超深土巖組合地鐵基坑爆破振動監測分析

周 昆

（中鐵十四局集團有限公司，福建廈門361000）

1 概述

隨著目前國內城市地下鐵路的發展，爆破法在堅硬巖層基坑開挖過程中無疑是最經濟有效的，但在人口和建筑物比較密集的城區內進行爆破施工具有很大的安全隱患[1-4]。本文以廈門地鐵2號線東渡路站基坑爆破施工為例進行現場監測，探究復雜環境下深基坑爆破的震動規律及對周圍建筑的影響，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值和指導意義。

2 工程概況

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

東渡路車站總長為168.1m，標準段基坑寬度26.05m，基坑標準段深度約為37m，頂板覆土約3.5m，車站平面示意圖如圖1所示。基坑開挖深度范圍內上部主要為素填土，局部含有淤泥、粉質粘土層；下部為不同風化等級的花崗巖，以中、微風化為主；車站基坑為典型超深土巖組合基坑，周邊建筑物密集，采用爆破開挖法施工，車站主體結構土石方量共18.8×104m3，其中爆破石方量約15×104m3。施工中為減少爆破對圍護結構和周邊環境的影響采取減震措施。

圖1 東渡路站平面示意圖

3 爆破方案設計

3.1 爆破總體方案

由于本工程為基坑開挖爆破施工場地狹窄，且只有一個向上的臨空面，直接爆破開挖，巖石夾制作用大，爆破單耗高，飛石防護難度大，因此爆破開挖順序應首先在爆區北面現有的高差區采用，基礎開挖爆破技術進行開挖槽爆破，開挖槽寬度2×2×2（分2次開挖到位）；然后以開挖槽作為臨空面，進行擴槽爆破，待槽寬達到一定寬度后，作為一層臺階的臨空面，由北至南進行該層的臺階爆破。二層開挖以相同方式進行開槽、擴槽，臺階爆破。每層主爆區開挖，應在基坑邊線預留2m寬的保護層采用光面爆破技術進行開挖，以保證基坑邊坡的穩定性。保護層開挖應在每層臺階形成后，隨著臺階爆破的前進而前進，以免影響后續邊坡支護工作及下層開挖。在正式爆破開挖前采取試爆措施，根據試爆的情況結合現場實際周邊環境進行調整，以達到最佳的爆破效果和最安全的爆破參數[5-6]。

3.2 爆破參數設計

本次基坑爆破開挖遵循的2個原則是：一是確保爆破過程中人員、建筑物等周圍環境的安全，二是在開挖過程中確保樁撐等支護體系的安全。

3.2.1 孔網參數

（1）本次爆破孔徑d取為40mm；

（2）臺階高度H通常小于等于4m，本次爆破臺階高度取為3m；

（3）當淺孔臺階大于2m時，超深h一般取臺階高度的10%～15%，當淺孔臺階小于2m時，h不小于30cm。本次爆破設計超深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境特點取為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，本次設計Q取0.3kg/m3。

淺孔爆破起爆網絡如圖2所示。

圖2 淺孔爆破起爆網路示意圖

3.2.2 飛石控制

爆破體上方采用砂袋、鐵板、砂袋、安全網對爆破區域進行多重覆蓋防護，能有效阻止個別飛石。即爆區采用砂袋（每袋重量不少于30kg）、膠簾或竹片、砂袋、帆布或地毯進行多層覆蓋，覆蓋范圍應超出待爆區邊界1m以上，膠簾搭接長度不小于20cm，1m2膠簾面積上加壓2個以上砂袋，覆蓋嚴實無縫隙，如圖3所示。

3.3 監測設計

本次監測主要對基坑周圍建筑物進行測點布設，其測點布設原則[7-8]為：

（1）建筑物測點布置在建筑物承重柱或其基礎上；

圖3 爆破基坑防護示意圖

（2）在同一建筑物上布置進行爆破振動監測時，測點應布置在距爆源最近的位置，即測點布設于建筑物該層平面最靠近爆破點位置；

（3）建筑物的門口、窗口、房角處容易引起應力集中，因此這些位置更容易反映爆破地震波對房屋的危害，測點布設應考慮盡量靠近此類位置；

（4）盡量布設三向速度傳感器或三向加速度傳感器。

考慮到以上測點布設原則，本次爆破監測共設5個監測點，如圖4所示。

圖4 爆破振動測點布設示意圖

4 振動監測與分析

東渡路車站基坑是典型的土巖組合地層，且周圍環境復雜，為定量分析基坑周圍建筑物的動力反應，對爆破過程中各測點進行時時監控，分析基坑爆破振動在建筑物之間的傳播特性。

本次爆破振動監測采用中科測控TC-4850型爆破測振儀對基坑爆破過程中各測點進行全程監控，記錄測點環向、徑向、豎向3個方向的振動值，各測點振動數據采集情況如表1所示。

為進一步探究在爆破沖擊荷載作用下基坑周圍建筑物的動力響應情況，本文選取了各個監測點豎向振動波形圖及對應的頻譜圖進行研究。如圖5、圖6所示。

表1 各測點爆破震動實測數據

圖5 各測點豎向振動波形圖

圖6 各測點豎向振動頻譜圖

整個爆破振動監測過程中出現的峰值振動速度出現在居民區03測點，大小為1.421cm/s，對應的頻譜分析主頻頻率為34.285Hz，一般的鋼筋混凝土結構的振動主頻頻率為10～50Hz，規范規定爆破過程中允許周圍建筑結構出現的振動速度控制在4.2cm/s以內。由以上數據可知本次基坑爆破過程中未對周圍建筑結構造成破壞。

由圖6豎向振動頻譜分析可知，各測點的頻譜分布范圍較為相近，基本分布在0～100Hz區間內，但各測點信號分布情況又各有差異。對于大型的高層建筑物，其自振頻率一般為幾赫茲以內，由02測點的頻譜分析圖中可以看出其幅值主要分布在0～20Hz之間，與其建筑結構的自振頻率較為接近，為確保安全避免出現共振，應對該測點建筑結構不同高度的爆破振動進行監測。

5 結語

本文以廈門地鐵2號線東渡路站為工程背景，為減少土巖組合地層條件下，深基坑爆破開挖施工過程中對周圍建筑結構的影響，采取了一系列如布設爆破減振孔、優化起爆網絡設計、合理規劃爆破開挖順序等措施控制基坑爆破對周圍建筑結構的影響。并對基坑爆破開挖過程中周圍建筑結構的振動響應進行監測，通過數據分析發現建筑結構出現的振動速度全部控制在安全值以內，并未造成破壞。通過分析發現緊鄰爆區的高層建筑對振動波中的低頻成分更易吸收，容易引起高層建筑結構的破壞。為今后復雜地層條件下超深基坑爆破工程研究提供指導意義。