地铁隧道钻爆施工对临近建筑的影响分析

岳士廷 赵建锋 邢岩兵

摘要：在地铁隧道钻爆施工震动作用下，临近建筑结构体内部可能产生连续拉扭及超载作用，从而造成房屋墙面抹灰脱落、结构体开裂或延伸等现象。结合青岛地铁隧道爆破震动，进行了相关测试。在爆破震动波各物理量中，径向振动分量持续时间长、主频低，径向振动分量随着楼体高度的增加而被放大。经分析爆破震动波中径向速度分量在结构物的破坏中起关键作用。通过对测试数据的采集整理分析了结构体裂缝产生的原因。

中图分类号：U455.6文献标识码：A 文章编号：

关键词：爆破震动 响应分析 裂缝

在城市地铁硬岩隧道开挖中，爆破是隧道开挖的主要措施。从而爆破地震效应对爆区周围的建筑设施会有不同程度的影响及破坏作用[2]，例如建筑物出现裂缝，甚至倒塌，结构的损伤、变形与失稳等。工程爆破时总是设法避免爆破振动对临近结构物带来不利的影响。在青岛地铁隧道硬岩钻爆施工过程中，为了实现这一目的，研究爆破震动对临近建(构)筑物影响分析是十分重要的。

1工程概况及数据采集

针对青岛市地铁隧道爆破开挖周边的建筑群，进行了爆破震动监测。测场中的建筑物大部分为砖混结构。爆破震动监测对象为一幢6砖混民房结构。

1.1爆破震动测试系统及测点的布置

本次测试采用成都中科测控有限公司研制的EXP3850爆破震动记录仪、TC-4850便携式数据采集仪、一台微型计算机。传感器应布置在结构物最易出现裂缝及受损的地方。观测表明，结构物在不同层、不同部位(墙角、墙壁)的振动情况存在较大差异。在爆破震动作用下，房屋墙角是最能呈现房屋是发生破坏的主要部位。由于爆破震动波频繁而又连续的压、扭作用总，结构物的变形和裂缝在墙角处得到应力集中。为了得到更精确的数据，在墙角处的三个墙面上布置传感器，同时在楼上相应位置也进行传感器的布置来获得爆破震动的数据。

2建(构)筑物结构振动数据分析

2.1室内地面和室外自由场地面的对比分析

表1中给出的数据为建筑物室内地面及室外自由场地面的震动数据。图1所示为两种不同地面的垂直振动速度的y轴图。室外自由场是指在距建筑物外墙地基8m远的场地。

表1室内地面和室外自由场地面振动数据

注：表中a，b分别指室内地面和室外自由场地面

图1室内地面和室外地面垂直振动速度对比

图2两种不同地面切向和径向振动速度对比

如表l中数据及图1、2曲线所示，两种不同地面的垂向、径向和切向振动监测数据不存在某种相关性关系，由此可见，室内地面与室外自由场地面为两个不同的受震点。

2.2不同楼层振动数据分析

对普通民房进行爆破震动监测时，为比较不同楼层的振动响应情况，在一楼地面墙角及二楼相应位置布置拾振器，从表2中的数据对比分析可知，切向和垂向振动分量在二楼有较明显衰减，径向分量在二楼有放大。

表2不同楼层振动响应速度数据

注：表中的径向是指测点与爆源之间的水平方向，而切向是与径向相垂直的水平方向。

爆破震动对建筑物的震动破坏过程实际是一个应力波波动过程。在爆破震动波多次作用下，建筑物在连续而又周期性的载荷作用而造成破坏。通过对建筑物不同部位的振动响应信号分析可以获取结构振动响应的频谱特性[1]，以及建筑物受震破坏与振动持续时间及频率的关系，有利于分析结构物的震动破坏机理。

建筑物的爆破震动破坏中[3]，所输入结构体的爆破震动波主频对结构物起着主要作用。当爆破地震动的主频与结构自身的固有频率相近时，结构体将产生最大振动响应。若输入持续时间、高振幅的爆破震动波，将加大结构体的破坏。

3建筑物裂缝现象观察

在建筑物震动监测中，对建筑物墙体的裂缝扩展情况进行了密切观测并重点记录了墙壁已有裂缝的长度、走向、宽度等，标记了结构体已有的裂缝，以便在爆破施工前后对监测房屋墙壁裂缝的扩展情况进行对比分析。对测试的民房建筑物，门窗玻璃会在爆破震动过程中伴随有次级响应噪声，人会有强烈的震感，所监测房屋墙壁裂缝没有发生扩展现象。对于所增加的裂缝及个别裂缝的扩展，不能认为完全是爆破震动作用引起的。房屋发生裂缝的原因有：室内温度变化而引起不均匀热膨胀、墙壁覆盖物的自然老化、地基基础沉陷等很多原因。

4结论

(1) 民房建筑在爆破震动作用下的破坏是结构体在外界激励下的振动响应问题。结构体震动破坏的因素有震动波的持续时间、强度、频率、震动作用的次数，以及结构体稳定状况、测场地质条件等因素有关。

(2) 从建筑物不同楼层采集的振动速度数据分析可知，径向分量的主频要比垂向的低，且振动幅值在结构体二层楼板上有放大效应。

(3) 爆破地震波输入结构物的振动速度渡径向分量由于振动主频低、振幅高、持续时间长，因而是引起结构物震动破坏一个重要因素。在进行爆破施工过程中，应严格控制炸药的药量，减少爆破振动给建筑物造成的破坏程度。

参考文献：

[l] 李彤华 爆破振动的频谱特征及其工程应用[J]．工程爆破2000，(6)：1-5.

[2] 魏晓林 爆破振动对邻近建筑物的危害[J]．工程爆破，2000，(9)：50-56.

[3] 文振儒 爆破振动对结构物的危害效应探讨[J]．中国民用爆破器材学会第五届年会论文集，苏州：2000，344-347.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。