何 闖

(山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590)

基于薩道夫斯基公式回歸擬合的下臺階爆破參數(shù)優(yōu)化

何 闖

(山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590)

以青島地鐵2號線某車站右線TBM始發(fā)導(dǎo)洞近接建筑物爆破施工為背景，通過對地表爆破振動(dòng)速度的同步監(jiān)測，回歸擬合了導(dǎo)洞下臺階的場地系數(shù)K和衰減系數(shù)α，進(jìn)而優(yōu)化了原爆破方案，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。

下臺階；場地系數(shù)；衰減系數(shù)；爆破振動(dòng)；爆破參數(shù)；隧道

地鐵隧道采用鉆爆法施工時(shí)，爆破施工產(chǎn)生的振動(dòng)可能會(huì)對其近接建筑物帶來墻體開裂等破壞，給施工安全帶來極大的挑戰(zhàn)。如何在確保建筑物安全的情況下，控制爆破振動(dòng)，提高施工效率，成為國內(nèi)外學(xué)者亟需解決的難題。采用臺階法施工時(shí)，由于下臺階距離地表建筑較遠(yuǎn)且存在上臺階爆破形成的空腔，故下臺階的爆破振動(dòng)易于控制。因此，國內(nèi)外學(xué)者對下臺階的爆破參數(shù)研究較少，造成下臺階爆破施工可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少[1-2]。本文以青島地鐵2號線某車站右線TBM始發(fā)導(dǎo)洞近接建筑物爆破施工為背景，對下臺階爆破參數(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

右線TBM始發(fā)導(dǎo)洞位于車站主體南側(cè)，1號風(fēng)道與車站主體交叉處，總長30.1 m。圍巖等級Ⅳ～Ⅴ級，采用上下臺階施工。導(dǎo)洞上覆巖層厚度約17 m，導(dǎo)洞西南側(cè)6.52 m為某大酒店10層樓，要求振速控制在1.5 cm/s以內(nèi)；導(dǎo)洞東南側(cè)28.1 m為某7層居民樓，要求振速控制在0.5 cm/s以內(nèi)。施工現(xiàn)場雷管采用第一系列毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，炸藥采用2號巖石乳化炸藥。共安置4個(gè)測點(diǎn)，采用TC-4850測振儀監(jiān)測振速。

2 下臺階試驗(yàn)爆破方案

下臺階試驗(yàn)了3種爆破方案。3種爆破方案炮孔間排距、炮孔個(gè)數(shù)、起爆網(wǎng)路、雷管段別等爆破參數(shù)不變，只對炮孔深度和單孔裝藥量進(jìn)行調(diào)整。下臺階開挖斷面長7.8 m，高3.9 m，斷面面積24.79 m2。輔助孔間距0.800～0.825 m，排距0.65 m；周邊孔及底板孔間距均為0.58 m。3種方案的炮孔個(gè)數(shù)均為45個(gè)，比鉆孔數(shù)為1.82個(gè)/m2，雷管均為50發(fā)。下臺階炮孔布置見圖1。圖中阿拉伯?dāng)?shù)字除標(biāo)注參數(shù)外，其他均代表雷管段別，羅馬數(shù)字代表同一爆破炮次中不同起爆區(qū)域。

圖1 下臺階炮孔布置(單位：mm)

方案一：炮孔深度均為1.6 m；輔助孔及底板孔單孔裝藥量均為0.4 kg，周邊孔單孔裝藥量0.3 kg，單段最大起爆藥量1.2 kg；共用炸藥17.2 kg。爆破循環(huán)進(jìn)尺1.5 m，炸藥雷管單耗分別為0.46 kg/m3、2.02發(fā)/m3。

方案二：炮孔深度均為2.2 m；輔助孔及底板孔單孔裝藥量均為0.6 kg，周邊孔單孔裝藥量0.45 kg，單段最大起爆藥量1.8 kg；共用炸藥25.8 kg。爆破循環(huán)進(jìn)尺2.0 m，炸藥雷管單耗分別為0.52 kg/m3、1.01發(fā)/m3。

方案三：炮孔深度均為1.8 m；輔助孔及底板孔單孔裝藥量均為0.45 kg，周邊孔單孔裝藥量0.40 kg，單段最大起爆藥量1.35 kg；共用炸藥19.85 kg。爆破循環(huán)進(jìn)尺1.7 m，炸藥雷管單耗分別為0.47 kg/m3、1.12發(fā)/m3。

3 爆破振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

下臺階采用3種不同的爆破方案共進(jìn)行了6個(gè)爆破循環(huán)的試驗(yàn)。4臺測振儀共獲得爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)24組，從中選取10組有效的典型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用爆破測振儀的配套軟件Blasting vibration analysis提取下臺階最大爆破振速及其出現(xiàn)時(shí)間、對應(yīng)位置、炮孔深度等爆破參數(shù)，見表1。

表1 下臺階振動(dòng)數(shù)據(jù)

本文采用最小二乘法對薩道夫斯基公式回歸變換[3]。

(1)

式中：v為保護(hù)對象所在地質(zhì)點(diǎn)振速(cm/s)；R為爆源與需要保護(hù)的建筑物之間的距離(m)；Q為單段最大起爆藥量(kg)。K、α為場地系數(shù)和衰減指數(shù)。

最后，采用相關(guān)系數(shù)Rx對K、α回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。對給定的顯著性水平α，當(dāng)|Rx|>C(C為常數(shù)，可查表取得)時(shí)，線性相關(guān)；否則線性不相關(guān)。取顯著性水平α=0.005，通過查相關(guān)系數(shù)臨界值表，可得C=0.80。

將表1中數(shù)據(jù)通過最小二乘法進(jìn)行線性擬合回歸。結(jié)果見圖2。

圖2 下臺階振動(dòng)速度回歸

計(jì)算得：K=59.29，α=1.624。樣本的相關(guān)系數(shù)Rx=0.96，大于C=0.80，線性關(guān)系非常顯著。薩道夫斯基公式為：

(2)

4 下臺階爆破參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)下臺階擬合回歸的場地系數(shù)K和衰減系數(shù)α，基于原爆破方案的炮孔間排距計(jì)算出單段最大允許起爆藥量達(dá)7.6kg。因此下臺階參數(shù)調(diào)整空間極大，對下臺階爆破方案優(yōu)化如下：

(1)爆破進(jìn)尺定為2.1m，根據(jù)工程前期炮孔利用率，將炮孔深度調(diào)整為2.3m。

(2)降低原爆破方案的比鉆孔。首排輔助孔距離上自由面間距增大至1.5m，炮孔間距為1.11～1.03m，炮孔排距為0.62～0.75m，周邊孔間距為0.775～0.90m。

(3)考慮到炮孔間排距增大，場地系數(shù)K和衰減系數(shù)α較原爆破方案可能變大，為減小爆破振動(dòng)，下臺階周邊孔單孔裝藥量為0.6kg，其他炮孔單孔裝藥量為0.7kg，單段最大起爆藥量定為1.4kg。優(yōu)化后下臺階炮孔布置見圖3，爆破參數(shù)見表2。

圖3 優(yōu)化后下臺階炮孔布置(單位：mm)

表2 優(yōu)化后下臺階爆破參數(shù)

5 結(jié)束語

使用優(yōu)化后爆破方案，進(jìn)行了8個(gè)循環(huán)爆破施工，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果：

(1)大酒店、居民樓的爆破振動(dòng)速度最大值分別為0.70 cm/s、0.35 cm/s，雖然較原爆破方案二有所提高，但均小于設(shè)計(jì)要求的爆破振動(dòng)速度。

(2)下臺階爆破進(jìn)尺較原爆破方案二提高5%。

(3)下臺階比鉆孔、炸藥單耗、雷管單耗較原爆破方案二分別降低33.52%、25%、33.66%。

(4)下臺階每爆破循環(huán)總用時(shí)較原方案二降低29.6%。其經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)對比

[1]楊 慶,王海亮,王軍濤.城市硬巖隧道下穿磚木結(jié)構(gòu)建筑爆破控制技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2014,51(1)：199-202

[2]王仁濤,王成虎,江英豪.等.青島地鐵太延區(qū)間爆破振動(dòng)控制及影響評價(jià)[J].爆破,2015,32(3)：139-145

[3]王路杰，王海亮.淺埋隧道爆破振動(dòng)衰減系數(shù)K、α值的回歸分析[J].國防交通工程與技術(shù)，2016，14(4)：48-51

On the Optimization of the Blasting Parameters for Lower Benches by Means of the Regression of Sadov's Formula

HE Chuang

(Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control，Shandong University of Science & Technology，Qingdao 266590，China)

With the TBM-started heading tunnel of the right line of a certain subway station of Line 2 of the Qingdao Subway close to the blasting site for an existing building as the background,through monitoring of blasting vibration velocity,both the site coefficient and the attenuation coefficient of the lower bench of the heading tunnel are regressed and simulated by means of synchronously monitoring the velocity of the ground blasting vibration,upon the basis of which the original blasting schemeis optimized,with remarkable economic and technical effects obtained.

Lower bench;site coefficient;attenuation coefficient;blasting vibration;blasting parameters;tunnel

2016-06-23

山東科技大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(YC150304)

何 闖(1990—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)樗?巷)道爆破、隧(巷)道支護(hù)等。584650078@qq.com

10.13219/j.gjgyat.2016.06.016

U455.41

A

1672-3953(2016)06-0061-03