地铁隧道附近基坑支撑爆破拆除振动安全测试
发布时间:2012-05-25
1 项目概况
 
此次振动测试的主要目的是监测地铁隧道邻近区域的爆破工程对隧道的影响。爆破项目位于上海市繁华商业区之一的淮海中路边上,对3 号地块2A 基坑支撑进行爆破拆除,基坑紧邻地铁1 号线陕西南路站,爆破区域(见图1)距地铁隧道的直线最近距离仅25 米左右。淮海路属重点商业区,地铁1 号线又是极为重要的交通工程,以往类似拆除项目很少采用爆破方式。为了解爆破工程对地铁隧道的振动影响,在隧道内布置监测点,对爆破引起的振动进行三向监测。基坑共有4 道支撑(见图2),为减少爆破对周围建筑及环境的影响,按计划,每道支撑分3 次进行爆破,即共进行4×3=12 次爆破,且爆破时间选择在午夜12 点以后。相应地,在地铁隧道内进行12 次振动测试。根据业主方要求,并参考《爆破安全规程》,爆破引起的质点最大振动速度不宜超过25mm/s。
 

图 1 爆破项目地点:淮海中路百盛附近

 
 
图 2 基坑支撑(加上红色覆盖下面的第3、4 道支撑,共4 道)
 
 
2 测试仪器
 
振动监测设备采用欧美大地仪器设备中国有限公司独家代理的加拿大Instantel 系列振动监测仪,型号选用轻便的MiniMate Plus 型主机+ISEE 型标准三向速度传感器(见图3)。。该设备一只速度传感器可同时监测垂向、切向、径向三个方向振动速度的变化,测试完成后现场仪器即时显示三方向的速度、加速度、位移、矢量和峰值,仪器轻便、重复性好、精度高。
 

图 3 Instantel MiniMate Plus 振动监测仪主机+ISEE 型速度传感器
 

该型号的主要技术参数如下:
 

 

 
 
3 测试时间
 
整个爆破工程首先对基坑底部的第4 道支撑进行爆破拆除,截止到2009 年2 月27 日,基坑第
4 道支撑3 次爆破全部结束,上面剩余的3 道支撑还未爆破。这3 次振动测试的时间分别为:
第 1 次,2009 年2 月17 日(星期二)01 点00 分24 秒
第 2 次,2009 年2 月20 日(星期五)00 点58 分36 秒
第 3 次,2009 年2 月24 日(星期二)00 点58 分51 秒
 
 
4 爆破拆撑区域及现场工作照片
 
振动测试点位于地铁1 号线陕西南路站――常熟路站区间上行线隧道内,三向速度传感器布置于管片上。(见图4)
 
 

图4  振动测试地点及传感器布置位置
 
振动测试具体位置:
 
第 1 次爆破:第4 道支撑东块区域爆破拆除,测点(单点三向)里程为SK8+171.4,位置及工作照片见图5。
 
 
第2 次爆破:第4 道支撑中段区域爆破拆除,测点(单点三向)里程为SK8+139.4,位置及工作照片见图6。
 
第 3 次爆破:进行第四道支撑西段区域爆破拆除,测点(单点三向)里程为SK8+107.4,位置及现场图片图7。
 
图 7 总第3 次爆破支撑拆除范围及现场图片
 
 
5 振动测试波形分析
 
5.1 第1 次爆破(时间2009 年2 月17 日,01 点00 分24 秒)
 
(1)质点振动速度波形记录
 
 
(2)针对爆破产生的振动波形详细分析:
 
对以上三向质点振动速度波形爆破时间段波形放大后如下图所示:
 
切向(东西向)质点振动速度波形爆破时间段波形
 
 
垂向(上下向)质点振动速度波形爆破时间段区域波形
 
径向(南北向)质点振动速度波形爆破时间段区域波形
 
(3)主振频率分析

 

切向(东西向)振动主频为 14.1Hz,垂向(上下向)振动主频为15.8Hz,径向(南北向)振动主频为21.1Hz。
 
5.2 第2 次爆破(2009 年2 月20 日,00 点58 分36 秒)
 
(1)质点振动速度波形记录
 
对以上三向质点振动速度波形爆破时间段波形放大后如下图所示:
 
切向(东西向)质点振动速度波形爆破时间段区域波形
 
垂向(上下向)质点振动速度波形爆破时间段区域波形
 
径向(南北向)质点振动速度波形爆破时间段波形
 
(3)主振频率分析
 
切向(东西向)振动主频为 11.1Hz,垂向(上下向)振动主频为16.3Hz,径向(南北向)振动主频为22.3Hz。
 
 
5.3 第3 次爆破(2009 年2 月24 日,00 点58 分51 秒)
 
(1)质点振动速度波形记录

 
(2)针对爆破产生的振动波形详细分析:
 
对以上三向质点振动速度波形起爆段波形放大后如下图所示:
 
切向(东西向)质点振动速度波形爆破时间段波形
 
 
垂向(上下向)质点振动速度波形爆破时间段波形

 
径向(南北向)质点振动速度波形爆破时间段波形

 
(3)主振频率分析
 
切向(东西向)振动主频为 28.6Hz,垂向(上下向)振动主频为26.2Hz,径向(南北向)振动主频为28.6Hz。
 
6 振动测试结果统计
 


 
 
三次爆破垂向、切向(东西向)、径向(南北向)质点速度峰值统计:

 
三次爆破垂向、切向(东西向)、径向(南北向)主振频率统计:

第1 次爆破垂向、切向(东西向)、径向(南北向)质点速度波峰值频率速度统计(仅取速度>1mm/s 的采样点):
 
第 2 次爆破垂向、切向(东西向)、径向(南北向)质点速度波峰值频率速度统计(仅取速度>1mm/s 的采样点):
 
第3 次爆破垂向、切向(东西向)、径向(南北向)质点速度波峰值频率速度统计(仅取速度:>1mm/s 的采样点):
 
7 结论
 
截止到 2009 年2 月27 日此次基坑拆除爆破的第4 道支撑已爆破完毕,即整个爆破工程完成了1/4,其余的爆破工作将于接下来的3~4 月内完成。就第一阶段的工作可得出以下结论:
 
(1)三次爆破的质点振动速度三方向矢量和峰值*分别为5.07 mm/s、4.67 mm/s、2.44 mm/s,均未超出警戒振动速度25mm/s,可见采取单层支撑分块进行爆破拆除的方法,爆破总体控制程度较好,将爆破振动对地铁隧道环境的影响减少到了一定的程度。
*矢量和峰值= √T 2 +V 2 + L2
这里 T、V、L 分别指切向、垂向、径向质点振动速度峰值。
 
(2)三次爆破垂向、径向(南北向)、切向(东西向)的质点速度峰值总体来说较小,都在4.57mm/s 以内。
 
(3)比较三次爆破三个方向的质点速度峰值,可以看出切向(东西向)峰值最小,在0.635mm/s~0.889 mm/s 之间,垂向、径向(南北向)质点速度峰值相对较大,在2.030mm/s~4.830mm/s 之间。可见,沿地铁区间隧道走向(东西向)受爆破振动影响较小。这与项目实际情况相符,地铁隧道在走向(东西向)上为大的整体结构,该方向产生振动所需要的能力较大,而震源来源于地铁隧
道的切向(南北向)位置。
 
(4)从爆破垂向、切向(东西向)、径向(南北向)质点速度波峰值频率速度统计(仅取速度>1mm/s 的采样点)看,相对来讲,第1 次爆破对隧道的影响最大,第3 次最小。这与爆破区域的大小、装药量都有关系;另外,第1 次爆破拆除区域为全封闭环境,而第2、3 次爆破由于部分区域已爆破拆除完成,封闭稍弱,这可能也是其中的一个原因。
 
 
 
8 思考与建议
 
(1)该项目基坑爆破区域与地铁隧道间有一堵30m 深的地墙,对爆破产生的振动起到了一定的减缓作用。下次可在地墙内区域地表位置加布测点,与隧道内测点进行对比分析,以了解地墙的减振作用及爆破近距离区域的振动情况;另外,还可在附近地表建筑物内布置测点,测试爆破对周围环境的影响。
 
(2)此次基坑第4 道支撑爆破拆除工作分3 次进行,总体来看,对地铁隧道的影响较小。后面可适当增加爆破区域,减少爆破次数,加快工程进度,并同时做好振动安全监测工作。

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