大型溶洞群深基坑爆破对邻近京广铁路的影响_徐冠玉.pdf

第 18 卷增刊 2地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol.182022 年 12 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringDec.2022大型溶洞群深基坑爆破对邻近京广铁路的影响徐冠玉1,陈俊生2,3,4,刘自兵1,邱钟宏2(1.中铁建工集团有限公司,北京 100160;2.华南理工大学 土木与交通学院,广州 510641;3.华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室,广州 510641;4.华南理工大学 华南岩土工程研究院,广州 511442)摘要:为了研究城市大型覆盖型溶洞群基坑爆破对施工安全的影响,以广州一邻近京广铁路的深基坑爆破工程为例,结合特殊岩溶地质条件,采用现场爆破振动测试和监测方法,分析爆破对邻近京广铁路和支护结构的影响。结果表明:建立了同一场地不同区域的峰值振速衰减经验公式,其中场地系数 K、衰减指数 会随传播介质硬度的降低而增大;爆心距及传播介质的软硬程度对竖向主振频率的衰减有所影响,因松软岩土体较少传递高频脉冲,故随爆心距的增加,主振频率逐渐降低,且主频的分布趋向集中;通过理论计算,得到爆破最大单段药量及飞石飞散距离;提出了相对应的岩溶处理方案及减振设计方案,并通过现场监测及理论计算印证其可行性,为岩溶场地类似基坑爆破开挖工程提供参考。关键词:爆破;基坑;京广铁路;岩溶;监测中图分类号:TU91文献标识码:A文章编号:1673-0836(2022)增 2-1036-07Influence of Deep Foundation Pit Blasting of Large Karst Cave Group on Adjacent Beijing-Guangzhou RailwayXu Guanyu1,Chen Junsheng2,3,4,Liu Zibing1,Qiu Zhonghong2(1.China Railway Construction Engineering Group Co.,Ltd.,Beijing 100160,P.R.China;2.School of Civil Engineering and Transportation,South China University of Technology,Guangzhou 510641,P.R.China;3.State Key Laboratory of Subtropical Building Science,South China University of Technology,Guangzhou 510641,P.R.China;4.South China Institute of Geotechnical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 511442,P.R.China)Abstract:In order to study the impact of the blasting of large-scale covered caverns on construction safety,this paper takes a deep foundation pit blasting project adjacent to the Beijing-Guangzhou Railway in Guangzhou as an example.Combined with the special karst geological conditions,the impact of blasting on the neighboring Beijing-Guangzhou Railway and supporting structures was analyzed by the method of on-site blasting vibration testing and monitoring.The results show that this paper establishes an empirical formula for the attenuation of peak velocity of particle vibration in different areas of the same site,in which the site coefficient K and attenuation index will increase with the decrease of the hardness of the propagation medium.The burst center distance and the hardness of the propagation medium have an effect on the attenuation of the vertical main vibration frequency.Because soft rock and soil rarely transmit high-frequency pulses,with the increase of distance from explosion source,the main vibration frequency gradually decreases,and the distribution of the main vibration frequency tends to be concentrated.Through theoretical calculations,the maximum single-stage charge of blasting and the flying distance of flying rocks are obtained.The corresponding karst treatment plan and vibration reduction design plan were put forward,and the 收稿日期:2022-02-03(修改稿)作者简介:徐冠玉(1987),男,江苏泰州人,工程师,主要从事复杂地质地基处理及基坑安全控制关键技术。E-mail:769003263 通讯作者:陈俊生(1979),男,广东广州人,博士,副教授,主要从事岩土工程和地下结构方面的教学和科研工作。E-mail:jschen 基金项目:广东省基础与应用基础研究基金(2020A1515010713)feasibility was confirmed through on-site monitoring and theoretical calculations,which provided a reference for similar foundation pit blasting and excavation projects in karst sites.Keywords:blasting;foundation pit;Beijing-Guangzhou Railway;karst;monitoring0引言随着城市地下空间开发规模越来越大,城区基坑建设的规模不断扩大。因此城市基坑建设遇到的地质条件和周边环境情况越来越复杂,极大地加大了岩质基坑采用爆破开挖的风险。我国岩溶地区分布广泛,可溶岩层分布面积约占国土总面积的1/31。以广州白云站综合交通枢纽工程为例,场区勘察可溶岩见洞率约 57.69%,岩溶发育程度为强发育;且周围有京广铁路、高压线和高层建筑等重点保护对象。在富水覆盖型岩溶地区进行基坑建设会导致突水、突泥,并导致地面出现塌陷;爆破施工 易 导 致 岩溶裂隙水突涌,极大地影响周围建(构)筑物的安全性和加大基坑建设难度。目前,许多学者针对岩溶地质条件下爆破振动传播规律进行了大量研究2-6。岩溶区爆破施工影响因素较多,主要包括爆源参数、围岩性质、溶洞大小、溶洞位置、开挖顺序等2-3。王军等4以巨型干溶洞为研究对象,分析了爆破振动扰动作用下溶洞表面质点的振动速度,溶洞落石规律及危岩体裂缝发展规律;程平等5以岩溶区小净距隧道为研究对象,利用 LS-DYNA 软件分析溶洞对隧道开挖和爆破振动规律的影响规律;陈学军等6采用现场爆破振动试验,研究爆破地震波在岩溶采矿区的传播和振动衰减规律。由于爆破振动波受到爆源参数、传播介质和距离、地形地貌等因素的影响,使得爆破振动波的特性也十分复杂。前人研究成果可为基坑爆破施工提供指导性意见,但对于基坑处于岩溶地质及复杂周边环境条件综合影响下进行爆破开挖的爆破控制技术及风险控制研究方面,还有很大探索空间。本文以广州白云站综合交通枢纽基坑爆破工程为依托,考虑特殊的覆盖型岩溶地质条件,采用现场试爆试验和监测方法,分析爆破对邻近京广铁路和支护结构的影响。其研究思路与方法可为类似岩溶地区基坑爆破施工提供有益的参考和借鉴。1广 州 白云站综合交通枢纽 工程概况1.1基坑概况白云站综合交通枢纽工程是打造广州成为泛珠三角交通中心的国家战略性工程。白云站综合交通枢纽地铁预留土建工程及枢纽场站建设场地位于现状京广线以东、棠新路以西,为 4 条地铁线换乘,如图 1 所示。其中 12、24 号线位于现状京广铁路东侧沿南北向设置,基坑宽度 54.7 m,长约590 m,深 约 34.7 m;佛 山 8 号 线、新 线 基 坑 宽45.9 m,长 114 m,深约 23.45 m;场站配套基坑宽约 107 m,长约 500 m,深约 16 m。基坑规模超大,总面积约 8.5104 m2,开挖总方量约 1.86106 m3,远超中国第一高楼上海中心的 3.5104 m3基坑规模;且大基坑套多个标高迥异、深浅不一的小基坑,最大高差达 19.28 m,施工难度极大。由于地铁线及车站附属结构等基坑开挖深度最深处为 34.7 m,会遇到大规模微风化石灰岩、砂岩,因此需要爆破才能使岩质基坑顺利开挖,其爆破石方量约为5.2105 m3。图 1广州白云站综合交通枢纽土建工程 1 标段基坑示意图Fig.1Schematic diagram of the foundation pit of the civil engineering section 1 of the Guangzhou Baiyun Station Comprehensive Transportation Hub1.2周边环境情况场地周边环境极为复杂,施工风险高,确保施工顺利进行需要保护对象众多,如图 2 所示。其中距离基坑边约 50.61 m 的京广铁路为本工程的重大风险管控对象。京广铁路是中国境内一条连接北京市与广州市的国家级客货共线铁路,全长2 263 km,列车设计速度 160 250 km/h,贯穿北京、河北、河南、湖北、湖南、广东 6 省市;是经由省会城市最多、连接其它线路最多、运输最繁忙的南北铁路交通大动脉。京广铁路安全运营的重要性不言而喻,故应避免基坑施工过程中尤其是爆破开挖对京广铁路和周边建(构)筑物的影响。73012022 年增刊 2徐冠玉,等:大型溶洞群深基坑爆破对邻近京广铁路的影响图 2站址及周边建(构)筑物的相对位置卫星图Fig.2Satellite image of the relative position of the site and surrounding buildings(structures)1.3岩溶情况及处理方案广州白云(棠溪)站土建 1 标段所在场地为珠江三角洲冲洪积平原地貌。覆盖层发育特征是冲洪积砂层发育,多直接覆盖在中、微风化的灰岩上,为可溶性石灰岩,大部分为覆盖型岩溶,场区北边部分为埋藏型岩溶,场地溶洞分布情况如图 3 所示。场区勘察见可溶岩(灰岩、泥灰岩)钻孔 104个,见洞率约 57.69%,线岩溶率为 15.92%