實(shí)施科學(xué)技術(shù)減振 確保地鐵爆破安全可控爆破專家科學(xué)解讀“地鐵爆破那些事”

2012年，青島地鐵一期工程3號(hào)線進(jìn)入施工關(guān)鍵階段。施工期間，將多次穿越大型建筑物。這些建筑物中既有居民社區(qū)，也有公共建筑，還有歷史建筑。那么地下爆破作業(yè)會(huì)給這些建筑帶來(lái)?yè)p害嗎？地鐵施工又是如何確保施工與建筑安全的？如何看待地鐵施工的爆破作業(yè)？青島地鐵礦山法快速施工及振速控制研究課題組主要負(fù)責(zé)人、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）力學(xué)與建筑工程學(xué)院副教授孫強(qiáng)博士，對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了解答。

疑問(wèn)：青島地鐵施工土質(zhì)啥情況？

科學(xué)解讀：地下風(fēng)化花崗巖為主，還有6019米的巖石混合組合，情況多變。

對(duì)于青島地下施工到底是啥條件？是不是全是花崗巖，不是市民也很感興趣。對(duì)此，孫強(qiáng)教授告訴記者：青島地鐵一期工程3號(hào)線沿線主要由強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖等組成。但還有6019米的巖石混合組合（主要由粘土、微風(fēng)化、中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖石混合組成）根據(jù)其不同的工程性狀及質(zhì)量狀態(tài)總體上可分為散體狀、碎裂塊狀、塊狀～整體塊狀三種結(jié)構(gòu)巖體。

比如說(shuō)，青島海軍示范幼兒園地段就是花崗巖全～強(qiáng)風(fēng)化帶，具遇水軟化、崩解特點(diǎn)，巖石中、微風(fēng)化帶，巖質(zhì)堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高。圍巖類別主要為II。而距離不遠(yuǎn)歐人監(jiān)獄舊址就是花崗巖全～強(qiáng)風(fēng)化帶，具遇水軟化崩解特點(diǎn)，巖石中、微風(fēng)化帶，巖質(zhì)堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高。圍巖類別主要為IV。

同一區(qū)域的天后宮則主要分布有煌斑巖、細(xì)粒花崗巖、花崗斑巖巖脈。圍巖等級(jí)出現(xiàn)了為II、IV兩個(gè)級(jí)別。地質(zhì)條件相對(duì)比較復(fù)雜，也給施工帶來(lái)一定困難。

疑問(wèn)：青島地鐵施工為啥選擇爆破法

科學(xué)解讀：結(jié)合青島的實(shí)際地質(zhì)條件，在采用合理的爆破減振技術(shù)條件下青島地鐵采用礦山法施工是合適的。

對(duì)于青島地鐵一期工程為何要選擇爆破法施工？孫教授綜合了目前地鐵施工中的常見(jiàn)的方法，表示目前性價(jià)比最優(yōu)是

盾構(gòu)法：一般主要適用于土層，特別適合淺覆土、不穩(wěn)定地層和有地下水情況，同時(shí)對(duì)周圍環(huán)境及建筑物的影響小。在非常松散的地層或沒(méi)有膠結(jié)的松散土層、塑性或流塑的軟土地層也可以應(yīng)用盾構(gòu)。

掘進(jìn)機(jī)法（TBM）：是利用巖石隧道掘進(jìn)機(jī)在巖石地層挖掘隧道的一種方法。隧道掘進(jìn)機(jī)是一種集掘進(jìn)、除渣、支護(hù)和通風(fēng)等多功能為一體的高效隧道施工機(jī)械，成型好、振動(dòng)小。但要求巖性比較穩(wěn)定，且?guī)r石硬度適中，一次連續(xù)掘進(jìn)距離在6千米以上，其次TBM一次性投資成本較高。

礦山法：是我國(guó)隧道及地下工程設(shè)計(jì)與施工常用方法，它能實(shí)現(xiàn)快速修建，特別是在克服復(fù)雜環(huán)境條件下的快速施工能力上，有很大優(yōu)勢(shì)。礦山法施工不僅適用于硬巖，也適用于軟巖，尤其在長(zhǎng)、大隧道施工中，具有其他施工方法所不具備的優(yōu)勢(shì)。

目前，采用礦山法施工的主要是大連地鐵、青島地鐵，其次是廣州地鐵，深圳地鐵，重慶地鐵等礦山法施工主要是振動(dòng)控制技術(shù)要求高。但是其適用于各類圍巖，開(kāi)挖斷面可以靈活安排,可以采用全斷面一次開(kāi)挖或者分部開(kāi)挖。施工設(shè)備投入小。綜合上述，主要是結(jié)合青島的實(shí)際地質(zhì)條件，在采用合理的爆破減振技術(shù)條件下青島地鐵采用礦山法施工是合適的。

疑問(wèn)：青島地鐵施工有哪些減振措施

科學(xué)解讀：按“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的原則爆破減振

對(duì)于青島地鐵施工中采用了哪些減振措施，孫教授表示，目前我國(guó)城市地下爆破減震控制技術(shù)已比較成熟，對(duì)震波的深度研究也開(kāi)始起步，各地的爆破施工單位都正在積極探索和落實(shí)各類減振措施。

為保證大斷面隧道快速、高效的鉆爆法掘進(jìn)，依據(jù)青島地鐵的實(shí)際線路及減振需要，總的開(kāi)挖以“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的原則開(kāi)展施工工藝設(shè)計(jì)。各地段分別選用短進(jìn)尺的短臺(tái)階法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，并以此開(kāi)展相應(yīng)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。

具體施工過(guò)程中采取了以下減振措施： 1、控制一次起爆的最大藥量,通過(guò)采用微差分段,減小最大起爆藥量,控制地震波強(qiáng)度。 2、從傳播途徑上隔振、減震。在主炮孔與開(kāi)挖邊界之間形成一條預(yù)裂面、預(yù)裂爆破破碎帶，從傳播途徑上減震和消震。 3、采用預(yù)裂爆破、光面爆破等技術(shù)措施減震。 4、根據(jù)地震波的物理特征，對(duì)不同段的地震波進(jìn)行分離，利用相位差進(jìn)行地震波的相互疊加實(shí)現(xiàn)干擾降振。 5、施工過(guò)程全程監(jiān)測(cè),總結(jié)該地具體震動(dòng)衰減規(guī)律，充分利用地形及結(jié)構(gòu)特性。

疑問(wèn)：爆破施工國(guó)家有什么振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

科學(xué)解讀：青島地鐵施工相對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)全都做到比較標(biāo)準(zhǔn)控制更嚴(yán)格，振動(dòng)更小。

既然是爆破施工，必然產(chǎn)生一定振動(dòng)，那么國(guó)家有什么標(biāo)準(zhǔn)嗎？對(duì)此孫教授表示，城市地下爆破振動(dòng)的測(cè)量和振動(dòng)危害的減輕在目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有形成一個(gè)完整的學(xué)科體系. 而且不同國(guó)家對(duì)建筑物的爆破安全震級(jí)的衡量標(biāo)準(zhǔn)基于其構(gòu)筑物質(zhì)量也不相同。我國(guó)有相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而青島地鐵施工由第三方進(jìn)行檢測(cè)，指標(biāo)全都要求做到比較標(biāo)準(zhǔn)控制更嚴(yán)格，振動(dòng)更小。而且，目前我市的地圖工程建設(shè)過(guò)程中，凡涉及穿越到文物、住宅等各類地面建筑時(shí)，都召開(kāi)建筑結(jié)構(gòu)、爆破、文物、環(huán)保等多方專家進(jìn)行科學(xué)論證，以確定具體的施工方案和施工控制指標(biāo)。

《爆破安全規(guī)程》中破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)振動(dòng)頻率為（50~100）Hz時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋[V]=4.2~5.0cm/s。

國(guó)家規(guī)范建筑物振速控制標(biāo)準(zhǔn)

保護(hù)對(duì)象類別 安全允許振速（cm/s） 青島要求（cm/s） <10Hz 10Hz～50Hz 50Hz～100Hz 一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物a 2.0～2.5 2.3～2.8 2.7～3.0 1.5 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋a 3.0～4.0 3.5～4.5 4.2～5.0 2.0 相關(guān)鏈接地下爆破和地震產(chǎn)生的波不是一回事科學(xué)解讀：爆炸波主要是高頻波，持續(xù)時(shí)間短。天然地震波頻率較低，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

一些市民在地鐵爆破施工期間感受到比較強(qiáng)振動(dòng)。孫教授表示，兩種波是不同的。

爆破地震波與天然地震波最大的區(qū)別之一就是頻域特性的差異，天然地震頻率低，一般振動(dòng)主頻在1Hz～10Hz，而爆破震動(dòng)頻率較高，一般爆破振動(dòng)主頻在10Hz～300Hz。

爆破地震與天然地震另一重要區(qū)別在于時(shí)域特征，天然地震振動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，一次振動(dòng)能持續(xù)幾秒至幾十秒，而爆破地震持續(xù)時(shí)間很短，一次振動(dòng)只有幾十毫秒~幾秒。一般地，天然地震加速度峰值大多在1.0g一下，少數(shù)可以大于1.0g，但是超過(guò)0.4g的加速度破壞力就很強(qiáng)了。而爆炸波主要是高頻波，加速度峰值會(huì)比較大，即使大于1.0g，由于持續(xù)時(shí)間一般很短，其破壞程度也比同指標(biāo)的天然地震小很多。即持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，接近構(gòu)筑物固有頻率，引起共振這是天然地震動(dòng)破壞力遠(yuǎn)大于爆炸波的根本原因，

目前，對(duì)于爆破安全來(lái)說(shuō)，通常采用爆破地震波的振速作為建筑物和結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度破壞的主要依據(jù)。