大型建筑基坑临近施工塔吊区域石方爆破振动控制方法

马海鹏,易建坤,史海兵,王毅凡,李启月,陈 冠,李维成

（1.湖南铁军工程建设有限公司，湖南 长沙 410116；2.中南大学 资安学院，湖南 长沙 410083；3.湖南省建筑工程集团，湖南 长沙 410009）

0 前 言

长沙绿色安全食品交易中心一期工程项目场地基础（承台）基坑石方爆破开挖工程主体部分为一在现有场地标高下再下挖约2.5 m的大型L形基坑，合计方量一万余方。基坑爆破区域北侧250 m处为粮油放心检测中心，东北角300 m处为湖南省粮食集团有限责任公司办公楼；爆区东侧边沿紧挨高度约8 m已支护的岩石边坡，高边坡东侧分布多排建设施工方湖南建工集团项目部板房，最近板房距爆区约100 m；正南120 m处为安顺路；东南方向路南300 m处为一民房，西南方向250 m处为一民房，100 m处为通讯基站，如图1所示。为确保项目整体进度，施工区域及附近已有桩基施工设备与队伍进场施工。故整个施工区域内及附近的施工设备与人员也较多，现场情况较复杂。特别是“L”型爆区西边沿偏南有9号塔吊,西北角有8号塔吊距离爆区边沿43 m，临近爆破开挖时产生的爆破振动对高耸结构的塔吊安全性将会产生影响。如何控制临近爆破开挖区域距塔吊的最小振动安全距离，控制爆破振动水平以确保塔吊的安全性是本项目需要进行专门研究的内容。

1 基坑爆破开挖区域爆破振动规律试验研究

要获得临近爆破对施工塔吊产生爆破振动的控制方法，需首先了解基坑爆破开挖区域岩石爆破振动规律。爆破振动规律除与岩石特性有关外，还与基坑开挖区域岩体结构特点、地形特征等现场因素有关。本基坑开挖区域以中风化花岗岩为主，块状结构，节理裂隙较发育，ROD=70～80，岩体基本质量等级为 III级。开挖区域爆破振动规律通过多次爆破试验测试获得。

图1 基坑口部支撑结构和岩石开挖前状况

1.1 试验方案

由于9号塔吊是爆炸开挖过程中有关爆破振动控制的重点对象，故在进行爆破振动规律试验时，振动测试点布置均设置在试验炮孔（爆源）和9号塔吊位置连线上，如图2所示。试验炮孔根据爆区的实际情况和拟定的爆破分区和开挖推进方案有针对性的设置不同位置，炮孔装药量也根据类似爆破工程经验和设计方案选择几种不同装药量。爆破振动测试使用Blastmate Pro6高级振动和过压监测仪[1]和NUBOX-8016爆破振动智能监测仪两种振动监测仪器进行监测。

图2 试验布置

1.2 试验结果与分析

试验获得多组不同试爆药量条件下距爆源不同距离测点爆破振动测试数据，部分测试数据如表1所示，部分测试点爆破振动波形如图3所示。

图3 试爆药量3.2 kg（距爆源32.3 m处）测点振动波形

表1 多次试爆爆破振动测试数据

在基坑开挖区域测得的多组爆破振动试验数据基础上，根据萨道夫爆破振动速度公式进行回归分析[2]。

式中，R为测点距爆源直线距离，m；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，kg；V为测点质点振速，cm/s。

爆破振动速度随着比例距离的变化规律如图 4所示。

图4 爆破振动回归散点图及曲线

2 塔吊爆破振动控制

2.1 爆破参数选取

本项目基坑开挖位于城镇环境，故整体上采用浅孔台阶控制爆破开挖方案，依据现场实际条件和以往类似工程经验，选取爆破参数如下：

（1）孔径D：D=38 mm；

（2）台阶高度H：H=2.5 m；

（3）最小抵抗线W：W=(0.4～1.0)H，取1.0 m；

（4）炮孔超深h：h=(0.1～0.15)H，取0.3 m；

（5）炮孔深度L：L=H+h=2.8 m；

（6）孔距a：a=(1.0～2.0)W，取1.3 m；

（7）排距b：b=(0.50～0.9)a，取1.0 m；

（8）单位耗药量q=0.5 kg/m³；

（9）单孔装药量：Q=qaWH=1.625 kg。

为尽量降低9号塔吊爆破振动水平，随着爆源距9号塔吊距离的变近，可将起爆方式调整为逐孔连接，单孔单响的方式，将单段起爆药量降至最低，即1.625 kg。

2.2 9号塔吊的爆破振动安全分析

9号塔吊位于本项目基坑爆破开挖区西南角，距爆区最近，故爆破振动对9号塔吊影响最大，但目前爆破振动对塔吊安全性影响并没明确评价标准。现有爆破安全规程[2]对塔吊这类高耸结构物的爆破振动允许质点振动速度未作出明确规定。文献[3]视塔吊的抗震烈度设计为 VI，对应的爆破振动允许质点振动速度按3～5 cm/s进行安全评估。为确保绝对安全，本项目将塔吊按一般民用建筑物处理，其允许质点振动速度按1.5 cm/s标准进行安全评估。

依据多次试爆所获得的适用于本基坑实际的爆破振动速度公式（1），取Q=1.625 kg（单孔单响）、V=1.5 cm/s代入式（1），可反推计算安全距离R=18.4 m。取Q=3.25 kg（两孔一响）、 V=1.5 cm/s代入式（1），可反推计算安全距离R=23.2 m。

故按上述最大允许振动速度1.5 cm/s，单段药量1.625 kg时，只要爆区距塔吊距离不小于18.4 m，即可认为爆破振动对塔吊的安全是不会产生影响的。

2.3 9号塔吊的爆破振动控制专项措施

通过上述单段最大药量为1.625 kg条件下的9号塔吊爆破振动安全分析可知，要确保临近爆破对9号塔吊安全性无影响，控制爆破振动水平，需从以下几个方面采取具体专项措施：

（1）爆源距塔吊直线距离不小23 m时，爆破可采用双孔一响的微差起爆方式；爆源距塔吊距离大于18 m小于23 m时，爆破采用单孔单响的微差起爆方式；

（2）在距塔吊18 m内的周边用潜孔钻在爆源与塔吊位置连线垂直方向设置一排减振孔或利用机械破除方式开凿减振沟；

（3）在爆源与塔吊连线上设置爆破振动监测点，对塔吊实施全过程爆破振动监测；

（3）监测结果超标时，及时降低炸药单耗和单孔装药量；

（4）塔吊18 m范围内石方采用膨胀剂、劈裂棒结合破碎锤的综合开挖方式进行开挖。

2.4 塔吊爆破振动控制效果监测与分析

为确保9号塔吊在爆破开挖过程中的爆破振动安全，检验爆破振动控制措施的有效性，对9号塔吊实施全程爆破振动监测。监测方案为在塔吊基座上和附近沿塔吊与爆源连线方向设置多个监测点，如图5所示。

多次监测结果均表明，通过采用上述多种振动控制措施与方法，临近爆破对9号塔吊的爆破振动水平始终控制在1.5 cm/s以下。其中表2为爆源距塔吊直线距离为29.6 m时，采用双孔一响的爆破方式对9号塔吊产生爆破振动的实际监测结果。表2中监测结果与按式（1）计算结果的对比可知，监测点实测振动水平大多数较计算值低，这表明所采取的设置减振沟、减振孔等控制措施起到了一定的作用。

图5 9 号塔吊监测方案

表2 某次爆破九号塔吊振动监测结果

3 结 论

本文对长沙绿色食品交易中心基础基坑石方爆破开挖区域的石方爆破振动规律进行了试验研究，获得了符合本基坑开挖区域实际条件的爆破振动速度计算公式。以此为基础，结合浅孔台阶控制爆破参数，分析了9号塔吊爆破振动安全性，提出了爆破振动综合控制措施。多次爆破振动监测数据表明临近爆破对塔吊产生的爆破振动始终在控制水平以下，振动控制综合措施是有效的。但如塔吊此类高耸结构物的爆破振动安全评价标准的确定还需要进一步研究。