CN109612356A - 基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，包括试验场地的选取、试验管道的埋设、试验炮孔的爆破以及试验测试。炮孔的爆破包括试验炮孔的布设、试验炮孔的装药及试验炮孔起爆；试验测试包括：管道内部应力应变测试，获得爆破振动作用下管道内部应力应变的变化情况；管道内部振动速度、加速度测试，获得爆破振动作用下管道内部振动速度、加速度变化情况；管道上部土体内土压力、速度、加速度测试，获得爆破振动作用下管道上部土体内不同位置处土压力、速度、加速度变化情况；管道上方地表速度测试，获得爆破振动作用下管道正上方沿管道轴向方向振动速度的变化情况，以及垂直于管道轴向方向的振动速度变化情况。

Description

基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法

技术领域

本发明涉及岩土力学领域，尤其涉及一种基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法。

背景技术

现有《爆破安全规程》(GB6722-2014)中规定了土坯房、民用建筑、商业建筑、隧洞、巷道等的爆破振动安全允许标准，却缺少埋地管道的爆破振动安全允许标准。而地下管网作为城市的生命线，涉及输气、输水等方方面面，一旦受损破坏容易造成漏气、断水等灾害事故发生，严重影响人民生活生产安全，产生重大不良社会效应。近年来随着城市市政建设开发速度的不断加快，随着大规模的城市地铁等市政工程(包含地铁车站、通道等)建设与开发，爆破作为工程建设岩土体开挖的重要手段，常有城区基坑开挖爆破作业区域与在役埋地管道临近的情况发生，城区基坑开挖爆破作业产生的爆破地震有害效应会对临近埋地混凝土管道产生损伤破坏，对城区基坑工程安全高效建设及人民生命财产保障造成了严重威胁。

基于此，采用现场爆破试验测试的手段，深入研究研究区域(尤其是城区)基坑开挖爆破作用下埋地混凝土管道的动力响应特性，所得结论为确立科学合理的埋地管道爆破振动安全判据提供了理论依据。研究成果对丰富爆破安全规程及管道工程安全评估方法具有重要的理论及实际意义；同时对于解决城区基坑开挖爆破安全生产问题，指导城区爆破震动效应控制技术的发展具有重要的工程应用价值。

发明内容

为了获取研究区域基坑开挖爆破作用下埋地混凝土管道的动力响应特性，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，包括以下步骤：

S1、获取研究区域基坑工程地质情况、地下水分布情况和混凝土管道埋设分布情况，根据城区基坑开挖爆破工程案例，分析出城研究区域基坑开挖爆破常用爆破方案、参数及布孔特点，以确定爆破的炮孔布置参数；

S2、根据S1获得的结果，选取试验爆破场地，并根据实验场地地质勘查报告，确定试验场地的工程地质情况以及地下水分布情况；

S3、试验管道的埋设：根据S1获得的结果，选取一定尺寸大小和数量的承接式混凝土管，并开挖试验管道埋设槽，同时对试验管道进行拼接以及上方土体覆盖；

S4、试验炮孔布设：根据S1获得的结果，布设一定孔深、孔径、间距及数量的炮孔用于进行试验；

S5、监测元件布设：在爆破试验前分别在试验管道内部相应位置处粘贴固定应变片、速度计及加速度计，以对试验管道内壁环向和轴向进行应力应变测试、速度测试及加速度测试；在爆破试验前分别在试验管道上方土体相应位置处固定土压力计、速度计及加速度计，以对试验管道正上方土体进行土压力测试、速度测试及加速度测试；在爆破试验前在管道上方地表相应位置处固定速度计，以对实验管道正上方地表沿管道轴线方向及垂直于管道轴线方向速度测试；

S6、试验炮孔起爆：进行装药连线和防护，然后进行起爆，并利用布设的实验数据获取装置进行实验数据的测量；

S7、对试验数据进行保存。

进一步地，在本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，所述步骤S1中获取研究区域基坑工程地质情况和混凝土管道埋设分布情况，包括研究城区混凝土管道类型、尺寸大小、在役混凝土管道埋设所在土层工程地质情况以及埋深情况分布规律。

进一步地，在本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，所述步骤S1中炮孔布置参数包括：炮孔间距、孔径、单孔装药量、装药结构参数以及起爆参数，确定出的中炮孔布置参数位于常用的爆破方案的参数范围内。

进一步地，在本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，所述步骤S2中选取的试验爆破场地满足：试验场地空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况与步骤S1获取的一致，同时地下水分布情况与步骤S1获取的一致。

进一步地，在本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，所述步骤S3中试验管道的埋设，其中回填土时不得损坏混凝土管道整体完整性及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土，且分层夯实并应满足相关规范要求。

进一步地，在本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，所述步骤S4中试验炮孔的布设，包括炮孔位置放样、钻孔、清孔，其中炮孔位置放样步骤为：首先确定炮孔相对位置，测量人员采用全站仪进行放样测量出炮孔的精确位置；钻孔采用液压钻机进行不同位置的钻孔，并到达预先设计深度；清孔采用大型空气压缩机对孔内积水以及相关粉末进行清除，并保证钻孔深度。

进一步地，在本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，所述步骤S5中监测元件布设：其中管道内应变片的粘贴应在环向和轴向方向各粘贴一组，并且应在混凝土管道承接口左右两部分各分别粘贴一组应力应变监测点、速度监测点及加速度监测点；

所述步骤S5中监测元件布设：管道上方土体内监测点的布设，应在管道正上方土体内不同深度不同方向进行布设。

进一步地，在本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，所述步骤S6中试验炮孔起爆：其中试验炮孔的起爆顺序遵循由远及近的起爆顺序原则。

更进一步地，在本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，所有起爆炮孔的装药及炮孔深度的确定，遵循的原则为控制单一变量原则，同时遵循单孔单发原则以及逐个炮孔单独起爆原则。

实施本发明的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法中，具有以下

有益效果：

1.目前关于管道动力响应特性方面的研究大多数采用数值模拟以及理论分析的手段，采用现场试验的方法进行研究，有助于提高了研究成果的可靠性以及增加研究手段的多样性。

2.试验过程中针对试验场地采用单孔单发原则，每个孔的炸药量以及孔深均不相同，实现了控制单一变量的原则，这样可以更好的揭示城区基坑开挖爆破作用下临近埋地混凝土管道结构响应特性。

3.试验过程中在管道上方地表沿管道轴线方向以及垂直于管道轴线方向分别布设了监测点，可以更好的揭示城区基坑开挖爆破振动传播及衰减规律。

4.试验过程中对管道内部承接口左右两部分进行了着重监测，有益于研究爆破振动对于承接式混凝土管道薄弱部位的受力特点。

5.试验过程中管道不同深度埋设了土压力计、速度计以及加速度计。有益于研究爆破振动作用下管道上方土体的动力响应特征。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明研究基坑开挖爆破作用下临近混凝土管道动力响应特性的方法的一实施例的流程图；

图2是实验炮孔与管道平面布置示意图；

图3是管道与药包相对位置断面示意图；

图4是动态应变测点布置断面示意图；

图5是M1监测断面动态应变测点布置示意图；

图6是M2监测断面动态应变测点布置示意图；

图7是M3监测断面动态应变测点布置示意图；

图8是单独测点应变片布置示意图；

图9是承接式混凝土管内振动速度监测点布置示意图；

图10是承接式混凝土管内加速度测点布置示意图；

图11是管道上方土体监测点布置示意图；

图12是管道正上方地表垂直于管道轴向方向振动速度监测点布置示意图；

图13是管道正上方沿管道轴向方向地表振动速度监测点布置示意图；

图14是本发明一实施例中爆破炮孔11爆破后管内X方向振动速度分布规律曲线图。

图15是本发明一实施例中爆破炮孔10爆破后管内X方向振动速度分布规律曲线图。

图中，1-炮泥，2-药包，3-管道，4-爆破炮孔，5-地表，6-土层，7～13-爆破炮孔，M1～M3监测断面，14～25-应力应变，26-环向应变片，27-轴向应变片，D1～D10-振动速度监测点，A1～A10-振动加速度监测点，T1～T4土压力监测点，V1～V16-振动速度监测点。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，本实施的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法包括以下步骤：

S1、获取研究区域基坑工程地质情况、地下水分布情况和混凝土管道埋设分布情况，根据城区基坑开挖爆破工程案例，分析出城研究区域基坑开挖爆破常用爆破方案、参数及布孔特点，以确定爆破的炮孔布置参数。

获取研究区域基坑工程地质情况和混凝土管道埋设分布情况，包括研究城区混凝土管道类型、尺寸大小、在役混凝土管道埋设所在土层工程地质情况以及埋深情况分布规律。炮孔布置参数包括：炮孔间距、孔径、单孔装药量、装药结构参数以及起爆参数，确定出的中炮孔布置参数位于常用的爆破方案的参数范围内。获取的混凝土管道埋设分布情况用于确定试验原型,为试验方案确定提供依据支撑，即根据调查结果,对管道情况进行分析,采用与实际工程一样的上述参数进行试验,实验一比一原型试验模拟。

具体的：

多选试验场地上部为粉质黏土、下部为强风化粉质砂岩，试验场地地下水类型主要为孔隙水、基岩裂隙水两种类型，试验深度无地下水，故符合试验场地要求。试验场地应空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况应和实际情况类似。

S2、根据S1获得的结果，选取试验爆破场地，并根据实验场地地质勘查报告，确定试验场地的工程地质情况以及地下水分布情况；选取的试验爆破场地满足：试验场地空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况与步骤S1获取的一致，同时地下水分布情况与步骤S1获取的一致。

具体的：

多选试验场地上部为粉质黏土、下部为强风化粉质砂岩，试验场地地下水类型主要为孔隙水、基岩裂隙水两种类型，试验深度无地下水，故符合试验场地要求。试验场地应空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况应和实际情况类似。

S3、试验管道的埋设：根据S1获得的结果，选取一定尺寸大小和数量的承接式混凝土管，并开挖试验管道埋设槽，同时对试验管道进行拼接以及上方土体覆盖；关于试验管道的埋设，其中回填土时不得损坏混凝土管道整体完整性及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土，且分层夯实并应满足相关规范要求。

请参考图2，具体的：

S3.1试验场地应选取为一般粘性土层，管道埋深(管顶至地面)为2.0m，其中回填土时不得损坏混凝土管道及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土，且其分层夯实程度满足相应规范要求。

S3.2承接式混凝土水管3为四节，每节管道长度2.5m，管道内径100cm管道外径120cm。

S4、试验炮孔布设：根据S1获得的结果，布设一定孔深、孔径、间距及数量的炮孔用于进行试验；试验炮孔的布设，包括炮孔位置放样、钻孔、清孔，其中炮孔位置放样步骤为：首先确定炮孔相对位置，测量人员采用全站仪进行放样测量出炮孔的精确位置；钻孔采用液压钻机进行不同位置的钻孔，并到达预先设计深度；清孔采用大型空气压缩机对孔内积水以及相关粉末进行清除，并保证钻孔深度。

请参考图2、图3，在本实施例中，根据S1研究调查分析结果，布设合适孔深、孔径及数量的炮孔7～炮孔13进行试验。具体的：

S4.1试验炮孔布设包括炮孔位置放样、钻孔、清孔，其中炮孔位置放样步骤为：首先确定炮孔相对位置，测量人员采用全站仪进行放样测量出炮孔的精确位置，其中炮孔7～炮孔11间距为5米，炮孔7与炮孔12、炮孔13间距分别为3米，炮孔7与炮孔12、炮孔13与管道的距离均为5米；

S4.2钻孔采用液压钻机进行不同位置的钻孔，并到达预先设计深度，其中炮孔7～炮孔11孔深为4米，孔径为90mm，炮孔12孔深3m，孔径90mm,炮孔13孔深5m，孔径90mm；

S4.3清孔采用大型空气压缩机对孔内水以及相关粉末进行清除，并保证钻孔深度。

S5、监测元件布设：在爆破试验前分别在试验管道内部相应位置处粘贴固定应变片、速度计及加速度计，以对试验管道内壁环向和轴向进行应力应变测试、速度测试及加速度测试；在爆破试验前分别在试验管道上方土体相应位置处固定土压力计、速度计及加速度计，以对试验管道正上方土体进行土压力测试、速度测试及加速度测试；在爆破试验前在管道上方地表相应位置处固定速度计，以对实验管道正上方地表沿管道轴线方向及垂直于管道轴线方向速度测试；

监测元件布设：其中管道内应变片的粘贴应在环向和轴向方向各粘贴一组，并且应在混凝土管道承接口左右两部分各分别粘贴一组应力应变监测点、速度监测点及加速度监测点；监测元件布设：管道上方土体内监测点的布设，应在管道正上方土体内不同深度不同方向进行布设。

请参考图2～图13，具体的：

S5.1管道试验的测试包括：对管道内壁环向和轴向应力应变测试、速度测试、加速度测试，故在爆破试验前，分别对管道内部相应位置处粘贴固定应变片14～应变片25、速度计D1～速度计D6、加速度计A1～加速度计A6；管道内应变片的粘贴应在环向和轴向方向各粘贴一组，并且应在混凝土管道承接口左右两部分各分别粘贴一组；管道内承接口左右两部分也应有速度及加速度监测点的布设；

S5.2管道正上方土体内土压力测试、速度测试、加速度测试，故在爆破试验前，分别对管道上方土体相应位置处固定土压力计T1～土压力计T4、速度计D7～速度计D10、加速度计A7～加速度计A10；

S5.3管道上方土体内监测点的布设，应在管道正上方不同深度不同方向进行布设,其中管道正上方地表垂直于管道轴向方向布置振动速度监测点V1～速度监测点V10；管道正上方地表沿管道轴向方向布置振动速度监测点V11～速度监测点V16。

S6、试验炮孔起爆：进行装药连线和防护，然后进行起爆，并利用布设的实验数据获取装置进行实验数据的测量；试验炮孔起爆：其中试验炮孔的起爆顺序遵循由远及近的起爆顺序原则。所有起爆炮孔的装药及炮孔深度的确定，遵循的原则为控制单一变量原则，同时遵循单孔单发原则以及逐个炮孔单独起爆原则。

请参考图2、图3，具体的：

S6.1其中试验炮孔的起爆顺序采用由远及近的起爆顺序原则；所有起爆炮孔遵循的原则为控制单一变量原则，同时遵循单孔单发原则，逐个炮孔单独起爆原则。

S5.2每个炮孔装药量不同，其中爆破炮孔7～爆破炮孔11炸药量为8kg,爆破炮孔12炸药量为6.4kg。

S6.3首先装药的是爆破炮孔11，采用孔内耦合装药的方式,起爆雷管采用1段非电毫秒延时雷管,装药连线和防护完成后，和总指挥进行确认警戒，然后总指挥下达允许起爆的指令，爆破后经检查无险情后解除警报，保存监测仪器数据。

S6.4采用相同的操作流程，起爆爆破炮孔10，并保存相关数据。

S7、试验数据的保存及初步分析：对试验数据进行保存，并进行初步分析，从而确定实验数据的有效性。参考图14及图15，其分别是实施例中爆破炮孔11爆破后管内X方向振动速度分布规律曲线图以及爆破炮孔10爆破后管内X方向振动速度分布规律曲线图。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取研究区域基坑工程地质情况、地下水分布情况和混凝土管道埋设分布情况，根据城区基坑开挖爆破工程案例，分析出城研究区域基坑开挖爆破常用爆破方案、参数及布孔特点，以确定爆破的炮孔布置参数；

S2、根据S1获得的结果，选取试验爆破场地，并根据实验场地地质勘查报告，确定试验场地的工程地质情况以及地下水分布情况；

S3、试验管道的埋设：根据S1获得的结果，选取一定尺寸大小和数量的承接式混凝土管，并开挖试验管道埋设槽，同时对试验管道进行拼接以及上方土体覆盖；

S4、试验炮孔布设：根据S1获得的结果，布设一定孔深、孔径、间距及数量的炮孔用于进行试验；

S5、监测元件布设：在爆破试验前分别在试验管道内部相应位置处粘贴固定应变片、速度计及加速度计，以对试验管道内壁环向和轴向进行应力应变测试、速度测试及加速度测试；在爆破试验前分别在试验管道上方土体相应位置处固定土压力计、速度计及加速度计，以对试验管道正上方土体进行土压力测试、速度测试及加速度测试；在爆破试验前在管道上方地表相应位置处固定速度计，以对实验管道正上方地表沿管道轴线方向及垂直于管道轴线方向速度测试；

S6、试验炮孔起爆：进行装药连线和防护，然后进行起爆，并利用布设的实验数据获取装置进行实验数据的测量；

S7、对试验数据进行保存。

2.根据权利要求1所述的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，所述步骤S1中获取研究区域基坑工程地质情况和混凝土管道埋设分布情况，包括研究城区混凝土管道类型、尺寸大小、在役混凝土管道埋设所在土层工程地质情况以及埋深情况分布规律。

3.根据权利要求1所述的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，所述步骤S1中炮孔布置参数包括：炮孔间距、孔径、单孔装药量、装药结构参数以及起爆参数，确定出的中炮孔布置参数位于常用的爆破方案的参数范围内。

4.根据权利要求1所述的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，所述步骤S2中选取的试验爆破场地满足：试验场地空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况与步骤S1获取的一致，同时地下水分布情况与步骤S1获取的一致。

5.根据权利要求1所述的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，所述步骤S3中试验管道的埋设，其中回填土时不得损坏混凝土管道整体完整性及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土，且分层夯实并应满足相关规范要求。

6.根据权利要求1所述的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，所述步骤S4中试验炮孔的布设，包括炮孔位置放样、钻孔、清孔，其中炮孔位置放样步骤为：首先确定炮孔相对位置，测量人员采用全站仪进行放样测量出炮孔的精确位置；钻孔采用液压钻机进行不同位置的钻孔，并到达预先设计深度；清孔采用大型空气压缩机对孔内积水以及相关粉末进行清除，并保证钻孔深度。

7.根据权利要求1所述的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，所述步骤S5中监测元件布设：其中管道内应变片的粘贴应在环向和轴向方向各粘贴一组，并且应在混凝土管道承接口左右两部分各分别粘贴一组应力应变监测点、速度监测点及加速度监测点；

所述步骤S5中监测元件布设：管道上方土体内监测点的布设，应在管道正上方土体内不同深度不同方向进行布设。

8.根据权利要求1所述的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，所述步骤S6中试验炮孔起爆：其中试验炮孔的起爆顺序遵循由远及近的起爆顺序原则。

9.根据权利要求8所述的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法，其特征在于，所有起爆炮孔的装药及炮孔深度的确定，遵循的原则为控制单一变量原则，同时遵循单孔单发原则以及逐个炮孔单独起爆原则。