城區(qū)隧道爆破施工振動監(jiān)測與分析
一、工程概況
膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程,南起膠州灣灣口海底隧道青島端終點,向北以上下行分離式雙洞隧道形式分別沿四川路、云南路向北,在東平路路口北側(cè)出地面后開始高架,于山西路路口上方合流后接入快速路三期工程。云南路主隧道起點里程ZK1+095.98,分界點里程ZK2+755,長1659.02m,凈寬13.5m。云南路主隧道即將下穿磚混結(jié)構(gòu)民房區(qū)。通過監(jiān)測爆破振動,確定合理的爆破參數(shù),從而保證民房安全,為今后的隧道開挖提供重要參考依據(jù)。此次監(jiān)測時,主隧道開挖經(jīng)過青島某中學(xué),測點主要布置在學(xué)校內(nèi)地面上,主要監(jiān)測分析隧道爆破振動速度沿垂直隧道走向上的分布規(guī)律,并通過選取校園內(nèi)典型的6個點進(jìn)行監(jiān)測,線性回歸該地區(qū)的、值。
二、爆破施工方案
此次測振涉及的施工地段,采用臺階法進(jìn)行施工,將隧道分成上下兩個臺階,分三部分依次進(jìn)行開挖。
上臺階開挖寬度15.3m,開挖高度6.2m,爆破炸藥采用二號巖石乳化炸藥,起爆方式為分段延時導(dǎo)爆管起爆,每次起爆總藥量117kg,分16段依次起爆,掏槽方式采用斜眼掏槽,掏槽藥量18kg,單段最大起爆藥量18kg。
三、監(jiān)測方案
因為上臺階爆破開挖斷面和一次起爆藥量較大且自由面少,因此振動速度大,此次監(jiān)測主要對上臺階爆破進(jìn)行監(jiān)測。
1、測振系統(tǒng)
爆破振動監(jiān)測采用的測振儀器為四川拓普測控科技有限公司生產(chǎn)的UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀。該儀器無需設(shè)置量程,記錄振動時可自適應(yīng)信號強弱,實時自動調(diào)整量程。該儀器有三個通道,每個通道可連接一個傳感器,各通道均可連接水平和垂直傳感器。傳感器固定時,首先清除地表的浮土,采用石膏粉作為粘結(jié)劑將傳感器粘在測點表面,保證其可隨測點表面同時振動。每次記錄后通過USB連接線與電腦相連,通過配套采集分析軟件BMView將數(shù)據(jù)存儲到電腦上,隨后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。
此次監(jiān)測將隧道上臺階開挖斷面的形心對應(yīng)到地面上的點作為地面爆心,如圖3所示,測點布置共分為兩個方案。
方案1,按照從地面爆心到爆破振動影響遠(yuǎn)區(qū)測點間距由密到疏的原則,沿垂直隧道走向在校園內(nèi)成直線布置測點,如圖3中M1~M11方形點所示。該方案共布置6臺記錄儀,每臺儀器的兩個通道各連接一個垂直傳感器,另一個通道連接水平傳感器,每臺記錄儀可同時監(jiān)測兩個點的振動速度。
方案2,主要觀察爆破對校園建筑物的影響,選取校園內(nèi)6個典型的測點,每個測點布置一臺記錄儀,每臺儀器兩個通道連接水平傳感,另一個通道連接垂直傳感器,同時監(jiān)測同一點的垂直振動速度和與隧道軸向、徑向相一致的水平振動速度,具體測點布置如圖3中圓點M12~M17所示。
四、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
經(jīng)過連續(xù)4次的監(jiān)測,得到一系列可靠的地表振動速度數(shù)據(jù)。根據(jù)方案1共測得3組數(shù)據(jù),監(jiān)測時,測點M1跟隨地面爆心沿隧道開挖方向根據(jù)開挖進(jìn)尺逐步推進(jìn),其它測點不動。方案2中,測點M12距地面爆心142.1m,傳感器未觸發(fā),得到5個測點的地表垂直與水平振速。
1、垂直隧道走向數(shù)據(jù)分析
在距爆心0~45m范圍內(nèi),地表垂直振動速度呈劇烈振蕩衰減態(tài)勢,50m以外振速振蕩趨于平緩。在距爆心15~30m即1~2倍隧道開挖寬度范圍內(nèi),出現(xiàn)一低值,該值接近振速振蕩平緩時的最大值。在距爆心30~45即2~2.5倍隧道開挖寬度范圍內(nèi),振動速度達(dá)到一次最大值,該值改值為平緩時最大振速的1.5~2倍。
地表徑向振速峰值變化規(guī)律與地表垂直振速峰值類似。在距爆心0~45m范圍內(nèi),地表徑向振動速度呈劇烈振蕩衰減態(tài)勢,50m以外振速振蕩趨于平緩。在距爆心15~30m即1~2倍隧道開挖寬度范圍內(nèi),出現(xiàn)低值,該值略高于振速平緩時的最大值。在距爆心30~45m即2~2.5倍隧道開挖寬度范圍內(nèi)出現(xiàn)振動速度最大值,為平緩時最大振速的2~3倍。
同次監(jiān)測所得的地表最大垂直振速峰值大于地表最大徑向振速峰值。2、散點數(shù)據(jù)分析
各測點的地表最大垂直振速峰值和地表最大水平振速峰值如表1所示。
測點 地表爆心距/ 垂直速度峰值/ 水平徑向速度峰值/ 水平切向速度峰值/
M12 1421 ― ― ―
M13 129.6 0.217 ― 0.277
M14 90.3 0.533 0.808 0.409
M15 67.5 0.670 0.905 0.256
M16 25.5 1.085 1.574 1.938
M17 62.4 0.656 1.299 0.844
從表中可以看出,在這種爆破施工方案下,在地面距地表爆心25m范圍以外振動速度小于《爆破安全規(guī)程》(GB6722~2003)關(guān)于磚混結(jié)構(gòu)建筑物規(guī)定的2。若距地表爆心25m范圍內(nèi)存在磚混結(jié)構(gòu)建筑物需調(diào)整爆破參數(shù),以保證安全。
3、回歸分析
目前關(guān)于爆破振動速度問題,國外比較公認(rèn)的是前蘇聯(lián)學(xué)者薩道夫斯基的經(jīng)驗公式。我國長期以來在爆破地震安全距離與質(zhì)點振動速度計算方面也是采用該公式,其公式的具體形式為:
(1.1)
式中:――測點至爆破中心的距離,;
――炸藥量,齊發(fā)爆破取總裝藥量,微差爆破或秒差爆破取最大一段裝藥量,;
――所測點因爆破引起地震振動速度,;
――藥量指數(shù),集中藥包取1/3,此處取1/3;
――爆破地震波衰減系數(shù),與地質(zhì)地形條件及距爆破中心的距離有關(guān);
――同巖石的性質(zhì)、爆破方法、地形條件等因素有關(guān)的系數(shù)。
將式(1.1)兩端取對數(shù)化成化成式(1.2):
(1.2)
令,,,
則(1.3)
利用公式(1.3)通過線性回歸可以計算求出、,最后得到、。
在進(jìn)行回歸分析時,在選取源數(shù)據(jù)方面基于兩點考慮。第一,公式(1.1)中選擇單段最大起爆藥量18。第二,《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)規(guī)定毫秒延期電雷管第1段延期時間允許誤差區(qū)間為0~12.5ms,因此在選擇振動速度時,在每個測點測得的地表垂直振速曲線中截取0~12.5之間的波峰或波谷最大值作為該點地面垂直振動速度。第三,監(jiān)測時隧道開挖斷面形心距離地面32m,在選擇時,將地面爆心與測點間的距離和開挖斷面形心與地面的距離構(gòu)成的三角關(guān)系求出值。將以上整理的數(shù)據(jù)運用matlab進(jìn)行線性回歸得到、。
五、結(jié)論
此次監(jiān)測工作主要對爆破振動速度在地面上的分布進(jìn)行監(jiān)測的,將各測點看作位于同一平面上。利用實際采集的數(shù)據(jù)繪成曲線,忽略因儀器設(shè)備、人員操作、簡化計算公式等方面產(chǎn)生的誤差。綜合分析得到以下結(jié)論:
1、在距爆心0~45m范圍內(nèi),地表最大振動速度呈劇烈振蕩衰減態(tài)勢,在50m以外振速振蕩趨于平緩。
2、在距爆心15~30m即1~2倍隧道開挖寬度范圍內(nèi),出現(xiàn)一低值,垂直振速時該低值接近振速振蕩平緩時的最大值,徑向振速的該低值則大于振速振蕩平緩時的值。
3、在距爆心30~45即2~2.5倍隧道開挖寬度范圍內(nèi),振動速度達(dá)到一次最大值,垂直振速的該值改值為振蕩平緩時最大振速的1.5~2倍,而徑向振速的該值為振蕩平緩時最大振速的2~3倍。
4、同次監(jiān)測所得的地表最大垂直振速峰值大于地表最大徑向振速峰值。
5、采用本文論述的爆破施工方案,在地面距地表爆心25m范圍以外振動速度小于《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)關(guān)于磚混結(jié)構(gòu)建筑物規(guī)定的2。若距地表爆心25m范圍內(nèi)存在磚混結(jié)構(gòu)建筑物需調(diào)整爆破參數(shù),以保證安全。
6、根據(jù)此次監(jiān)測方法回歸得到、。
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標(biāo)簽:振動監(jiān)測、爆破施工、隧道
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