近距离水下爆破建筑物保护技术.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7 N o ．2 J a n ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 2 ．0 2 9 近距离水下爆破建筑物保护技术 王光辉 中铁隧道集团科研所，洛阳4 7 1 0 0 9 摘要广州生物岛．大学城沉管隧道的干坞坞门拆除时需要水下爆破混凝土连续墙，爆源距离需要保护 的钢封门仅有8 ．1m 。通过理论计算，预先埋设了泡沫板，并设置了减振孔。同时采用微差爆破技术，有效降 低了爆破对封门的振动影响，保障了封门的安全。 关键词水T 爆a t ；近距离；建筑物；保护技术 中图分类号T V 5 4 2 ．5 文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 0 0 2 - 0 1 0 6 0 3 P r o t e c t i o nM e a s u r e so fS h o r tD i s t a n c eB u i l d i n g f r o mU n d e r w a t e rE x p l o s i o n W A N GG u a n g h u i I n s t i t u t eo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，C R T G ，L u o y a n g4 7 1 0 0 9 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o n c r e t ed i a p h r a g mw a l lW S , Sn e e dt ob ed e m o l i s h e d ．W h e nd e m o l i s h i n gt h ed r yd o c kg a t eo fi m m e r s e dt u b et u n n e lf r o mB i o ．i s l a n dt OU n i v e 玛崎T o w ni nG u a n g z h o u ，a n dt h ed i s t a n c e sf r o mb l a s ts o u r c e t ot h ep r o - t e c t e ds t e e lg a t ea l eo n l y8 ．1m ．T h r o u g ht h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n ，t h eb l a s t i n gv i b r a t i o nt Ot h es t e e lg a t eW a se f f e c t i v e l y r e d u c e db ye m b e d d i n gt h ec y s t o s e p i m c n ta n ds h o c kr e l i e fv e n tp r i o ra n dw i t hd e l a yf i r i n gt e c h n o l o g y ，t h e np r o t e c t i n g t h es t e e lg a t es e c u r i t y ． K e yw o r d s u n d e r w a t e re x p l o s i o n ；s h o r td i s t a n c e ；b u i l d i n g ；p r e t e c t i o nt e c h n o l o g y 0 引言1 工程概况 近距离爆破施工时，对工程的可控性和安全性 要求很高，爆破振动不能对重要建筑物造成任何微 小的损坏，必须采取爆破振动控制措施。若控制措 施过于保守，虽可以满足安全生产的要求，但却造成 施工成本的大量增加和施工效率的急剧降低⋯。 因此，针对爆破工程的特点，选择最合适的爆破方法 和减振措施，对爆破工程意义重大。 收稿日期2 0 0 9 一l l 一0 2 作者简介王光辉 1 9 8 0 一 ，男，毕业于西安公路交通大学隧道与地 下工程专业．工程师，主要从事隧道与地下工程施工及科 研工作．E - m a i l w g h 9 9 0 9 1 2 6 ．c o m o 广州生物岛一大学城隧道位于广州市东南部，线 路呈南北走向，中间穿越1 9 1m 宽的官洲河，其轴线 干坞位于官洲河北岸，坞门包括1 排钢管桩及1 道 C 3 0 素混凝土连续墙。在管段预制的同时，施做北 岸暗埋段主体结构，并在钢管桩与北岸暗埋段主体 结构的封门 型钢 钢板 之间回填饱和砂来支撑 坞门。干坞灌水后拆除坞门，封门拆除时要首先爆 破拆除素混凝土连续墙，爆破施工现场环境如图1 ， 待爆连续墙厚8 0C l l t l ，长度2 9 ．4m ，高度2 2 ．8 5 4m ， 与钢封门之间距离仅有8 ．1m 。 万方数据 第2 7 卷第2 期 王光辉近距离水下爆破建筑物保护技术 2 爆炸应力波的传播 炸药在岩土介质中爆炸时，其冲击压力以波动 形式向四外传播，这种波统称为应力波。从岩土中 爆炸的现象可以看到，爆炸应力波的压力是在非常 宽的范围内变化的。从装药附近压力远远超过强度 极限，到装药远处压力低于岩土弹性极限，涉及到冲 击波、塑性波和弹性波3 个作用区，如图2 所示。 官洲河 图I 爆破区环境示意图 F i g ．1 S k e t c ho fd e m o l i t i o nr e g i o ne n v i r o n m e n t ＼冲击波 一共波厂、＼压缩波i一妇一 厂、 ／＼ VV ＼／ 一码X 图2 岩石中爆炸应力渡 F i g ．2 T h es t r e s sw a v ef o rr o c ke x p l o d e s 应力波在传播过程中，遇到不同介质的分界面 时，均要发生反射和透射。波的反射部分和透射部 分的应力波的形状变化取决于不同介质的边界条 件。根据界面连续条件和牛顿第三定律，分界面两 边的质点振动速度相等，应力也相等。 盯i 仃。2 盯t 1 K E K 2 式中，盯和y 分别代表应力和质点振动速度，下角标 的字母i ．r 、t 代表入射、反射和透射波。 假设传播的应力波为纵波，则 K2 而O r i 肛一煮肛意 3 p 1 L P 1 p 】LP 】p 2 乙挖 将式 3 代人式 2 得 而O “ i 一而o - r P 鑫C 4 p l C P lp lC P l2 腔 、。7 将式 4 和 1 联立可得 ／z p 2 C P 2、 O “ t 2O i 【承i 币i J 式中，P ，妒分别表示2 种不同介质的密度，k g ／m 3 ； C P ．、C 眩分别表示2 种不同介质的纵波速度，m ／s 。 设r 云瓦2 p i z 而C e ．z ，r 称为透射系数川。 3 爆破施m 对封门的影响 3 ．1 爆破允许的振动应力 为了保证封门在爆破期间不出现裂缝而漏水， 要求爆破施工期间对封门的冲击强度小于0 ．1 M P a 。素混凝土连续墙爆破时，爆破产生的应力波 需通过钢管桩管壁、水、饱和砂等介质传递到封门， 如图3 所示。爆破产生的应力波中纵波对封门产生 冲击作用，横波产生剪切作用，因此可由封门的冲击 强度要求反推连续墙爆破允许产生的振动应力。 ￡ 辆 霹 图3 爆源与封门间各种介质示意图 F i g ．3 S k e t c ho fm e d i u m sb e t w e e nt h es h o t - p o i n t a n dt h ep r o t e c t e ds t e e lg a t e 各介质密度及纵波在这些介质中的传播速度如 下 1 钢结构密度P 78 5 0k g ／m 3 ，纵波速度c 50 0 0m ／s ； 2 水密度P 10 0 0k g ／m 3 ，纵波速度C 15 0 0 m ／s ； 3 饱和砂密度P 18 0 0k g ／m 3 ，纵波速度c 15 0 0m ／s ； 4 混凝土密度P 24 0 0k g ／m 3 ，纵波速度c 43 0 0m ／s o 因此爆炸应力波 纵波 通过这些介质时的透 射系数分别为 L 2 4 0 0 鱼X4盟300等7‰850X0 0 0 乩5 8 4 ，． - - - - - - - 一≈l 、X △ 1 5 ～⋯ 混凝土到钢时 疋 而0 0 熹X 业0 0 0 等7 ‰8 5 0X0 0 0 地0 7 4 ，． 一≈●l ●l ，d ．z 15l5 一“⋯1 钢到水时 马 两2 万x 78 万5 0 而x5 0 0 丽0 1 ．9 2 6 0 00 0 08 5 050 0 0 ‘3 151 7 。1 ’ 万方数据 1 0 8爆破2 0 1 0 年6 月 水到钢时 瓦熹端等‰o．12918 0 0 1 78 5 00 0 0 ‘4 5 0 0 5 。’ 钢到饱和砂时 瓦 15 0 0 熹1 盟8 0 0 等‰8 5 0X0 0 0 1 ．8 7 1 ～ 75 ⋯‘‘ 饱和砂到钢时 则连续墙爆破产生的应力波 纵波 通过这些介质 到达封门后的透射系数为 T T 1 疋死瓦瓦 1 ．5 8 4 0 ．0 7 4 1 ．9 2 6X0 ．1 2 9 1 ．8 7 1 0 ．0 5 4 考虑爆破时钢管桩反射和透射的削能作用，反 算允许的爆破振动应力为 盯； 等 而0 ．百1 一1 ．8 5 2M P a 盯i 2 了2 五百万2 1 石3 z 眦r a 3 ．2 爆破允许产生的振动速度 由公式 3 计算爆破允许产生的振动速度 盯18 5 20 0 0 0 ．1 7 9m ／s 1 7 ．9c m ／s 3 ．3 允许最大单响爆药量 根据中华人民共和国国家标准爆破安全规 程 G B 6 7 2 2 叫0 0 3 有关规定，采用下式进行确 定允许最大单响药量与允许距离的关系心圳 Q 。。， R 3 警1 式中，R 为爆破点到被保护物之间的距离，I I l ；Q 一为 延时爆破中最大一段单响药量，k g ；‰许为保护对象 所在地质点振动安全允许速度，c m ／s ；K 、a 为与爆破 点至保护对象间地形、地质条件有关的系数和衰减 指数，该处的K ，a 取3 5 0 和2 ．0 。 计算最大单响起爆药量为 Q 眦 8 ．1 3 等 ”2 6 ．1 4 7k g 由此可见，如不采取相关措施，最大单响药量仅 为6 ．1 4 7k g ，而采用这样的最大单响药量，无法保证 爆破效果。 4 封门保护措施 根据工程现场实际情况，考虑在靠近封门处增 加1 道泡沫板墙作为削能措施，如图4 所示。 泡沫板的P 5 0k g ／m 3 ，c 5 0 0m ／s 。则纵波 由饱和砂到泡沫板墙、再到饱和砂的透射系数计算 如下 ．官洲河 6 3 图4 增加泡沫板后爆破区环境不意图 F i g ．4 S k e t c ho fd e m o l i t i o nr e g i o ne n v i r o n m e n ta f t e r e s t a b l i s h m e n t i n gc y s t o s e p i m e n t 瓦 两8 0 0 点里5 0 0 ‰5 0 0 o ．0 1 8 46 ll 5 0 ⋯‘。 乃 j 18 0 0 罱1 堕5 0 0 ‰5 0 0 1 ．9 8 2 ‘7 5 0 ⋯。。 此时连续墙爆破产生的应力波 纵波 通过这 些介质到达封门后的透射系数为 T T 1 疋已正疋死弓 1 ．5 8 4 0 ．0 7 4 1 ．9 2 6 0 ．1 2 9 1 ．8 7 1 0 ．0 1 8 1 ．9 8 2 0 ．0 0 2 则此时的爆破允许振动应力为 O “ i 了O “ 1 丽0 ．1 5 0M P a2 了2 丽2 a 爆破允许振动速度为 口旦善塑嘤坠。4 ．8 4 5m ／s 4 8 4 ．5c m ／s “ 一 一≈ S．_ ’P宴 ’ O c 43 0 0 24 0 0 ‘。⋯。 最大单响起爆药量为 Q 一- 8 ．1 3 等 舢2 _ 8 6 5 ．5 5 3k g 这样的最大单响起爆药量可以满足混凝土连续 墙的爆破要求，所以在实际爆破时提前在靠近封门 处安装1 道泡沫板削能，并在连续墙爆破边缘布置 减振孔，阻碍爆破应力波的传播，从而最大限度的降 低爆破振动对封门的影响。同时结合现场实际采用 微差爆破，严格控制最大单响起爆药量，保证爆破安 全H J 。实际布孑L3 7 个，每孔装药2 1 2k g ，总装药 量3 2 3k g ，最大段别2k g ，装药结构如图5 所示。 囟炸药口填砂物 图5 装药结构示意图 单位m F i g ．5 S k e t c ho fp o w d e rc h a r g es t r u c t u r e u n i t m 由于待爆连续墙在水下，不能直接安装传感器 监测连续墙，因此在坞门两侧的坝顶混凝土基础处 下转第1 1 4 页 万方数据 1 1 4 爆破2 0 1 0 年6 月 石岐山顶花园烂尾楼爆破拆除工程安全警戒方 案、中山市山顶花园爆破工程安全保卫方案、 中山市山顶花园爆破工程安全保卫工作应急处置 预案等，根据现场的实际情况，布置了2 道警戒线 和3 9 个警戒点，并布署了充足的火灾、伤害等意外 突发情况应急处置力量，确保万无一失。 8 妥善安抚爆后受损失居民 爆破产生的飞石对周围个别居民的房屋造成一 定的损害，我们在前期协调工作的基础上及时召开 了受损居民的协调会议，妥善安排房屋受损情况的 鉴定和赔付工作。 9 工作的主要不足 1 前期工作不透明，新闻媒体误导，造成群众 恐慌； 2 施工安排不合理，致使剪力墙过早切割，长 时间不能实施爆破，结构遭受一定破坏的楼房，时刻 威胁着周围居民的安全； 3 天气状况把握不准，装药期间遭遇雷雨天 气，致使1 3 2 个药包受潮未爆； 4 疏散人员引导不力，交通过早封闭，造成爆 区附近大面积拥堵。 参考文献 [ 1 ] 冯叔瑜，吕毅，杨杰昌，等．城市控制爆破[ M ] ．2 版． 北京中国铁道出版社，1 9 9 6 ． [ 2 ] 刘殿中．工程爆破实用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 9 ． [ 3 ] 秦尚文．爆炸物品安全管理[ M ] ．成都四川科学技术 出版社，1 9 8 8 ． 上接第1 0 8 页 布置了2 个监测点，同时在连续墙外侧坝体基础处 ，讳． 布置了1 个测点 见图4 ，现场测点安装如图6 所 。 ’H 恫 示。各测点装上高灵敏度的速度传感器 型号为由于爆源距离要保护的钢封门只有8 ．1m ，必 D J z 2 ．5 c ，爆破地震信号由传感器感应后，由爆 须采取有效降振措施进行保护。本工程在爆破前增 破振动记录仪 型号为I D T S - - 3 8 5 0 自动采集存贮， 加1 道泡沫板墙作为削能措施，并在爆破时采取孔 再由计算机分析处理，测试数据见表1 。 内微差爆破，将单孑L 装药量分为多次起爆以利于保 护封门的安全。同时，在混凝土连续墙爆破边缘布 置减振孔阻碍爆破应力波的传播，从而最大限度地 降低了爆破振动对封门的影响。从实际测试出来的 振动速度及封门实际闭水效果分析，这些减振措施 有效降低了爆破振动对封门的影响，保护了封门，达 到了预定效果。 图6 测点示意图 F i g ．6 S k e t c ho fM e a s u r i n gp o i n t 表1 测试数据 T a b l e 1T e s td a t a 参考文献 [ 1 ] 郭英杰，吕波，付强．城市浅埋暗挖隧道减震控制 爆破施工技术[ J ] ．山西建筑，2 0 0 9 ，3 5 1 1 3 3 1 - 3 3 2 ． [ 2 】尹志政，张家生．地下工程开挖的控制爆破与监测 [ J ] ．西部探矿工程，2 0 0 3 5 8 7 ．8 8 ． [ 3 ] 花树立．复杂环境下城市控制爆破技术[ J ] ．广东科 技，2 0 0 8 1 2 8 1 - 8 4 ． [ 4 ] 徐静波，申明亮．微差挤压爆破在水电工程开挖中的 应用[ J ] ．四川水利，2 0 0 7 2 1 8 - 2 0 ． 万方数据