如圖3所示，測(cè)點(diǎn)布置共分為兩個(gè)方案。
方案1，按照從地面爆心到爆破振動(dòng)影響遠(yuǎn)區(qū)測(cè)點(diǎn)間距由密到疏的原則，沿垂直隧道走向在校園內(nèi)成直線布置測(cè)點(diǎn)，如圖3中M1～M11方形點(diǎn)所示。該方案共布置6臺(tái)記錄儀，每臺(tái)儀器的兩個(gè)通道各連接一個(gè)垂直傳感器，另一個(gè)通道連接水平傳感器，每臺(tái)記錄儀可同時(shí)監(jiān)測(cè)兩個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)速度。
方案2，主要觀察爆破對(duì)校園建筑物的影響，選取校園內(nèi)6個(gè)典型的測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置一臺(tái)記錄儀，每臺(tái)儀器兩個(gè)通道連接水平傳感，另一個(gè)通道連接垂直傳感器，同時(shí)監(jiān)測(cè)同一點(diǎn)的垂直振動(dòng)速度和與隧道軸向、徑向相一致的水平振動(dòng)速度，具體測(cè)點(diǎn)布置如圖3中圓點(diǎn)M12～M17所示。
四、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析
經(jīng)過連續(xù)4次的監(jiān)測(cè)，得到一系列可靠的地表振動(dòng)速度數(shù)據(jù)。根據(jù)方案1共測(cè)得3組數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)M1跟隨地面爆心沿隧道開挖方向根據(jù)開挖進(jìn)尺逐步推進(jìn)，其它測(cè)點(diǎn)不動(dòng)。方案2中，測(cè)點(diǎn)M12距地面爆心142.1m，傳感器未觸發(fā)，得到5個(gè)測(cè)點(diǎn)的地表垂直與水平振速。
1、垂直隧道走向數(shù)據(jù)分析
在距爆心0～45m范圍內(nèi)，地表垂直振動(dòng)速度呈劇烈振蕩衰減態(tài)勢(shì)，50m以外振速振蕩趨于平緩。在距爆心15～30m即1～2倍隧道開挖寬度范圍內(nèi)，出現(xiàn)一低值，該值接近振速振蕩平緩時(shí)的最大值。在距爆心30～45即2～2.5倍隧道開挖寬度范圍內(nèi)，振動(dòng)速度達(dá)到一次最大值，該值改值為平緩時(shí)最大振速的1.5～2倍。
地表徑向振速峰值變化規(guī)律與地表垂直振速峰值類似。在距爆心0～45m范圍內(nèi)，地表徑向振動(dòng)速度呈劇烈振蕩衰減態(tài)勢(shì)，50m以外振速振蕩趨于平緩。在距爆心15～30m即1～2倍隧道開挖寬度范圍內(nèi)，出現(xiàn)低值，該值略高于振速平緩時(shí)的最大值。在距爆心30～45m即2～2.5倍隧道開挖寬度范圍內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)速度最大值，為平緩時(shí)最大振速的2～3倍。
同次監(jiān)測(cè)所得的地表最大垂直振速峰值大于地表最大徑向振速峰值。2、散點(diǎn)數(shù)據(jù)分析
各測(cè)點(diǎn)的地表最大垂直振速峰值和地表最大水平振速峰值如表1所示。
測(cè)點(diǎn) 地表爆心距/ 垂直速度峰值/ 水平徑向速度峰值/ 水平切向速度峰值/
M12 1421 ― ― ―
M13 129.6 0.217 ― 0.277
M14 90.3 0.533 0.808 0.409
M15 67.5 0.670 0.905 0.256
M16 25.5 1.085 1.574 1.938
M17 62.4 0.656 1.299 0.844
從表中可以看出，在這種爆破施工方案下，在地面距地表爆心25m范圍以外振動(dòng)速度小于《爆破安全規(guī)程》（GB6722～2003）關(guān)于磚混結(jié)構(gòu)建筑物規(guī)定的2。若距地表爆心25m范圍內(nèi)存在磚混結(jié)構(gòu)建筑物需調(diào)整爆破參數(shù)，以保證安全。
3、回歸分析
目前關(guān)于爆破振動(dòng)速度問題，國(guó)外比較公認(rèn)的是前蘇聯(lián)學(xué)者薩道夫斯基的經(jīng)驗(yàn)公式。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)在爆破地震安全距離與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度計(jì)算方面也是采用該公式，其公式的具體形式為：
(1.1)
式中：――測(cè)點(diǎn)至爆破中心的距離，；
――炸藥量，齊發(fā)爆破取總裝藥量，微差爆破或秒差爆破取最大一段裝藥量，；
――所測(cè)點(diǎn)因爆破引起地震振動(dòng)速度，；
――藥量指數(shù)，集中藥包取1/3，此處取1/3；
――爆破地震波衰減系數(shù)，與地質(zhì)地形條件及距爆破中心的距離有關(guān)；
――同巖石的性質(zhì)、爆破方法、地形條件等因素有關(guān)的系數(shù)。
將式(1.1)兩端取對(duì)數(shù)化成化成式（1.2）：
（1.2）
令，，，
則（1.3）
利用公式（1.3）通過線性回歸可以計(jì)算求出、，最后得到、。
在進(jìn)行回歸分析時(shí)，在選取源數(shù)據(jù)方面基于兩點(diǎn)考慮。第一，公式（1.1）中選擇單段最大起爆藥量18。第二，《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）規(guī)定毫秒延期電雷管第1段延期時(shí)間允許誤差區(qū)間為0～12.5ms，因此在選擇振動(dòng)速度時(shí)，在每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)得的地表垂直振速曲線中截取0～12.5之間的波峰或波谷最大值作為該點(diǎn)地面垂直振動(dòng)速度。第三，監(jiān)測(cè)時(shí)隧道開挖斷面形心距離地面32m，在選擇時(shí)，將地面爆心與測(cè)點(diǎn)間的距離和開挖斷面形心與地面的距離構(gòu)成的三角關(guān)系求出值。將以上整理的數(shù)據(jù)運(yùn)用matlab進(jìn)行線性回歸得到、。
五、結(jié)論
此次監(jiān)測(cè)工作主要對(duì)爆破振動(dòng)速度在地面上的分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)的，將各測(cè)點(diǎn)看作位于同一平面上。利用實(shí)際采集的數(shù)據(jù)繪成曲線，忽略因儀器設(shè)備、人員操作、簡(jiǎn)化計(jì)算公式等方面產(chǎn)生的誤差。綜合分析得到以下結(jié)論：
1、在距爆心0～45m范圍內(nèi)，地表最大振動(dòng)速度呈劇烈振蕩衰減態(tài)勢(shì)，在50m以外振速振蕩趨于平緩。
2、在距爆心15～30m即1～2倍隧道開挖寬度范圍內(nèi)，出現(xiàn)一低值，垂直振速時(shí)該低值接近振速振蕩平緩時(shí)的最大值，徑向振速的該低值則大于振速振蕩平緩時(shí)的值。
3、在距爆心30～45即2～2.5倍隧道開挖寬度范圍內(nèi)，振動(dòng)速度達(dá)到一次最大值，垂直振速的該值改值為振蕩平緩時(shí)最大振速的1.5～2倍，而徑向振速的該值為振蕩平緩時(shí)最大振速的2～3倍。
4、同次監(jiān)測(cè)所得的地表最大垂直振速峰值大于地表最大徑向振速峰值。
5、采用本文論述的爆破施工方案，在地面距地表爆心25m范圍以外振動(dòng)速度小于《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）關(guān)于磚混結(jié)構(gòu)建筑物規(guī)定的2。若距地表爆心25m范圍內(nèi)存在磚混結(jié)構(gòu)建筑物需調(diào)整爆破參數(shù)，以保證安全。
6、根據(jù)此次監(jiān)測(cè)方法回歸得到、。
