铁路编组站高边坡爆破地震监测与分析

张家辉，吕中玉，卢宏力，阳生权

（1.湖南科技大学 土木工程学院，湘潭411201；2.广西路桥工程集团有限公司，南宁530200）

0 引言

随着铁路建设往中、西部山区地带延伸发展，受山区地形条件限制，高边坡工程越来越常见，铁路建设途经高压输电线路的情况也时有发生，此时的铁路施工往往会面临大量的土石方开挖，因爆破施工开挖能大大加快进度、保证工期，从而成为首选的施工方法.然而，爆破地震、爆破飞石等爆破公害会对爆区附近的建（构）筑物产生影响与危害，爆破地震效应及其控制，旨在选择合理的爆破方法与钻孔爆破参数，在保证爆破施工质量安全的同时，降低与控制爆破地震动对建（构）筑物的安全影响［1］.高边坡爆破开挖过程中产生的地震效应对边坡和邻近区域内建（构）筑物的影响，仍是一个亟待解决的问题［2-5］.

论文依托渝怀铁路增建二线怀化编组站高边坡爆破开挖工程，针对爆区周边环境影响范围内的高压输电线塔和民房等的保护结构，开展了长期的爆破振动安全监测，保证了依托工程爆破开挖施工与周边环境安全.同时，通过对实测数据的回归分析，得到了该区域工程环境条件下的爆破振动速度传播与衰减规律，为有效控制爆破地震动和爆破施工钻爆参数优化设计提供了理论依据.

1 爆破地震安全监测

1.1 工程概况

爆破开挖区域位于怀化市鹤城区武陵山国际物流园西南侧，两条市政道路：舞阳大道、龙泉湖路，与线路交叉里程GDK1+210、GDK2+000，距离爆破区域130～570 m.距离爆破区附近的居民房屋主要分布在施工范围GDK1+120～GDK1+210 西北侧、GDK2+120-GDK1+210 西北侧.超高压线路两条分布在线路小里程.怀化西编组站高边坡挖方区与受影响区域的位置关系如图1 所示.

图1 爆区与受影响区域示意图

1.2 测点布置

本次使用TC-4850 爆破测振仪对现场进行爆破振动监测.本次爆破振动现场监测主要针对的对象是爆区坡面背向位置的高压输电线塔和民房，爆源的地面标高为46 m，爆源与电塔和民房的高程差分别为52 m 和30～40 m，爆源与电塔和民房的水平距离分别为87 m 和142 m.测点布置如图2 所示.

图2 电塔和民房测点布置剖面图

1.3 依托工程爆破振动控制标准

根据《安全爆破规程》（6722-2014）的规定和《渝怀铁路梅江至怀化段增建二线引入怀化枢纽站前工程GTYHZQ-VII 标段石方爆破专项施工方案》的要求，一般当质点振速超过允许值时应暂停爆破作业，并通过优化爆破设计、采取降振措施等手段，以求降低爆破振动.被保护对象的安全阈值控制标准见表1.

表1 被保护对象的安全阈值控制标准

2 爆破地震安全监测结果与分析

2.1 质点振动速度分析

通过对施工现场爆区坡面背向位置的高压输电线塔和民房进行爆破振动监测，监测结果如表2所示.

表2 高边坡爆破开挖振动监测结果

项目 数量峰值振速/（cm/s）主振频率/Hz水平横向垂直方向水平纵向水平横向垂直方向0.395～4.855 0.164～7.174 1.465～12.207 3.418～11.475 4.150～11.475

图3 质点峰值振速与比例药量关系

由图3 可以得出质点峰值振速的衰减规律，其经验公式分别为：

式中，相关系数R =0.70，衰减指数为2.58.

水平纵向：

式中，相关系数R =0.74，衰减指数为2.31.

水平横向：

式中，相关系数R＝0.81，衰减指数为1.62.

垂直方向：

式中，相关系数R＝0.76，衰减指数为1.72.

2.2 主振频率分析

通过对爆破振动监测数据研究显示，不同的爆破方式方法和不同的场地条件都会影响爆破振动幅值和主振频率大小，这与文献结论相符［7］.对背坡面监测数据三方向主频进行统计如表3 所示，并绘制主频频次分布图如图4 所示，以及由图5 背坡面区地震波典型频谱分析图可知，当测点处在边坡爆破区背面时，爆破振动主频主要集中在0～15 Hz，与迎坡面对比，背坡区的频带范围更小，低频0～5 Hz占比更大，频率变化并不丰富.究其原因，背坡区的测点离爆源距离更远，加上地形起伏变化很大，地震波传播到测点要经过整个边坡背向的山体，传播情况更复杂；山体阻隔对于频率的影响很大，高频部分几乎都被过滤，传到测点只剩下低频占主导地位且三个方向大部分主频都趋同化.这时对于保护物来说就要重点关注共振情况产生，背坡区的民房房主反映房子振动较大影响到正常生活，通过监测数据分析，虽然三个方向的峰值振速并未超过一般民用建筑物安全阈值（1.5～2.0 cm/s），但是由于该民房有三层楼，所以不排除在楼上会有振速放大效应和民房自振频率与爆破主频相近的共振现象发生.

表3 背坡面区测点三方向振速峰值主频频次表

图4 背坡面区测点三方向振速峰值主频频次柱形图

图5 背坡面区地震波典型频谱分析图

3 结论

（1）针对背坡面地形的建筑物，开展了高边坡爆破开挖爆破地震安全监测与分析，保证了周边环境与爆破施工安全，并分别得到背坡面地形三个方向分量爆破峰值振速经验公式，公式反映出起伏地形对爆破地震波传播规律影响较大.

（2）爆破地震波频谱分析表明，起伏地形对频率影响较大，起伏地形及高程差变化对高频波存在过滤作用，使得背坡成爆破地震波主振频率主要集中在低频区，可能造成背坡面民房固有频率较低的结构部分产生共振，进而扩大爆破地震影响与危害程度.