地铁隧道爆破施工对黄鹤楼振动影响

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摘要:近年来，随着城市地铁不断修建，在复杂环境下隧道开挖的施工措施尤应慎重。结合武汉市地铁5号线隧道穿越黄鹤楼开挖工程现场，进行了爆破振动安全监测，分析了爆破振动衰减规律，发现各个测点振动速度均小于安全控制值。同时，利用萨氏公式回归，分析计算出开挖爆破的水平径向、水平切向、垂直方向的k，α值，得到了该工程环境条件下的爆破振动速度传播规律，保证了工程爆破开挖施工与周边环境安全，并用于指导后续爆破施工。

关键词:地铁隧道;振动速度;理论分析;爆破施工;古建筑

0引言

随着城市化不断推进，地铁交通成为了人们出行的重要选择，地铁里程逐年增加［1］，如何保证地铁安全运行尤为重要，而隧道安全是地铁安全运行的重要保证。在地铁隧道施工中，往往会面临大量的土石方开挖［2］，爆破开挖能保证工期，提高工程施工的进度，从而成为首选的施工方法。但是，城市空间环境复杂，爆破施工对周边建筑物、铁路、桥梁都会造成影响与危害，保证爆破施工质量安全需要选择合适的爆破方法与爆破参数，降低与控制爆破地震动对建(构)筑物的安全影响［3－4］。城市隧道爆破开挖过程中产生的地震效应对边坡和邻近区域内建(构)筑物的影响，仍是一个亟待解决的问题［5－6］。本文结合武汉市地铁5号线彭刘杨路站－司门口站区间B段爆破开挖工程，针对黄鹤楼、蛇山人防、铁路路基及边坡进行了长期的爆破振动安全监测，保证了工程爆破开挖施工与周边环境安全，使爆破开挖工程安全、有效地进行。通过对实测数据进行回归分析，得到了该区域工程环境条件下的爆破振动速度传播与衰减规律，以为后续有效控制爆破振动和爆破施工钻爆参数优化设计提供理论依据。

1工程概况

1．1工程简介

彭刘杨路站－司门口站区间始于彭刘杨路站北端，向北敷设下穿大片的1～4层房屋，侧穿两栋混凝土房屋，沿线下穿黄鹤楼人防巷道、半山桥桥桩、武珞路、黄鹤楼景区、蛇山人防、京广铁路、民主路，在民主路北侧到达司门口站。B区(右DK13+098～DK13+062，左DK13+098～DK13+070)段处于京广线安全保护区外，允许采用爆破法施工，为减少爆破施工对京广线造成的影响，拟采用毫秒微差松动爆破。彭刘杨路站－司门口站区间中段周边环境及施工分区见图1。

1．2工程地质水文条件

黄鹤楼山体岩土类型主要为(20c－1)S2r强风化泥岩，(19－2)D3中风化石英砂岩，(19－1)D3强风化石英砂岩，隧道上覆土主要为(1－2)素填土、(13－1)残积黏性土，(20c－1)强风化泥岩。场地地下水按赋存条件可分为上层滞水、孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水。

2爆破振动监测方案

2．1测点布置及测试频率

2．1．1测点布置。(1)在最为靠近爆破点的铁路路基上设一固定测点，所测数据基本能反映爆破对铁路路基的最大振动影响，在路基和边坡顶布置测试仪。(2)在最为靠近爆破点的黄鹤楼基础处设一固定测点。(3)在最为靠近爆破点的胜像宝塔基础处设一固定测点。(4)在人防工程巷道中设2个测点，一个在左线爆破工作面上方;另一个在右线爆破工作面上方，并随着效应爆破工作面的推进而临时增加测试仪，严格观测人防设施振动影响。2．1．2测试频率。对于铁路路基测点，在初始段爆破时，监测频率为100%，当左右线均推进35m后，可降低监测频率为50%，当推进到50m或监测数据小于0．5cm/s后，不再监测。人防监测点布置在爆破点正上方的人防工程底板上，监测频率为100%，当爆破点移出人防工程平面，可降低监测频率为20%，监测数据小于2．0cm/s后可不再监测。黄鹤楼基础处及胜像宝塔基础处的爆破振动数值变化不大，其中黄鹤楼基础处监测频率为20%，胜像宝塔基础处因接近控制值，监测频率为100%。

2．2传感器安装、调试和监测记录

铁路路基、黄鹤楼、胜像宝塔测点可长期固定在指定位置，爆破前仅需将记录仪接入传感器。人防为临时测点，在爆破前提前30min，用快速粘接剂将振动传感器牢靠安装到测量确定的测点位置。要求粘接剂饱满，三向传感器上表面水平，粘接剂基本定型后连接传感器导线到测试仪。根据测试现场电磁干扰情况设置屏蔽系统。爆破前10min进行仪器调试和记录试验。根据测试现场脉动情况设置触发阈值。人工激发产生振动，检查测试仪记录是否正常。调试完毕可通知爆破施工单位爆破按时进行。爆破后可立即读取振动数据，记录入表。振动测试人员应与统一指挥人员保持对讲机通讯联络，以确保每次都能有效地记录爆破振动。为更好地分析、应用振动数据，指导爆破施工，需要爆破施工人员将爆破记录及时交给测试人员，爆破记录由爆破作业人员在爆破施工现场进行，记录装药、联网过程。爆破记录要求数据真实、各段药量准确，有爆破点与各测点之间的距离，并有爆破负责人确认记录的签字。

2．3爆破振动测试仪器选择

根据该工程爆破振动的特点，采用了目前较为先进的UBlast爆破振动测试系统，该系统可以同时在一观测点测试3个方向的爆破振动速度，数据可立即读取，自动记录次数可达1000次。初步确定选用5组10套爆破测试系统，每套含记录仪和传感器各一台。UBlast测试系统由TYTEST－3三向一体速度传感器和UBlast测试记录仪组成。对于人防工程隧道等限制进入处的测点，可选用带4G传输功能的测试仪及时传出爆破振动数据，以指导爆破振动控制。爆破振动测试仪系统如图2所示。

3爆破振动控制指标

GB6722－2014《爆破安全规程》规定:评估爆破对不同类型建(构)筑物、设施设备和其他保护对象的振动影响，应采用不同的安全判据和允许标准。地面建筑物、电站(厂)中心控制室设备、隧道与巷道、岩石高边坡和新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率。爆破振动安全允许标准详如表1所列。对应表1，民房选取1．5cm/s作为爆破振动的控制值;黄鹤楼是钢筋混凝土建筑，选取2．5cm/s作为爆破振动的控制值;胜像宝塔虽然是文物级保护对象，但为实心结构，且高度较小，结构较为耐振，选取0．5cm/s作为爆破振动的控制值。根据TB10313－2019《铁路工程爆破振动安全技术规范》爆破振动安全允许标准，轨道下路基选取5．0cm/s作为爆破振动的控制值，铁路边挡墙边坡按高边坡选取5．0cm/s作为爆破振动的控制值偏于保守。为实质性降低爆破振动对铁路路基和边坡的影响，将爆破振动降级，在非天窗段进行爆破，并将铁路路基和边坡的爆破振动控制在2．0cm/s以内。蛇山地下人防工程因为能抗击较大的破坏力，且截面较小，比照矿山巷道，选取20．0cm/s作为爆破振动的控制值。

4监测结果分析

4．1爆破速度监测

爆破振动监测数据如表2所列，各个测点所监测到的振动速度都小于控制值，有效保护了文物古迹，对安全施工带来了可靠性保证。在最大段装药量相近的情况下，随着爆源距的增大，振动速度呈现衰减的趋势;当爆源距变化不大时，随着最大段药量的增加，振动速度也相应在增大。同时，通过对比3个方向的振动速度，发现垂直方向振速较大，切向方向及径向方向基本小于垂直方向的速度。

4．2回归分析

在施工过程中，质点的振动速度和最大段药量、爆源距有密切联系［7］。目前广泛应用前苏联萨道夫斯基的经验公式来进行预测和分析［8－9］:式中:v为被保护对象允许的振动速度，cm/s;Q为一次起爆最大段药量，kg;R为爆源中心到监测对象的距离，即爆源距，m;k，α分别为与爆破条件、岩石特性有关的系数;ρ为比例药量。结合公式(1)～(2)，令爆破振动峰值振速v=Y，比例药量ρ=x，则有Y=kxα。对爆破试验监测数据进行回归分析，分别得到3个方向峰值振速与比例药量之间的拟合曲线，如图3～5所示。从图3～5可以看出，各曲线的相关性系数分别达到了0．962，0．9466与0．858，曲线回归相关性较高，拟合结果可靠有效。

5结论

(1)根据现场监测实测数据可知，各测点监测值均小于控制值，对指导安全性施工具有重要意义。同时，得到了最大段药量、振动速度、爆源距的监测表，可以看出3个方向的振动速度中，垂直方向的振动速度比切向方向及径向方向的速度大一些。(2)结合萨道夫斯基的经验公式，通过回归分析得出了各个方向的爆破振动速度衰减规律公式的k，α值，该公式反应了在该区段复杂环境的振动传播规律。

作者:任福国 单位:中铁十四局集团有限公司