周 昆

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司，福建廈門361000）

1 概述

隨著目前國(guó)內(nèi)城市地下鐵路的發(fā)展，爆破法在堅(jiān)硬巖層基坑開(kāi)挖過(guò)程中無(wú)疑是最經(jīng)濟(jì)有效的，但在人口和建筑物比較密集的城區(qū)內(nèi)進(jìn)行爆破施工具有很大的安全隱患[1-4]。本文以廈門地鐵2號(hào)線東渡路站基坑爆破施工為例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，探究復(fù)雜環(huán)境下深基坑爆破的震動(dòng)規(guī)律及對(duì)周圍建筑的影響，為今后土巖組合地層條件下超深基坑爆破研究提供寶貴的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

2 工程概況

廈門市軌道交通2號(hào)線東渡路站是2號(hào)線一期工程一標(biāo)段的第四個(gè)站，也是跨海段到廈門本島的第一個(gè)站。車站位于港務(wù)大廈前的空地中，呈北-南走向，西接海滄大道站，東接建業(yè)路站，為地下四層14m島式站臺(tái)車站，采用地下四層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

東渡路車站總長(zhǎng)為168.1m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度26.05m，基坑標(biāo)準(zhǔn)段深度約為37m，頂板覆土約3.5m，車站平面示意圖如圖1所示?；娱_(kāi)挖深度范圍內(nèi)上部主要為素填土，局部含有淤泥、粉質(zhì)粘土層；下部為不同風(fēng)化等級(jí)的花崗巖，以中、微風(fēng)化為主；車站基坑為典型超深土巖組合基坑，周邊建筑物密集，采用爆破開(kāi)挖法施工，車站主體結(jié)構(gòu)土石方量共18.8×104m3，其中爆破石方量約15×104m3。施工中為減少爆破對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的影響采取減震措施。

圖1 東渡路站平面示意圖

3 爆破方案設(shè)計(jì)

3.1 爆破總體方案

由于本工程為基坑開(kāi)挖爆破施工場(chǎng)地狹窄，且只有一個(gè)向上的臨空面，直接爆破開(kāi)挖，巖石夾制作用大，爆破單耗高，飛石防護(hù)難度大，因此爆破開(kāi)挖順序應(yīng)首先在爆區(qū)北面現(xiàn)有的高差區(qū)采用，基礎(chǔ)開(kāi)挖爆破技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖槽爆破，開(kāi)挖槽寬度2×2×2（分2次開(kāi)挖到位）；然后以開(kāi)挖槽作為臨空面，進(jìn)行擴(kuò)槽爆破，待槽寬達(dá)到一定寬度后，作為一層臺(tái)階的臨空面，由北至南進(jìn)行該層的臺(tái)階爆破。二層開(kāi)挖以相同方式進(jìn)行開(kāi)槽、擴(kuò)槽，臺(tái)階爆破。每層主爆區(qū)開(kāi)挖，應(yīng)在基坑邊線預(yù)留2m寬的保護(hù)層采用光面爆破技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖，以保證基坑邊坡的穩(wěn)定性。保護(hù)層開(kāi)挖應(yīng)在每層臺(tái)階形成后，隨著臺(tái)階爆破的前進(jìn)而前進(jìn)，以免影響后續(xù)邊坡支護(hù)工作及下層開(kāi)挖。在正式爆破開(kāi)挖前采取試爆措施，根據(jù)試爆的情況結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳的爆破效果和最安全的爆破參數(shù)[5-6]。

3.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

本次基坑爆破開(kāi)挖遵循的2個(gè)原則是：一是確保爆破過(guò)程中人員、建筑物等周圍環(huán)境的安全，二是在開(kāi)挖過(guò)程中確保樁撐等支護(hù)體系的安全。

3.2.1 孔網(wǎng)參數(shù)

（1）本次爆破孔徑d取為40mm；

（2）臺(tái)階高度H通常小于等于4m，本次爆破臺(tái)階高度取為3m；

（3）當(dāng)淺孔臺(tái)階大于2m時(shí)，超深h一般取臺(tái)階高度的10%～15%，當(dāng)淺孔臺(tái)階小于2m時(shí)，h不小于30cm。本次爆破設(shè)計(jì)超深h取為0.5m；

（4）底盤抵抗線w一般取值在1.0～1.2m，考慮到此次爆破的環(huán)境特點(diǎn)取為1.2m；

（5）孔間距和排間距a、b分別取為1.0m和1.2m；（6）本次爆破布孔采用梅花形布孔方式；

（7）單孔裝藥量Q=q·a·w·h，式中q為單位體積耗藥量，取0.27～0.6kg/m3，本次設(shè)計(jì)Q取0.3kg/m3。

淺孔爆破起爆網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2 淺孔爆破起爆網(wǎng)路示意圖

3.2.2 飛石控制

爆破體上方采用砂袋、鐵板、砂袋、安全網(wǎng)對(duì)爆破區(qū)域進(jìn)行多重覆蓋防護(hù)，能有效阻止個(gè)別飛石。即爆區(qū)采用砂袋（每袋重量不少于30kg）、膠簾或竹片、砂袋、帆布或地毯進(jìn)行多層覆蓋，覆蓋范圍應(yīng)超出待爆區(qū)邊界1m以上，膠簾搭接長(zhǎng)度不小于20cm，1m2膠簾面積上加壓2個(gè)以上砂袋，覆蓋嚴(yán)實(shí)無(wú)縫隙，如圖3所示。

3.3 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

本次監(jiān)測(cè)主要對(duì)基坑周圍建筑物進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)，其測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則[7-8]為：

（1）建筑物測(cè)點(diǎn)布置在建筑物承重柱或其基礎(chǔ)上；

圖3 爆破基坑防護(hù)示意圖

（2）在同一建筑物上布置進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在距爆源最近的位置，即測(cè)點(diǎn)布設(shè)于建筑物該層平面最靠近爆破點(diǎn)位置；

（3）建筑物的門口、窗口、房角處容易引起應(yīng)力集中，因此這些位置更容易反映爆破地震波對(duì)房屋的危害，測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)考慮盡量靠近此類位置；

（4）盡量布設(shè)三向速度傳感器或三向加速度傳感器。

考慮到以上測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則，本次爆破監(jiān)測(cè)共設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖4所示。

圖4 爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

4 振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析

東渡路車站基坑是典型的土巖組合地層，且周圍環(huán)境復(fù)雜，為定量分析基坑周圍建筑物的動(dòng)力反應(yīng)，對(duì)爆破過(guò)程中各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，分析基坑爆破振動(dòng)在建筑物之間的傳播特性。

本次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)采用中科測(cè)控TC-4850型爆破測(cè)振儀對(duì)基坑爆破過(guò)程中各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全程監(jiān)控，記錄測(cè)點(diǎn)環(huán)向、徑向、豎向3個(gè)方向的振動(dòng)值，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集情況如表1所示。

為進(jìn)一步探究在爆破沖擊荷載作用下基坑周圍建筑物的動(dòng)力響應(yīng)情況，本文選取了各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向振動(dòng)波形圖及對(duì)應(yīng)的頻譜圖進(jìn)行研究。如圖5、圖6所示。

表1 各測(cè)點(diǎn)爆破震動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖5 各測(cè)點(diǎn)豎向振動(dòng)波形圖

圖6 各測(cè)點(diǎn)豎向振動(dòng)頻譜圖

整個(gè)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的峰值振動(dòng)速度出現(xiàn)在居民區(qū)03測(cè)點(diǎn)，大小為1.421cm/s，對(duì)應(yīng)的頻譜分析主頻頻率為34.285Hz，一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主頻頻率為10～50Hz，規(guī)范規(guī)定爆破過(guò)程中允許周圍建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的振動(dòng)速度控制在4.2cm/s以內(nèi)。由以上數(shù)據(jù)可知本次基坑爆破過(guò)程中未對(duì)周圍建筑結(jié)構(gòu)造成破壞。

由圖6豎向振動(dòng)頻譜分析可知，各測(cè)點(diǎn)的頻譜分布范圍較為相近，基本分布在0～100Hz區(qū)間內(nèi)，但各測(cè)點(diǎn)信號(hào)分布情況又各有差異。對(duì)于大型的高層建筑物，其自振頻率一般為幾赫茲以內(nèi)，由02測(cè)點(diǎn)的頻譜分析圖中可以看出其幅值主要分布在0～20Hz之間，與其建筑結(jié)構(gòu)的自振頻率較為接近，為確保安全避免出現(xiàn)共振，應(yīng)對(duì)該測(cè)點(diǎn)建筑結(jié)構(gòu)不同高度的爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以廈門地鐵2號(hào)線東渡路站為工程背景，為減少土巖組合地層條件下，深基坑爆破開(kāi)挖施工過(guò)程中對(duì)周圍建筑結(jié)構(gòu)的影響，采取了一系列如布設(shè)爆破減振孔、優(yōu)化起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、合理規(guī)劃爆破開(kāi)挖順序等措施控制基坑爆破對(duì)周圍建筑結(jié)構(gòu)的影響。并對(duì)基坑爆破開(kāi)挖過(guò)程中周圍建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的振動(dòng)速度全部控制在安全值以內(nèi)，并未造成破壞。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)緊鄰爆區(qū)的高層建筑對(duì)振動(dòng)波中的低頻成分更易吸收，容易引起高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞。為今后復(fù)雜地層條件下超深基坑爆破工程研究提供指導(dǎo)意義。