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

2012年，青島地鐵一期工程3號線進入施工關(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)會給這些建筑帶來損害嗎？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責人、中國礦業(yè)大學（北京）力學與建筑工程學院副教授孫強博士，對這些問題進行了解答。

疑問：青島地鐵施工土質(zhì)啥情況？

科學解讀：地下風化花崗巖為主，還有6019米的巖石混合組合，情況多變。

對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。對此，孫強教授告訴記者：青島地鐵一期工程3號線沿線主要由強風化花崗巖、中風化花崗巖和微風化花崗巖等組成。但還有6019米的巖石混合組合（主要由粘土、微風化、中風化和強風化巖石混合組成）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，青島海軍示范幼兒園地段就是花崗巖全～強風化帶，具遇水軟化、崩解特點，巖石中、微風化帶，巖質(zhì)堅硬，強度較高。圍巖類別主要為II。而距離不遠歐人監(jiān)獄舊址就是花崗巖全～強風化帶，具遇水軟化崩解特點，巖石中、微風化帶，巖質(zhì)堅硬，強度較高。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?；◢弾r、花崗斑巖巖脈。圍巖等級出現(xiàn)了為II、IV兩個級別。地質(zhì)條件相對比較復雜，也給施工帶來一定困難。

疑問：青島地鐵施工為啥選擇爆破法

科學解讀：結(jié)合青島的實際地質(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的方法，表示目前性價比最優(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，同時對周圍環(huán)境及建筑物的影響小。在非常松散的地層或沒有膠結(jié)的松散土層、塑性或流塑的軟土地層也可以應用盾構(gòu)。

掘進機法（TBM）：是利用巖石隧道掘進機在巖石地層挖掘隧道的一種方法。隧道掘進機是一種集掘進、除渣、支護和通風等多功能為一體的高效隧道施工機械，成型好、振動小。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：是我國隧道及地下工程設(shè)計與施工常用方法，它能實現(xiàn)快速修建，特別是在克服復雜環(huán)境條件下的快速施工能力上，有很大優(yōu)勢。礦山法施工不僅適用于硬巖，也適用于軟巖，尤其在長、大隧道施工中，具有其他施工方法所不具備的優(yōu)勢。

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控制技術(shù)要求高。但是其適用于各類圍巖，開挖斷面可以靈活安排,可以采用全斷面一次開挖或者分部開挖。施工設(shè)備投入小。綜合上述，主要是結(jié)合青島的實際地質(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：青島地鐵施工有哪些減振措施

科學解讀：按“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測”的原則爆破減振

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

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

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

疑問：爆破施工國家有什么振動標準

科學解讀：青島地鐵施工相對國家標準全都做到比較標準控制更嚴格，振動更小。

既然是爆破施工，必然產(chǎn)生一定振動，那么國家有什么標準嗎？對此孫教授表示，城市地下爆破振動的測量和振動危害的減輕在目前國內(nèi)外還沒有形成一個完整的學科體系. 而且不同國家對建筑物的爆破安全震級的衡量標準基于其構(gòu)筑物質(zhì)量也不相同。我國有相關(guān)的國家標準，而青島地鐵施工由第三方進行檢測，指標全都要求做到比較標準控制更嚴格，振動更小。而且，目前我市的地圖工程建設(shè)過程中，凡涉及穿越到文物、住宅等各類地面建筑時，都召開建筑結(jié)構(gòu)、爆破、文物、環(huán)保等多方專家進行科學論證，以確定具體的施工方案和施工控制指標。

《爆破安全規(guī)程》中破振動安全允許標準，當振動頻率為（50~100）Hz時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋[V]=4.2~5.0cm/s。

國家規(guī)范建筑物振速控制標準

保護對象類別 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解讀：爆炸波主要是高頻波，持續(xù)時間短。天然地震波頻率較低，持續(xù)時間長。

一些市民在地鐵爆破施工期間感受到比較強振動。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，一般振動主頻在1Hz～10Hz，而爆破震動頻率較高，一般爆破振動主頻在10Hz～300Hz。

爆破地震與天然地震另一重要區(qū)別在于時域特征，天然地震振動時間較長，一次振動能持續(xù)幾秒至幾十秒，而爆破地震持續(xù)時間很短，一次振動只有幾十毫秒~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0.4g的加速度破壞力就很強了。而爆炸波主要是高頻波，加速度峰值會比較大，即使大于1.0g，由于持續(xù)時間一般很短，其破壞程度也比同指標的天然地震小很多。即持續(xù)時間長，接近構(gòu)筑物固有頻率，引起共振這是天然地震動破壞力遠大于爆炸波的根本原因，

目前，對于爆破安全來說，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)。