基于萨道夫斯基公式回归拟合的下台阶爆破参数优化

何 闯

(山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建教育部重点实验室，山东 青岛 266590)

基于萨道夫斯基公式回归拟合的下台阶爆破参数优化

何 闯

(山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建教育部重点实验室，山东 青岛 266590)

以青岛地铁2号线某车站右线TBM始发导洞近接建筑物爆破施工为背景，通过对地表爆破振动速度的同步监测，回归拟合了导洞下台阶的场地系数K和衰减系数α，进而优化了原爆破方案，取得了显著的经济技术效果。

下台阶；场地系数；衰减系数；爆破振动；爆破参数；隧道

地铁隧道采用钻爆法施工时，爆破施工产生的振动可能会对其近接建筑物带来墙体开裂等破坏，给施工安全带来极大的挑战。如何在确保建筑物安全的情况下，控制爆破振动，提高施工效率，成为国内外学者亟需解决的难题。采用台阶法施工时，由于下台阶距离地表建筑较远且存在上台阶爆破形成的空腔，故下台阶的爆破振动易于控制。因此，国内外学者对下台阶的爆破参数研究较少，造成下台阶爆破施工可借鉴的经验较少[1-2]。本文以青岛地铁2号线某车站右线TBM始发导洞近接建筑物爆破施工为背景，对下台阶爆破参数进行研究。

1 工程概况

右线TBM始发导洞位于车站主体南侧，1号风道与车站主体交叉处，总长30.1 m。围岩等级Ⅳ～Ⅴ级，采用上下台阶施工。导洞上覆岩层厚度约17 m，导洞西南侧6.52 m为某大酒店10层楼，要求振速控制在1.5 cm/s以内；导洞东南侧28.1 m为某7层居民楼，要求振速控制在0.5 cm/s以内。施工现场雷管采用第一系列毫秒延期导爆管雷管，炸药采用2号岩石乳化炸药。共安置4个测点，采用TC-4850测振仪监测振速。

2 下台阶试验爆破方案

下台阶试验了3种爆破方案。3种爆破方案炮孔间排距、炮孔个数、起爆网路、雷管段别等爆破参数不变，只对炮孔深度和单孔装药量进行调整。下台阶开挖断面长7.8 m，高3.9 m，断面面积24.79 m2。辅助孔间距0.800～0.825 m，排距0.65 m；周边孔及底板孔间距均为0.58 m。3种方案的炮孔个数均为45个，比钻孔数为1.82个/m2，雷管均为50发。下台阶炮孔布置见图1。图中阿拉伯数字除标注参数外，其他均代表雷管段别，罗马数字代表同一爆破炮次中不同起爆区域。

图1 下台阶炮孔布置(单位：mm)

方案一：炮孔深度均为1.6 m；辅助孔及底板孔单孔装药量均为0.4 kg，周边孔单孔装药量0.3 kg，单段最大起爆药量1.2 kg；共用炸药17.2 kg。爆破循环进尺1.5 m，炸药雷管单耗分别为0.46 kg/m3、2.02发/m3。

方案二：炮孔深度均为2.2 m；辅助孔及底板孔单孔装药量均为0.6 kg，周边孔单孔装药量0.45 kg，单段最大起爆药量1.8 kg；共用炸药25.8 kg。爆破循环进尺2.0 m，炸药雷管单耗分别为0.52 kg/m3、1.01发/m3。

方案三：炮孔深度均为1.8 m；辅助孔及底板孔单孔装药量均为0.45 kg，周边孔单孔装药量0.40 kg，单段最大起爆药量1.35 kg；共用炸药19.85 kg。爆破循环进尺1.7 m，炸药雷管单耗分别为0.47 kg/m3、1.12发/m3。

3 爆破振动监测数据分析

下台阶采用3种不同的爆破方案共进行了6个爆破循环的试验。4台测振仪共获得爆破振动数据24组，从中选取10组有效的典型数据进行分析。利用爆破测振仪的配套软件Blasting vibration analysis提取下台阶最大爆破振速及其出现时间、对应位置、炮孔深度等爆破参数，见表1。

表1 下台阶振动数据

本文采用最小二乘法对萨道夫斯基公式回归变换[3]。

(1)

式中：v为保护对象所在地质点振速(cm/s)；R为爆源与需要保护的建筑物之间的距离(m)；Q为单段最大起爆药量(kg)。K、α为场地系数和衰减指数。

最后，采用相关系数Rx对K、α回归系数进行显著性检验。对给定的显著性水平α，当|Rx|>C(C为常数，可查表取得)时，线性相关；否则线性不相关。取显著性水平α=0.005，通过查相关系数临界值表，可得C=0.80。

将表1中数据通过最小二乘法进行线性拟合回归。结果见图2。

图2 下台阶振动速度回归

计算得：K=59.29，α=1.624。样本的相关系数Rx=0.96，大于C=0.80，线性关系非常显著。萨道夫斯基公式为：

(2)

4 下台阶爆破参数优化

根据下台阶拟合回归的场地系数K和衰减系数α，基于原爆破方案的炮孔间排距计算出单段最大允许起爆药量达7.6kg。因此下台阶参数调整空间极大，对下台阶爆破方案优化如下：

(1)爆破进尺定为2.1m，根据工程前期炮孔利用率，将炮孔深度调整为2.3m。

(2)降低原爆破方案的比钻孔。首排辅助孔距离上自由面间距增大至1.5m，炮孔间距为1.11～1.03m，炮孔排距为0.62～0.75m，周边孔间距为0.775～0.90m。

(3)考虑到炮孔间排距增大，场地系数K和衰减系数α较原爆破方案可能变大，为减小爆破振动，下台阶周边孔单孔装药量为0.6kg，其他炮孔单孔装药量为0.7kg，单段最大起爆药量定为1.4kg。优化后下台阶炮孔布置见图3，爆破参数见表2。

图3 优化后下台阶炮孔布置(单位：mm)

表2 优化后下台阶爆破参数

5 结束语

使用优化后爆破方案，进行了8个循环爆破施工，取得了显著的经济技术效果：

(1)大酒店、居民楼的爆破振动速度最大值分别为0.70 cm/s、0.35 cm/s，虽然较原爆破方案二有所提高，但均小于设计要求的爆破振动速度。

(2)下台阶爆破进尺较原爆破方案二提高5%。

(3)下台阶比钻孔、炸药单耗、雷管单耗较原爆破方案二分别降低33.52%、25%、33.66%。

(4)下台阶每爆破循环总用时较原方案二降低29.6%。其经济技术参数见表3。

表3 经济技术参数对比

[1]杨 庆,王海亮,王军涛.城市硬岩隧道下穿砖木结构建筑爆破控制技术[J].现代隧道技术,2014,51(1)：199-202

[2]王仁涛,王成虎,江英豪.等.青岛地铁太延区间爆破振动控制及影响评价[J].爆破,2015,32(3)：139-145

[3]王路杰，王海亮.浅埋隧道爆破振动衰减系数K、α值的回归分析[J].国防交通工程与技术，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

山东科技大学研究生科技创新基金项目(YC150304)

何 闯(1990—)，男，硕士研究生，研究方向为隧(巷)道爆破、隧(巷)道支护等。584650078@qq.com

10.13219/j.gjgyat.2016.06.016

U455.41

A

1672-3953(2016)06-0061-03