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广州地铁东站南站厅竖井石方爆破震动控制
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内容提示：针对爆破震动产生的原因,在设计及施工中按分层分步法采用微震动控制和光面爆破技术,通过对爆破进行跟踪、监测、指导施工,将爆破震动控制在允许范围内,实现了安全爆破。
摘 要:针对爆破震动产生的原因,在设计及施工中按分层分步法采用微震动控制和光面爆破技术,通过对爆破进行跟踪、监测、指导施工,将爆破震动控制在允许范围内,实现了安全爆破。（参考《建筑中文网》）
关键词:竖井,石方爆破,震动控制
1 工程概况
广州地铁三号线广州东站南站厅竖井位于高大楼群中和重要设施之中,竖井开挖面积大(1030m2),开挖深度为18m,距地表高30.0m,开挖工程数量多而集中(17665m3),开挖区周围环境极其复杂,南侧和西侧为铁城5层车库,其中地下3层,且西侧开挖基坑在车库底板下;北侧地下2,3层为正在运行的地铁一号线车站及上部7层火车东站办公大楼;东侧为广州火车东站7层站房主楼。竖井沿上述建筑基础边缘垂直下挖,地质为红层微风化泥质沙岩,须爆破施工,在竖井爆破中,既要保证施工进度和爆破效果,又要保证爆破安全,特别是将爆破震速控制在设计要求的2.5cm/ｓ以内,施工难度很大。
2 减少震动的技术措施
2.1 爆破震动标准的确定
爆破震动强度可用质点震动位移、速度和加速度三个物理量来判断,国内外为了控制爆破破坏作用而进行了大量的研究,研究和实践表明,质点震动速度峰值是评估介质(岩石、建筑物等)承受爆破破坏等级的最佳标准。故竖井石方爆破采用质点震动速度作为爆破安全的主要判据,根据业主提出建筑物允许的质点震动速度标准为:v=2.5cm/ｓ。
2.2 竖井开挖爆破降震的主要技术措施
2.2.1 减震原理
目前,国内外降低爆破震动,控制爆破震动影响范围的主要途径是:1)减小爆破震源的爆炸能量,以控制爆破震动的危害程度;2)阻断震动波传播扩大,减少爆破震动波的影响范围。
2.2.2 广州地铁东站南站厅竖井控制爆破的减震技术
1)爆破设计中的质点震动速度的控制。在爆破设计时,无论是施工方案的选择,还是爆破参数的确定,均采用了微震动方法。采用的质点震动公式为[1]:
V=k(Q1/3/R)α。
式中:V———质点震动速度,
cm/ｓ;R———建筑物距爆源中心的距离,
m;Q———最大单响药量,kg;
α———与地质有关的系数,可采用经验类比法选区,也可通过试验测定。
采用爆破震动标准计算,得:V=2.5cm/ｓ。
a.施工方案选择。根据以上对爆破震动的技术要求,决定采用手风钻钻孔,浅孔台阶爆破,小型挖掘机挖装,吊车垂直运输至井外的施工方案。爆破采用分层分步开挖法,先在竖井中选择距火车东站站房和地铁一号线较远的地方,进行掏槽爆破,然后沿掏槽四周进行浅孔台阶爆破,最后在周边进行光面爆破。分层分步开挖爆破法,实质上是控制每次爆破能量,因此有显著的降震作用。b.爆破参数设计。合理的爆破参数是预防震动危害、控制质点震动的最有效方法,本次爆破的爆破参数见表1。
从表1可以看出,设计均以质点震动速度V=2.5cm/ｓ为依据,上述参数和实践证明了它是控制爆破质点震动速度的有效方法。
2)爆破施工中的震动控制。
a.采用微差起爆技术严格控制单响药量,有效降低震动效应的影响。根据距离建筑物远近设计最大单响药量[2]。通过微差网路,控制不同距离、不同单响药量,缩小震动影响范围。在起爆网路设计时,对炮孔进行合理组合,有目的地降低单孔药量,使单响药量符合设计要求,达到减震目的。
注意起爆顺序和方式,以形成良好的自由面和自由面的空间,避免形成“闷炮”以减少震动的影响。即通过掏槽先创造良好的自由空间,沿自由面顺序起爆,减少对后排炮孔的阻挡作用,达到一定的减震目的。
b.利用隔断震动波原理实现减震效果。目前隔断方法常利用自然破碎层(带)和人造预裂缝(带)或隔震槽来减少爆破对周围建筑的影响,本次爆破由于周围建筑物特别重要,若采用预裂爆破其爆破产生的震动将超过主炮孔,若采用降低单孔装药量或单孔起爆方法会造成预裂爆破失败。施工中没有进行预裂爆破而采用光面爆破施工,竖井爆破多利用建筑物底板混凝土与岩石之间的破碎带进行减震。
3 震动监测及安全分析
广州地铁3号线广州东站南站厅竖井开挖爆破,通过测试和宏观检查,爆破对周围建筑没有产生任何损坏和影响。405次爆破实践表明了爆破方案是合理的,爆破参数是正确的,施工组织是严密的,减震措施是有效的。为极其复杂的环境中的石方严格控制爆破提供了比较完整的技术质料,积累了宝贵的经验。同时证明了钢筋混凝土框架构筑物破坏判据V=2.5cm/ｓ偏小。
4 研究与探讨
4.1 爆破震动对建筑物影响的安全分析
工程爆破对建筑物的影响是一个复杂的动力学问题。目前,在工程界已改变了单一采用质点震动速度这一物理量作为震动安全控制标准,综合以测试数据为依据,并考虑到爆破震动频率的变化、结构物的动力响应,震动持续时间等因素,综合进行安全分析。如在实测中,其中一质点震动速度最大值Vmax=5.78cm/ｓ,超过了业主的要求标准V=2.5cm/ｓ。但经宏观调查,周围建筑并无任何损伤。下面对这一现象进行研究和探讨。
4.1.1震动造成的瞬间位移
实测最大质点震速Vmax=5.78cm/ｓ,震动频率为93Hz,其震动造成的瞬间位移可按下式计算:A=V/2πf=5.78/2×3.14×93≈0.01cm=0.1mm。
设计给定允许沉降变形标准不大于3mm。因此根据计算当A=0.1mm时,不会造成建筑物破坏。
在竖井爆破中,允许的质点震动安全判据是确保工程有很大安全余地的经验值,同时小于国标,爆破安全规程规定标准V=5cm/ｓ。个别点突破此值仅表明引起破坏的概率的增加,并不表示一定会造成建筑物的破坏。虽然如此,在施工中还是要按规范和技术要求进行爆破设计与施工。在没有充分可靠的安全论证时,不得突破规范。
4.1.2 结构物的动态特征
爆破震动造成地面震动是往复循环的,地面震动速度总是不断地变换方向。由于运动方向和循环值都是随时间而变化的,虽然动应力瞬间多次达到动态损坏强度,一旦地面运动停止,产生进一步变形的力也就停止了,即使产生小的位移,只有动荷载停止,才不会继续变形。除非荷载强度远远超过结构强度,否则瞬间失稳并不意味着最终失稳。
综上所述,南站厅石方爆破施工中,虽然个别点震速偏大,但不会造成周围建筑物损坏。在竖井开挖过程中,实测96点次记录中,只有两点超过国标,因震动频率高,作用时间短,周围构筑物不会出现破坏现象。
4.2 爆破震动的放大效应
爆破震动主要和爆源点距离和单孔药量有关,由于整个竖井开挖均为微震动爆破施工中,由于每次爆破爆源爆炸能量较小,无法对边坡产生放大效应。应该指出,对顶部楼房,若使顶部产生放大效应,必须使整个建筑底板受到较大震动时,才能使楼顶产生震动放大效应,而南站厅竖井开挖,对楼房而言震动规律是随楼房高度增加而衰减,不存在放大效果。故竖井开挖全过程中,广州火车东站站房及办公楼均没有发现震动损坏现象。
参考文献:
[1]卢文波,赖世骧,舒大强.临近点基面岩石开挖爆破方案探讨[J].爆破,2001.18.
[2]刘宏刚,白立刚,张永哲.复杂环境条件下长大石方路堑深孔拉槽控制爆破的减震技术[J].科技通讯,1996.3. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/9207.htm
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