地鐵基坑爆破開挖對車站結構的影響及藥量的控制

操抗 祝李京 秦毅 章凱 肖帥

地鐵基坑在進行爆破施工時，合理地控制藥量能減少爆破對車站結構以及周圍建（構）筑物的影響，保證施工的安全，本文依托成都某地鐵基坑爆破開挖為例，基坑采取分層臺階的松動微差爆破進行石方開挖，根據現場監測情況，合理調整爆破參數，經過多次數據擬合，對爆破藥量進行控制，從而減小爆破對車站結構的影響，盡可能避免了爆破施工的安全隱患。為后期同等地質條件下爆破施工積累經驗。

一、工程概況

車站為地下兩層12m島式站臺車站，兩層單柱雙跨（局部雙柱三跨），標準段寬度為21.5m，全長340.40m。車站基坑開挖深度約為16.9～24.1m，基坑寬度約為21.3～68.4m，結構頂板覆土厚度約為3.5m。車站采用明挖法施工。車站基坑開挖采用三種支護方式，分別為邊坡錨固支護、樁+內支撐支護和樁+錨索支護。此次爆破松動的石方范圍：車站大里程ZDK67+792.590—ZDK67+592.590，約200m的長度，剩余石方深度約10m，共約5萬方，所需爆破處為中等風化泥巖、砂巖。屬下伏基巖為白堊系上統灌口組（K2g）泥巖、白堊系上統夾關組（K2j）泥巖和砂巖，

二、爆破方案

考慮到環境條件的特殊性，總體方案選擇實施淺孔松動爆破，采取分層臺階的松動微差爆破進行石方開挖，臨近支護樁處預留1.5m距離，此部位土方采用機械配合開挖。嚴格控制好單孔裝藥量和一次齊爆的最大用藥量，參照《爆破安全規程》（GB6722—2014）爆破震動安全允許標準的規定，將爆破振速值控制在規范允許的范圍內。嚴格控制地震波、飛石、空氣沖擊波對臨近的基坑邊坡、支護樁及周圍各種需保護設施的危害。

三、監測方案

采用Blast-UM型爆破測振儀，對基坑周圍車站結構進行爆破振動監測。在爆破點上方同一斷面不同距離布設多個監測點，進行多次監測。根據每次爆破位置的不同，采集多組監測數據，進行整體數據回歸分析，計算出α和k值，用薩道夫斯基公式對振速預測，再與實際數據對比分析，給出爆破藥量控制值，控制爆破藥量，減少爆破擾動。

四、監測結果分析

爆破對不同建（構）筑物、設施設備和其他保護對象的震動影響，采用《爆破安全規程》（GB6722-2014）13.2.2條表2《爆破振動安全允許標準》的規定值作為允許標準，現場按照現場新澆大體積混凝土（C20）：齡期：7d～28d的標準控制，在 7.0～12cm/s 的標準規定范圍內為可控范圍值。

采用薩達夫斯基公式： 對各項參數進行擬合，以垂直振動峰值數據為參考標準，帶入藥量Q（kg）、距離R（m）、速度V（cm/s）進行參數擬合，為防止數據局限性，我們對不同藥量，不同距離的情況進行多次監測，計算出α=2.51、k=357.62。從實測數據看出，實測主頻率速度V與藥量Q、距離R之間的關系如下圖所示；

分析：

本文監測數據中爆破藥量以：60kg、72kg、120kg、140kg、150kg、160kg、180kg為例；爆心距在20～30m之間：

1.測得所有數據中爆破藥量在60kg、72kg、120kg時，基坑范圍之外所有測點均為超出標準范圍；

2.測得所有數據中爆破藥量在140kg、150kg、160kg、180kg時，基坑范圍之外所有測點70%超出標準范圍，20%接近12cm/s，10%接近7cm/s；

3.將所測數據代入專門計算軟件中，進行薩達夫斯基公式進行推算擬合，得出藥量Q與振動速度V的線性變化關系；

4.因基坑目前深度約為20 m，故以20 m為最小距離值，7.0～12cm/s為標準規定范圍，故確定最大控制值12cm/s，計算得出最大爆破藥量約為138kg。

五、振數預測

1.根據參數擬合值/初始值α=2.51、k=357.62，代入薩達夫斯基公式： 進行振數預測，確定以最小距離20m，確定藥量變化范圍60kg～160kg，預測藥量Q與速度V之間的關系如下圖所示；具體預測數據列表如下表；

根據預測圖表，結合實測數據進行對比分析：

（1）當爆破藥量在60kg、72kg時，實測數據比預測數據相對較??；

（2）當爆破藥量在120kg、140kg、150kg時，實測數據與預測數據較為接近；

（3）當爆破藥量在160kg、180kg時，實測數據比預測數據相對較大。

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2.根據參數擬合值/初始值α=2.51、k=357.62，代入薩達夫斯基公式： 進行振數預測，確定藥量Q=138kg，距離R變量范圍20m～60m，預測距離R與速度V之間的關系如下圖所示；具體預測數據列表如下表；

根據預測圖表，結合實測數據（140kg）進行對比分析：

（1）當距離在20m時，實測數據與預測數據十分接近；

（2）當距離在25～35m時，實測數據比預測數據偏大；

（3）當距離在35～60m時，實測數據比預測數據偏小。

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六、結語

基坑爆破開挖過程中，爆破振動對車站結構及周邊環境影響極大，爆破振動監測尤為重要，且爆破振動主頻離散性較大，需要大量監測數據來進行分析，進而對爆破藥量進行動態調整。根據起爆藥量、爆心距離以及主頻速度，在安全距離以內，利用薩達夫斯基公式進行推算、模擬，利用科學的方法來引導爆破，達到安全可控的目的。