微振动控制爆破技术在城市中地铁深基坑开挖中的应用(二)Word文档格式.doc
《微振动控制爆破技术在城市中地铁深基坑开挖中的应用(二)Word文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微振动控制爆破技术在城市中地铁深基坑开挖中的应用(二)Word文档格式.doc（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
泥质粉砂岩全风化层（局部），厚约1.2m；
7>
泥质粉砂岩强风化层（六号线平均层厚８.５ｍ、八号线平均层厚７.５ｍ）；
8>
泥质粉砂岩中风化层（六号线平均层厚７ｍ，八号线平均层厚７ｍ，最大１２.５ｍ）；
9>
泥质粉砂岩微风化层（八号线平均层厚７.５ｍ，最大１３.３ｍ）。
六号线车站纵向地质剖面图
八号线车站纵向地质剖面图
2、爆破施工的有关理论及微振动爆破
在施工中采用微振动控制爆破技术，应用监测技术，对支撑体系应力变化和周围建筑物的振速数据进行监测分析，来指导爆破施工参数的调整，以确保基坑安全，保护周围建筑物、交通设施以及保证地面行车、行人的安全。
根据以往爆破经验，对基坑爆破方案和参数进行选取和设计，然后通过现场初期多次试爆，采集爆破振速等监测数据进行分析，对设计的参数进行修正，并在后续的爆破中根据实际情况不断调整。
过程中通过不断的改进和实践，最终取得成果。
施工中，根据建筑物和爆破工作面中心距离计算选取爆破参数，首先必须满足周边各类建筑物的允许振速要求（依建筑物结构和使用年限不同标准不一），并保证爆破安全和爆破效果，其次还需满足基坑开挖的施工进度。
爆破施工研究主要分为布孔、装药等参数控制和监测两大部分，爆破过程中应用监测技术手段，对基坑围护支撑体系应力变化和周围建筑物的振速数据进行监测分析，进而调整开挖方案和爆破参数，对爆破施工各个环节控制要点进行规范。
微振动爆破的核心技术，就是根据应力波叠加原理，在等同装药量的情况下，采用毫秒延期雷管分段微差爆破使爆破地震波的能量在时空上分散，从而降低爆破地震的强度。
因此，本文研究的关键技术为通过利用微动爆破技术对爆破振速进行控制，主要是从单段起爆最大装药量、布孔间距等爆破参数的合理确定来实施。
3、微振动爆破控制技术
3.1开挖、爆破方案概述
结合本站地质情况及车站结构形式，基坑开挖遵循“纵向分段、竖向分层、先支撑后开挖”的原则。
总体顺序沿车站纵向流水工作面方向台阶开挖，爆破顺序与开挖基本相同。
六号线从西向东分为五段，八号线从南向北分九段。
根据本车站岩层情况和阶段工期需要安排，实际现场爆破顺序依次为二段--四段---三段---六段--七--八--九--十段。
开挖后的土石方主要由多台挖机配合19米长臂挖机分台阶倒运至基坑上，基坑最底一层采用两台10t+10t的龙门吊吊运至基坑上。
第一次爆破从第二段开始，先在基坑西端采用炮机凿出足够的临空面后，再向东边推进工作面。
第三、四段（属于交叉换乘部位，地下四层结构）爆破时，为多开辟工作面，从换乘节点中心掏槽，然后往四周依次爆破。
根据周边环境对爆破震动的要求，基坑石方采取“多打孔、少装药、短进尺、弱震动”的浅眼松动微差控制爆破的方法施工。
为了使岩石充分破碎及避免大块的产生，采用“梅花型”布孔，排间微差起爆方式。
考虑到爆破振动和飞石，在施工过程中，创造良好的临空面，控制一次起爆的药量，确保爆破安全。
在靠近基坑边缘时，预留2m范围做为缓冲区对围护结构进行保护，采用浅孔台阶弱松动爆破，临空面朝向基坑内侧，爆破后连续墙边预留松动石方靠挖机挖除。
接近基底时，炮孔深度控制在基底上30cm，爆破后剩余部分采用机械凿除，保证基底岩体完整及控制超欠挖。
3.2爆破参数设计
根据台阶爆破理论，大于5米深度的爆破为深孔爆破。
此基坑施工因受周边环境限制，只能应用浅孔小台阶松动法实施控制爆破。
参考爆破手册和以往地铁施工经验，对爆破主要参数进行设计如下：
3.3.1基坑爆破参数的确定
（1）孔径：
d=42mm
（2）最小抵抗线：
w=（20～25）d
（3）台阶高度：
h=1.5～2.5m
（4）孔深：
L=（1.1～1.2）h（其中超深△h=0.15h）
（5）堵塞长度：
l=（1.0～1.2）w
（6）孔间距：
a=（0.8～1.2）w；
（7）排间距：
b=（0.8～1.0）a
（8）炸药单耗k：
k=（0.3～0.4）kg/m3（单孔药量q=kabh）
依据浅眼小台阶松动控制爆破参数得到不同台阶高度下的爆破参数见下表：
浅孔小台阶的基坑控制爆破参数表
台阶高度H（m）
孔深L（m）
孔径d（mm）
最小抵抗线w（m）
孔间距a（m）
排间距b（m）
单耗K（kg/m3）
单孔药量q（Kg）
1.5
1.8
42
1.0
1.2
0.35
0.6
2.0
2.4
1.1
1.3
2.5
2.8
0.3
各参数示意图如右图：
在靠近基坑边缘预留2m范围，采用浅孔台阶弱松动爆破。
炸药单耗用量取k=0.3kg/m3，台阶高度不超过2.0m，布设两排炮孔，孔间距0.8m，最小抵抗线为0.8m。
3.3.2人工挖孔桩爆破设计
基坑的人工挖孔桩孔径2000mm，加护壁厚度为150mm，爆破直径为2300mm。
爆破时加强覆盖，炮口先压砂袋再覆盖铁皮后，在铁皮上压足够量的砂袋，炮口距铁皮留20cm以便爆破气体排除。
孔桩爆破参数见下表
Φ2000孔桩爆破参数
参数
孔数（个）
孔深（m）
单孔药量（kg）
雷管
段别
单段药量（kg）
掏槽眼
3
0.5
1
辅助眼
6
0.4
3、5
周边眼
10
7、9
3.3.3微差雷管间隔时间设计
选用国产毫秒电雷管，微差间隔时间为50ms，雷管按段别1~9段跳段使用，10段以后顺段使用。
3.3.4爆破网络和起爆方法
选择串联电爆网络，孔内按设计段别安装电雷管引爆炸药，然后用大串联的方式连接网络，用MFB—200型起爆器，起爆前用爆破专用仪表检查爆破网络的可靠性。
网络连接时，同一网络内的雷管必须是“三同产品”，即同厂、同批、同型号，且各电雷管的电阻差不超过0.2欧姆。
3.3.5炸药
选择合理的“岩石与炸药特性阻抗匹配”控制爆破振动至关重要，低爆速、低威力炸药的爆轰压力上升比较慢爆破振动小。
（根据爆破理论：
波阻抗值相对与岩石的波阻抗匹配系数越接近1，越能充分发挥炸药的能量，从经济角度和爆破效果也为最佳。
）
本站基坑爆破体为微风化砂岩容重ρ=2.0m3，纵波波速为V=2500m/s，爆破选取小直径2#岩石乳化炸药，最佳密度ρ0=1.1g/cm3，爆速为D=3600m/s。
根据公式K=ρ0D/ρV计算得K=0.792，能满足控制爆破效果需要。
3.4爆破的安全控制
基坑爆破安全控制的关键为爆破震动对基坑、周边建筑物的破坏和飞石对人群的危害。
3.4.1爆破震动
因爆破而引起的质点振动速度按萨道夫斯基公式计算，爆破对周围质点的震速计算公式为：
V=k（Q1/3/R）a
其中：
V----介质质点振动速度（cm/s）
Q----最大单段起爆药量（kg）
R----测点至爆破中心的距离（m）
K----介质性质系数，一般取k=50~350
a----爆破条件有关的系数，近区为1.5~2.0，远区为1.0~1.5
根据广州市地铁施工经验参数，这里取k=160，a=1.7。
由于周边环境较复杂，车辆、行人较多，严格控制爆破震动，取允许的安全震动速度V=1.5cm/s。
最大同段药量Q1与距离R的对应关系见下表
建筑物安全距离与药量关系表
R（m）
12
13
15
17
20
25
30
Q（kg）
0.26
0.45
0.57
0.89
1.30
2.11
4.12
7.12
3.4.2飞石安全距离核算
Rf=20kn2w=20×
1.2×
0.82×
1.2≈18.5m
式中：
k-爆破飞石计算系数；
n-爆破作用指数；
w-最小抵抗线。
因最近的岩面至基坑顶的距离为17m，还不能满足上述检算要求。
在爆破前，采用钢板上覆盖装土编织袋进行装药孔压实覆盖，对飞石做第一道拦截；
必要时在上部支撑上加二层安全网进行二次防护覆盖。
示意图如下
1、沙袋2、铁板3炮孔
基坑爆破炮孔覆盖示意图
3.4.3噪音控制
爆炸冲击波及噪音主要为空气冲击波压力造成，达到一定值后，可造成人员伤害。
施工中采用了微差爆破减少一次起爆的最大药量、装药孔口用炮泥堵塞、加强覆盖等措施，以降低空气冲击波的强度和噪音扩散。
3.4.4其它安全措施
1、爆破时间安排避开周边居民上下班及出行高峰。
2、设专职安全员负责在爆破前30分钟按预定位置布设安全警戒，通知场内及周边人员全部撤离、机械设备做好遮挡防护。
3、待爆破10分钟后，首先由爆破技术人员排查核对各装药孔的爆炸情况，确认无其它意外情况后解除警戒。
3.5爆破方案实施
方案设计参数确定好以后，在爆破施工过程中，按设计方案先装小药量进行试爆，再通过爆破振速测试，进行参数的调整。
分阶段，根据爆破结果和实际岩层条件，分析爆破参数的合理性，以确定最佳爆破系数，根据监测结果及时调整、修正爆破参数，调整单段最大药量和雷管分段数。
3.5.1施工监测
3.5.1.1监测点位布置及检测次数
爆破振速监测布点根据爆破源位置的变化，每次布置4个三分向测点，检测点布设在爆破源周围具有典型代表意义的建筑结构上，以求记录到爆破施工产生的最大振动。
每个检测点均进行垂直和水平纵向、水平横向三个分向的振动速度量及振动频率的检测。
车站周边需要重点保护的建筑物:
高架桥墩19根，房屋10幢。
详见后附平面图
基坑爆破从2008年5月份开始，12月份结束，历时8个月。
建筑物结构安全监测的次数为17次。
施工初期，因离保护房屋较远，主要设在桥墩、人行道和离公园电房旁空地处；
随后监测在最近桥墩只设一个点，剩余三点设在公园办公楼、电房处、生活区内最近临时房屋角处；
另外过程中，在基坑内砼结构设点控制基坑内砼结构影响情况。
施工后期，八号线北端风道剩余工程量爆破离文化公园西门人行道最近只有10米，主要在此处设点监控。
3.5.2振速值选取
按照“就低不就高”的原则，选定《爆破安全规程》里的2类结构作为控制标准，规范允许值为ｖ=2.5ｃｍ/ｓ，考虑到本爆区的爆破施工是一个长期的作业过程以及该区域施工环境的复杂性，应适当降低允许安全振速，所以选取1.5cm/s的振动速度作为本爆区施工的允许安全振速。
本工程按ｖ=1.5ｃｍ/ｓ进行控制，对基坑内混凝土结构按ｖ=5ｃｍ/ｓ控制。
八号线北端风道爆破则按1.0ｃｍ/ｓ以下控制。
爆破监测时，仪器现场记录，爆破完成后即进行数据处理，得出的检测数据用于指导下一次爆破施工，振动值若不超过1.5cm/s，则可以继续施工；
若超过1.5cm/s，则后面的爆破施工必须对施工方法和装药量作出调整。
3.5.3设计爆破系数值的修正
根据爆破地震安全距离公式：
V=K（Q1/3/R）а，K、a属于经验数值，本站爆破方案设计暂按中硬岩取值：
K值取160，a值取1.7，但在实际中，因为地质条件的复杂性，实际结果存在较大的差异，所以K、a需要通过爆破震动监测用回归分析方法进一步确定。
然后根据计算公式，在炸药量Q和爆心距R已知、震动速度V可通过实际监测计算得出的情况下，经过多次重复监测实际的震动速度，即可用回归方法计算出本站地质条件下的K、a系数。
利用该系数再修正爆破参数，用计算公式Qmax=R3（V/K）3/a调整单向最大药量和雷管分段数。
3.5.3.1爆破系数的回归方法
从本工程监测的结果分析，垂直向的振速最大，占主导地位，且将三方向的振速峰值进行合成后（爆破监测单位提供，合成数据经软件处理），与最大振速相差不大，所以在数据分析时取每一监测点的最大质点振速。
爆破系数的回归方法如下：
对公式V=k（Q1/3/R）a两边同时取自然对数，得
lnV=lnK+aln（Q1/3/R）----（式1）
令X=ln（Q1/3/R）），Y=lnV，k=a，b=lnK----（式2），
得Y=kx+b----（式3）
然后将各监测数据带入（式2）进行计算，利用最小二乘法回归法，得出（式3）中方程式的k和b两个常数，然后用式k=a，b=lnK反求出K、a两爆破系数。
3.5.3.2实际回归过程：
爆破系数设计优化监测的次数初期为4次，随后3次，并进行回归分析，确定K、a两个系数，达到修正爆破参数、提高爆破效率的目的。
初期数据回归监测数据见下表
日期
点位
距离
最大药量
最大振速V
2008.4.9（试爆总药量5.1kg）
75
3
0.1
2
67
0.1
60
4
65
＜0.1
2008.5.26
0.8
80
0.27
85
90
0.23
2008.5.27
28
0.76
0.38
0.37
2008.6.9
0.66
0.41
0.17
0.15
此四次监测远距离的点占多数，且振速数据都很小，另因监测过程中，桥墩附近的车辆震动对仪器干扰较大，加之距离太远，地震波速衰减很大，影响情况比较复杂，监测有一定偏差，不能精确用于回归。
所以剔除远距离的数据，只将近距离的三组数据回归分析。
3组爆破参数数据及回归参数表如下：
回归参数计算表
距离R（m）
最大药量Q（kg）
振速V
X=ln（Q^1/3/R））
Y=lnV
-2.927052912
-0.223143551
-2.966000414
-0.274436846
-3.034993285
-0.415515444
利用office软件excel的数据分析功能回归处理，图表如下：
回归结果：
K=162a=1.81
利用此参数，暂时调整爆破各参数。
等第二次监测数据收集后再次精确回归。
（1）第二次回归监测数据见下表
2008.7.11
3.44
37
0.11
21
1.52
2008.7.12
35
4.2
0.87
78
19
1.72
2008.7.16
40
3.72
0.51
23
1.21
76
3.53
12组监测参数数据及回归参数表如下
距离R
最大药量Q
-3.32585
-0.8916
-3.19909
-1.20397
-3.9702
-2.20727
-2.6327
0.41871
-3.07699
-0.13926
-2.92284
0.09531
-3.87835
-1.46968
-2.46608
0.542324
-3.25097
-0.67334
-2.69759
0.19062
-3.89283
-1.34707
-2.12704
1.261298
也是剔除三组远距离点后，与第一次回归三组数据合并，见下表
点
位
利用最小二乘法回归后图表如下
最终回归结果：
K=175a=1.82
由此最终得到本基坑爆破开挖过程震动速度的传播规律：
V=175（Q1/3/R）1.82；
并根据此常数对后续爆破施工的装药量进行控制。
振速控制在1.5cm/s时单段装药量的调整如下：
0.39
0.67
0.86
1.32
1.92
3.13
6.12
10.57
3.6八号线北端风道近距离爆破控制
此段爆破过程中，因距离文化公园西门很近，公园内人行通道平行于基坑边，基坑距围墙最近只有6米宽，加上围墙宽度和花坛后离人行道平均10米左右，每天游客来往很多，大多为老人儿童，因此为了保证飞石对人群的危害及爆破对行人的惊吓，爆破振速控制在1.0cm/s，此处采用超小台阶浅眼排推法爆破。
振速控制在1.0cm/s时单段装药量的调整如下：
0.20
0.44
0.68
0.98
1.60
3.14
5.42
爆破参数设计方案如下：
①根据减小爆破震源的爆炸能量，以控制爆破震动危害程度的原理，结合本工程的实际情况，制订了“微松动排推法爆破”。
通过减少单孔药量，增加孔数，减小孔距，使每次爆破都利用临空面减震和增加爆破效果，当临空面不足时，利用凿岩机（岩石厚度小于30cm时用）和打掏槽孔进行浅孔爆破制造临空面。
②为了确保八号线北端行人的安全，在进行“微松动排推法”施工中对爆破参数严格要求，规定每次起爆孔数小于10个，单段药量0.20kg，孔深为1米左右。
通过微差网路,控制孔距、单段药量和孔深，缩小震动影响范围，使单段药量符合最低岩石破裂要求，达到减震目的。
③利用隔断震动波原理可以实现减震效果，但此处全部为砼原地面，没有条件挖减震沟槽。
因此，为将爆破施工对围墙外的影响减到最小，只有通过小药量进行爆破。
④当爆破施工距北侧连续墙只有2.0m时，采取了斜面浅孔爆破：
把2.0m宽岩石分成两次爆破，炮孔呈水平倾斜，每个炮孔为一段，每段药量0.2kg，达到震裂的效果，再用凿岩机配合施工。
3.7爆破效果
3.7.1在爆破过程中，通过对爆破
升级会员 