廣州老城區地鐵爆破振動影響試驗研究

李應戰

(中國中鐵股份有限公司， 廣東廣州 510308)

廣州市軌道交通11號線(環線)呈環形線路，經由天河區、白云區、越秀區、荔灣區和海珠區等老城區，周邊環境極其復雜，對開挖方法要求非常苛刻。為此，必須提前進行施工方法試驗研究。結合當前施工實際情況，項目選擇地形地質條件相對復雜且作業已開工的南石路站進行爆破試驗。南石路站目前已經開挖至地下7.5m深的位置，在車站開挖爆破期間，爆破地震波對周邊既有建筑、車站邊墻和車站既有結構的安全是否構成威脅以及其影響程度到底如何，這是需要徹底搞清楚的核心問題，進而為提出行之有效的爆破振動控制技術奠定堅實的基礎。

本文通過爆破地震效應試驗，測試確定適用于施工場地地形地質、巖體特性和爆破條件的爆破振動參數傳遞規律的經驗公式，以用來進行預報和控制；測試建筑物或防護目標及基礎面上的爆破振動參數的量值，配合爆破破壞范圍試驗，判斷它們的安全性，為調整爆破參數和控制爆破規模提供依據。

1 南石路車站工程概況

1.1 工程概況

南石路站是廣州軌道交通11號線第25座車站，位于廣州市海珠區南石路與廣紙東路的規劃路上方，沿規劃道路程東南—西北走向，車站大里程端設暗挖存車線。

車站站位所在地塊絕大部分位于已拆遷的廣州紙廠原廠區范圍內，場地較為平整。周邊現狀(圖1)：車站西端位于南石路以東廣州自行車飛輪廠用地內，地勢局部比廣紙地塊低1m左右；站位中部北側為海珠區棣園村1～3層住宅；車站西端南側附近有一座110kV變電站，變電站圍墻距離主體基坑最近約為6.5m；變電站西側有一處高壓線塔，線塔距離主體基坑約10m。

圖1 周邊環境平面示意

1.2 工程地質巖性

地層與巖性地表普遍覆蓋第四系(Q)，基巖由新至老主要是中生界白堊系(K)、侏羅系(J)、石炭系(C)、上元古界震旦系(Z)，有侵入巖分布。

地層由上至下依次為人工填土層、沖積-洪積砂層、沖積-洪積-坡積土層、殘積土層、全風化巖層、中風化巖層、微風化巖層等。車站穿越不良地質地帶主要有軟土、上軟下硬地層等。

1.3 地質構造及水文特征

廣州市位于粵中拗陷(三級單元)中部，廣從、瘦狗嶺、廣三斷裂是本區構造的基本骨架。主要以廣從斷裂和瘦狗嶺斷裂為界線分成四個構造區：增城凸起、廣花凹陷、東莞盆地、三水斷陷盆地。

南石路車站地下水水位埋藏較淺，地下水位的變化與地下水的賦存、補給及排泄關系密切，每年4～9月為雨季，大氣降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降水減少，地下水位隨之下降，水位年變化幅度為2.5～3.0m。地下水按賦存方式分為第四系土層孔隙水，層狀基巖裂隙水、塊狀基巖裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。

地下水主要賦存于第四系砂層，其補給主要靠大氣降水和地表水。砂層水排泄主要表現為大氣蒸發及珠江退潮時間的江河排泄，地下水水位受季節和江河潮汐的影響明顯。基巖裂隙水主要由遠處側向補給以及在基巖裂隙水水位下降時由第四系砂層越流補給。石灰巖巖溶裂隙水主要靠第四系孔隙水的越流補給和大氣降水補給。

2 爆破地震效應的現場測試

2.1 爆破試驗施行方法

準備工作(道路、施工風水電系統)→場地清理→炮孔測量放線→鉆孔→清孔→裝藥、堵塞→起爆網絡連接→起爆、爆后安全檢查→爆破試驗效果評價→試驗資料中期整理、匯總。

2.2 爆破振動速度的測試方法

振動速度測量系統由傳感器、記錄儀和筆記本電腦組成。采用中科院四川動態測試研究所生產的IDTS4850型爆破振動記錄儀記錄振動信號，爆破振動記錄儀直接與傳感器連接，將傳感器輸入的模擬電壓量轉換成數字量進行存儲，再經自身的RS232接口和計算機相接，通過專用軟件在計算機上進行波形顯示、數據分析和結果輸出(圖2)。

圖2 振動速度測試系統

2.3 現場爆破設計

(1)振動測試方案。首先確定爆區整體(圖3)，其次確定出鉆孔位置(圖4)，最后確定振動監測點的布置(圖5)。

圖3 爆區整體

圖4 鉆孔和測試點布置剖面

圖5 鉆孔和測試點布置俯視

2.4 開挖爆破炮孔布置及設計參數

(1)爆破參數。表1列出了第一次開挖爆破的各炮孔裝藥量及其相關爆破參數。總裝藥量為112.8kg，最大段裝藥量18.0kg。

表1 爆破設計參數

(2)炮孔布置。實際爆破炮孔布置見圖6。

圖6 實際爆破炮孔布置示意

3 爆破振動數據處理

(1)最小二乘法原理。利用《爆破安全規程》預測爆破地震動強度的薩道夫斯基的經驗公式，并利用最小二乘法對其進行回歸分析，其公式的具體形式為：

(1)

(2)基坑爆破振動衰減規律。對基坑爆破監測數據匯總和回歸分析，表2列出了2018年8月1日～8月24日基坑測點所監測的數據。

圖7 爆破現場測試數據

根據最小二乘法原理將監測到的數據進行線性回歸分析，得到爆破對基坑周邊建筑物的衰減規律的K和α，回歸得到的值未充分考慮爆破方式中偶然因素的影響，如多排爆破的后排夾制作用過大、缺孔、重段等。此爆破振動衰減規律對于基坑周邊建筑物控制主要用于最大段藥量的控制，即距離最近的監控點的預估值。根據多次爆破監測所得的數據，回歸分析得出基坑爆破振動最大速度衰減系數。

表2 爆破現場測試數據

基坑爆破：K= 14.09，α=0.88

(3)基坑爆破振動預測。結合薩道夫斯基公式：

4 結 論

(1)從數據表中分析可知，在基坑近點(7.0m)測點的峰值振速最大為9.348cm/s，隨著距離爆源的距離增大，振速減小明顯，根據實測發現在周邊建筑物(R≈11.0m)的振速僅為1.549cm/s，遠未達到安全警戒值。可見當前爆破施工并未對周邊建(構)筑物造成影響。

(3)后續爆破施工盡可能貫徹“先預裂后主體”的爆破原則，建議在后續所有主體爆破前先進行預裂專項爆破，以確保基坑周邊建筑物安全。