浅谈城市地铁下穿建筑物爆破控制技术

2012-09-06 00:54纪帅
城市建设理论研究 2012年22期

纪帅

摘要:城市地铁矿山法施工在下穿建筑物过程中,为保证房屋结构安全,避免施工扰民,合理有效的进行爆破控制是非常关键。编制爆破设计专项方案时,应根据隧道埋深、围岩地质、爆破振动控制要求以及爆心与建筑物基础的空间关系等情况,对钻爆设计与爆破施工进行分级管理。

关键词:爆破振速、钻爆设计、萨道夫斯基公式

中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:

1工程概况

青岛市地铁一期工程(3号线)土建03标,起于太平角公园内,线路基本延香港路布置,标段尾止于延安三路与香港中路交叉口沿香港中路以东约600m。

太延区间正线往太平角公园站方向下穿多栋建筑物,区间沿线两侧建筑物较多。区间下穿房屋段线路长度约528.98m(按单线长度计),分别下穿伊美尔整形医院、青岛市商业总公司(如家快捷酒店太平角店)、湛山路3号民房(济军一疗理发店)、济南军区第一疗养院口腔科。隧道拱顶距建筑物基础距离在6.3m-17m,建筑物基础均为毛石条形基础。下穿房屋段区间所处地层由上至下分别为:强风化、中风化和微风化花岗岩层。工作区内的地下水类型按赋存方式主要为:第四系松散堆积层孔隙水,基岩裂隙水。

2.钻爆设计原则

根据工程实际、工程要求、地质地形条件和地表建筑物分布情况,确定设计原则为:

(1)确保地面建筑物、市政管线和现场施工人员的安全。设计方案要进行爆破振动安全计算,要严格按照《爆破安全规程》GB6722-2003进行设计和施工,要有具体的安全施工措施。

(2)采用联合布置大直径中空孔,台阶分部开挖、预裂爆破等方法尽可能多的创造爆破临空面,有效降低爆破振动对保护目标的有害影响。

(3)通过降低掘进进尺、增加钻眼数量,控制爆破规模等措施,控制单孔装药量和最大单段起爆药量,使有限的装药量均匀地分布在被爆岩体中,从而将地面控制点的爆破振动速度控制在2cm/s以内。

(4)根据隧道所处围岩比较坚硬的特点,采用横分纵错一次起爆分部延时爆破技术。也就是将隧道的横断面分成若干部分,各部分之间大时差孔外延时,每一部分内毫秒延时,一次点火起爆。通过将各部分在纵向错开一定距离来增加有效临空面,提高孔外延时爆破的可靠性。对软弱岩层采用缩短错开距离,及时支护等手段,保证顶板安全。

(5)对设计确定的钻爆参数进行现场爆破试验和爆破振动监测,以取得合理的爆破参数。爆破参数应根据地质地形条件、地面建筑物、地下管线、保护岩柱的具体情况,结合爆破振动监测结果,适时调整、动态管理。

(6)根据隧道埋深、围岩地质、爆破振动控制要求以及爆心与建筑物基础的空间关系等情况,对钻爆设计与爆破施工进行分级管理。本设计将隧道左右线里程K4+780.51~K4+980开挖段分为一级爆区和二级爆区两个爆区。其中,一级爆区是指隧道下穿建筑,且隧道拱顶距建筑物基础的最小距离小于10m或隧道围岩级别为Ⅳ、Ⅴ级的爆破区域。二级爆区是指隧道不下穿建筑物,隧道拱顶距建筑物基础的最小距离大于10m且围岩级别为Ⅰ~Ⅲ级的爆破区域。在本设计中,一级爆区的里程范围包括,左线K4+780.51~K4+980,右线K4+780.51~K4+958。该区段下穿主要建筑物有,伊美尔整形医院、青岛疗养区供应公司(如家快捷酒店)、湛山路3号民房、济军一疗理发店和济军第一疗养院口腔科。隧道断面类型有A4、C1、A2、A3。二级爆区的里程范围包括,右线K4+958~K4+980。该区段没有下穿建筑物,隧道断面类型为A10。针对不同的爆区和断面,采用不同的钻爆设计。

3 爆破振动对地面建筑物的安全验算

目前我国对地面建筑物的爆破振动判据,采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率。安全允许标准如表4-1。本工程所用浅孔爆破的主振频率在40Hz~100Hz之间。

表4-1 爆破振动安全允许标准

根据表4-1选取建筑物安全允许振速时,应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素。 对于省级以上(含省级)重点保护古建筑与古迹的安全允许振速,应经专家论证选取,并报相应文物管理部门批准。对于非挡水新浇大体积混凝土的安全充许振速,可按表4-1给出的上限值选取。

(1)一级爆区振动验算

一级爆区的上方建筑物有伊美尔整形医院、青岛疗养区供应公司(如家快捷酒店)、湛山路3号民房、济军一疗理发店和济军第一疗养院口腔科。其中,伊美尔整形医院和如家酒店建于2004年,砖混结构,毛条石基础。隧道拱顶至该建筑物基础底部最小距离为5m。湛山路3号民房、济军一疗理发店和济军第一疗养院口腔科,建于上世纪四五十年代,建筑物结构老化严重,抗振能力较差。一级爆区上部地层包括素填土、粉质粘土、强风化花岗岩、中风化花岗岩和微风化花岗岩。以中风化花岗岩计算,取K=200,α=1.65。根据工程经验,掏槽爆破时产生的振动最大。对于一级爆区,5种爆破方案中掏槽眼单段最大起爆药量Qmax = 0.075kg,爆心距如家酒店基础底部最小距离约为7.2m。根据萨道夫斯基公式得出爆破振速为:

V=K(Q1/3/R)α=200( )1.65=1.85cm/s<2cm/s

式中 K-场地系数

α-衰减系数

Q-单段最大装药量

R-测点与爆破位置距离

对于一级爆区,5种爆破方案中掏槽眼单段最大起爆药量Qmax = 0.075kg,爆心距湛山路3号民房和济军一疗理发店基础底部最小距离约为11.7m。根据萨道夫斯基公式得出爆破振速为:

V=K(Q1/3/R)α=200×( )1.65=0.83cm/s<1.5cm/s

一级爆区的5种爆破方案对地面建筑物产生的振动均小于2 cm/s,符合《爆破安全规程》的振动控制要求。

(2)二级爆区振动验算

二级爆区隧道拱顶距最近建筑物基础的最小距离距离最小为14m,地质主要为微风化和中风化花岗岩。济军第一疗养院口腔科为上世纪五十年代砖混结构、毛石条基础。本工程的场地系数按K=150,α=1.5。根据工程经验,掏槽爆破对地表质点振动最大。本设计方案A掏槽最大单段起爆药量Qmax = 0.2kg,爆心距离建筑物基础最小距离为16m。根据萨道夫斯基公式得出爆破振速为:

V=K(Q1/3/R)α=150( )1.5=1.05cm/s<2cm/s

爆破方案B掏槽最大单段起爆药量Qmax = 0.4kg,爆心距离建筑物基础最小距离为16m。根据萨道夫斯基公式得出爆破振速为:

V=K(Q1/3/R)α=150( )1. 5=1.57cm/s<2cm/s

二级爆区的A、B两套爆破方案对地面建筑物产生的振动均小于2 cm/s,符合《爆破安全规程》的振动控制要求。

参考文献

[1]《青岛市地铁一期工程(3号线)施工设计技术要求》(试行版)2010年6月。

[2]青岛市地铁一期工程(3号线)施工图设计第四篇区间工程,第五册太平角公园站~湛山站区间,第二分册《区间主体结构及杂散电流防护设计图》。

[3]《青岛市地铁一期工程(3号线)施工设计文件编制统一规定》(试行版),北京城建设计研究总院。

[4]《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)。

[5]《锚杆喷射混凝土支护规范》(GB50086-2001)。

[6]《爆破安全规程》(GB6722-2003)。

[7]《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121-2007)。

注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。