萨道夫斯基公式在城市地铁爆破施工中的运用

1萨道夫斯基公式在城市地铁爆破施工中的运用陈阳中交一公局三公司重庆轨道交通六号线二期工程BT三标【摘要】重庆市轨道交通六号线二期工程天生站位于重庆市北碚区繁华区域，爆破过程中，最大限度地减少爆破振动对周边建筑物的影响为施工关键所在。本文以天生站施工通道为依托，通过运用萨道夫斯基经验公式，较为准确地推断出侏罗系中统沙溪庙组（J2S）砂岩中K、α值，以确定单段最大炸药量，正确指导爆破施工，成功地控制爆破振动速度进行讨论。关键词萨道夫斯基经验公式振速控制爆破1、工程概况天生站位于北碚区老城天生路下，大致呈南北向布置，车站西南方向和西北方向为西南大学，西面紧邻北碚五一科研所，南面为天生丽街和天生桥农贸市场，东北方向为天生桥小学，附近为梅花山旅游景点。该区域为成熟的老城区，沿街为大量8层居住楼。天生站包括一座地下二层岛式暗挖车站及一条施工通道。车站顶部埋深约16.5m，总长190.85m。施工通道全长343.06m，采用0%～14%的纵坡从车站附近的天生丽街正门马路对面进入车站主巷。施工通道拱顶埋深介于3.5m～17m之间。经钻孔揭示，车站主体、通道穿越的地层为侏罗系中统沙溪庙组沉积岩层，以砂岩和砂质泥岩为主。根据《爆破安全操作规程》以及结合周边环境实际情况，设计爆破振动速度V≤1.5cm/s。图1车站及施工通道与周边主要建筑物关系平面图22、参数确定萨道夫斯基经验公式表明，测点振速与测点距爆破区域距离和单段最大炸药使用量有关，同时与爆破区域地质、爆破方法等因素亦有明显关系，即：V=K(Q1/3/R)α（1）式中K-场地系数α-衰减系数Q-单段最大装药量，KgR-测点与爆破位置距离,m根据《爆破安全操作规程》，不同岩性中K、α值可按表1中取得。爆区不同岩性K、α值表1岩性Kα坚硬岩石50～1501.3～1.5中硬岩石150～2501.5～1.8软岩石250～3501.8～2.0表1中数据为不同硬度围岩K、α取值范围，为了较准确取得K、α值，我们采用成都中科测控有限公司生产的TC-4850爆破测振仪进行了前期爆破试验。通过4次爆破试验，从振动实测波形中共获得了24组Z方向、15组X方向振速资料。根据测点距离、单段炸药用量和实际振速，采取最小二乘原理进行回归分析，得出K、α值。Z方向振速、单段最大药量及距离实测统计表表2振速(cm/s)1.581.071.190.971.031.390.971.020.910.580.790.87Q(Kg)3.62.42.42.02.42.02.02.42.02.02.02.2R(m)14.714.714.714.714.714.714.714.716.216.216.216.2振速(cm/s)0.720.810.691.201.481.281.251.321.491.301.411.29Q(Kg)2.02.02.02.02.82.42.02.02.02.02.02.0R(m)16.216.216.216.21212121212121212X方向振速、单段最大药量及距离实测统计表表3振速(cm/s)3.452.732.592.642.321.321.231.391.361.151.211.34Q(Kg)3.62.42.42.02.42.02.02.02.22.02.02.0R(m)7.87.87.87.87.810.510.510.510.510.510.510.5振速(cm/s)0.470.420.35Q(Kg)2.82.42.03R(m)19.619.619.6图1爆破振动试验确定K、α值图2测点X方向振速波形图图3测点Z方向振速波形图将萨道夫斯基公式变形得：lnv=lnk.ln(Q1/3/R).α设y=lnv,a=lnk，b=α，x=ln(Q1/3/R)，得y=a.b.x。通过3次试爆测出的数据，用最小二乘法原理进行线性回归后，计算得出a、b的数值；求得KZ=90，αZ=1.85；KX=118，αX=2.13；3、萨道夫斯基公式的运用根据以上试验得出的K、α值，我们将其运用在天生站施工通道爆破施工中。每次爆破前，首先确定最近建筑物距离爆破点的的距离，距离的确定可利用施工电子图，以爆破点为圆心，向周围作圆，随着圆半径不断增加，最先与圆重合处即为爆破点距离建筑物最近水平（切向）距离（如下图），同时考虑爆破区域的埋深，作为竖直方向距离。4图4施工通道周边建筑物示意图根据公式，在相同单段装药量情况下，R越大，V值越小。天生站施工通道AK0+112的爆破点距地面建筑物的竖直距离最小仅为5m，取振动速度最大值Vmax=1.5cm/s计算，此处最大单段装药量≤1.2Kg，根据计算设计网络起爆图如下。图5最不利处爆破网络连接图在最不理想情况下，采用机械掏槽，掏槽孔长1m，宽1m，掏槽深度大于炮眼底部50cm，周边眼不装药，作为爆破时减震孔使用。本爆破施工采用1至15段的毫秒延时雷管，为保证最大限度减少单段雷管炸药用量，连线时采用二次延时雷管以进一步延长爆破时间；同时严格控制炮眼深度，炮眼深度不大于1.5m，且单孔炮眼炸药不大于3节（0.2Kg/节），各段位炸药用量如下表AK0+112上台阶爆破雷管、炸药用量表表4序号雷管段位数量（发）单段炸药用量（Kg）备注1121.22321.2建筑物A建筑物D建筑物C建筑物B爆炸点减震孔机械掏槽电雷管53520.84720.85981.2包括两发二次延时雷管61161.2包括两发二次延时雷管71361.281561.2918/1.2二次延时1020/1.2二次延时1122/1.2二次延时1226/1.2二次延时13电雷管114总计3513.6以上炸药网络连接及单段最大炸药用量是在最大振速（1.5cm/s）情况下得出，施工时，采用TC-4850爆破测振仪进行了试验验证，在距爆破区域最近建筑物处测得V平均=1.453cm/s，证明了K、α值基本正确，也证明了萨道夫斯基经验公式在爆破施工中的优越性。为验证公式的正确性，我们又采取相同的装药方式，选择同一个测点，在AK0+200处再次进行试验，此时，爆破区域距测点位置竖直深度为16m，本次测试共获得7个竖向振动波形，其结果如下表：竖直方向振速、单段最大药量及距离实测统计表表5振速(cm/s)0.080.040.020.040.020.050.04Q(Kg)1.21.20.81.21.21.21.2R(m)14.714.714.714.714.714.714.7测试结果再次证明了萨道夫斯基理论公式的正确性。4、结论通过重庆轨道交通六号线二期工程天生站施工通道爆破施工振速试验可以得出：1、萨道夫斯基经验公式具有较强的实用性和参考性，通过前期爆破试验确定好K、α值，在后期施工过程中，只要测出爆破区域与最近建筑物之间的距离便可以通过公式计算出单段最大装药量，从而较为准确地控制爆破最大振速，最大限度地减小了对周边建筑以及群众的影响。2、本施工通道地质条件、水文条件相对单一，通道穿越的地质主要为侏罗系中统沙溪庙组（J2S）沉6积岩，以砂岩为主，岩性较为单一；场地地下水主要为基岩裂隙水，呈裂隙滴水状。前期进行的三次爆破试验均在此种地质、水文条件下进行，因此K、α值不能指导整个车站的施工，当地质条件发生变化时，需要重新进行爆破试验，以重新确定K、α值。同时在地质条件复杂地段，因多次进行试验，并采取最小二乘原理进行回归分析以确定K、α值。3、受岩层走向、节理、层理关系不同，爆破时K、α值在各个方向不尽相同，因此，在前期试验爆破过程中必须充分试验，尽可能准确掌握同种地质条件下X、Y、Z三方向的场地系数和衰减系数。4、本次试验未给出Y方向振速，实际试验过程中，Y方向振速、单段炸药起爆量与测点距爆破点距离亦符合萨道夫斯基经验公式。5、结语目前对于爆破产生的振动传播及衰减规律还未找到一个统一的公式，但是萨道夫经验公式还是能较为准确地反映爆破引起周边建筑物的振动规律。笔者也会继续对此展开深入研究，争取早日找出爆破产生的振动传播及衰减规律的公式。参考文献［1］杜汉清爆破振动衰减规律的现场试验研究［2］李利平，李术才，张庆松等浅埋大跨度隧道施工爆破监测与减振技术岩土力学2008年8月［3］GB6722-2003爆破安全规程［S］北京：中国标准出版社，1986［4］李玉明，倪芝芳.地下工程开挖爆破的地面振动特征［J］岩土力学与工程学，1997，16（3）作者简介:陈阳男1985.05工程学士助理工程师