地鐵車站豎井深基坑光面爆破施工技術

周可璋 周浩 盧寧 何中聯 王偉

【摘要】青島市地處山東半島南部，東、南瀕臨黃海。某地鐵車站地處青島市中心地帶，本車站采用暗挖法施工。車站豎井所在范圍的地質以強風化及中風化輝綠巖為主，在中風化巖層，需要對豎井深基坑采取爆破方式進行開挖。由于周邊建筑物眾多，管線縱橫交錯，豎井爆破需采取光面控制爆破施工技術。本文主要針對車站豎井的光面控制爆破進行詳細闡述，對在硬質巖層中采用光爆技術開挖深基坑提出相關的意見與建議。

【關鍵詞】??豎井??深基坑??光面爆破??沉降監測

Applying?Smooth?Blasting?Technology?to?the?Deep?Holes?Excavated?in?the?Constructing?of?Subway?Stations

Zhou?Kezhang，Zhou?Hao，Lu?Ning，He?Zhonglian，Wang?Wei

（The?Fourth?Company?of?China?Eighth?Engineeing?Burrau?Ltd??Qingdao?266071?）

1、前言

隨著我國經濟的迅猛發展，城市將更多地向地下空間延伸，地鐵車站大部分修建在繁華市區，周邊建筑物林立，交通繁忙，故多采用暗挖法進行車站的施工，為此需要通過施工豎井及風道進入車站主體結構，然后再進行車站主體結構的開挖及二次襯砌施工。

青島某地鐵車站，位于繁華地段，為市中心商業區。豎井穿越地質依次為素填土層、強風化輝綠巖層、中風化輝綠巖層。在中風化巖層地段，需要采取光面控制爆破技術進行施工。在施工過程中克服了周邊建筑物的擾動、地下管線的變形等影響因素，安全優質地完成了豎井施工任務。

2、工程概況

2.1工程簡介

該地鐵站主體結構位于馬路下方，采用暗挖中洞法施工。車站在兩端設置兩處風井及風道，在施工期間作為施工豎井及施工通道。1#豎井開挖尺寸為18.8*6.6m，深度為28m，采用倒掛井壁法施工。在豎井井口處設置一道1.5m寬、1m高的混凝土鎖口圈梁，以保證向下開挖過程中，能夠承擔豎井井身重量及爆破振動荷載，保證結構穩定。

2.2工程及水文地質

豎井范圍地貌為坡殘積臺地，后經人工改造，場地由東向西緩傾，地面高程約22.26m。豎井地質情況由上到下依次為素填土（22.26m～19.91m）、強風化輝綠巖（19.91m～8.20m）及中風化輝綠巖（8.20m～-5.74m），局部受區域構造影響，巖石節理裂隙較發育。中風化輝綠巖的抗壓強度約35Mpa，輝綠色，塊狀結構，巖芯呈碎塊狀，錘擊易碎。巖體較破碎，局部較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級。本場地地下水按賦存條件主要為孔隙水和基巖裂隙水，地下水位埋深約10m。

2.3結構形式

豎井結構形式為矩形，開挖尺寸為18.8*6.6m，豎井采用格柵鋼架+噴射混凝土支護體系。素填土層及強風化巖層格柵間距為50cm/榀，打設Φ42錨管，注水泥水玻璃雙液漿，橫向間距1m/根;中風化巖層間距為75cm/榀，打設Φ22砂漿錨桿，注水泥砂漿，橫向間距1m/根。

3、光面爆破施工方法

3.1光面爆破施工工藝流程

豎井光面爆破按以下流程進行：

測量放樣→風動鑿巖機鉆眼→清孔→裝藥→引爆→通風排煙→出渣→斷面測量（欠挖處理）→格柵安裝、初期支護→下一循環

3.2施工設備及爆破材料

1）鉆孔采用6臺YT-28風動鑿巖機同時進行，一臺20m3空壓機供風，炮孔直徑為42mm。風鉆鉆進速度為20cm/min，孔深1.2m約需6分鐘完成。監測儀器為爆破測振儀1臺，型號為Vm-63型;精密水準儀1臺，萊卡NDA03型;收斂儀1把，YD-SLJ-3型。

2）炸藥采用2#巖石乳化炸藥，單個藥包重量為150g。采用不耦合裝藥，藥卷規格為外徑32mm，不耦合系數為1.3。

3）非電毫秒微差導爆管起爆，通過導爆管引爆安裝在藥卷中的雷管，引發藥卷爆破，從而爆破巖石。

3.3炮眼布置原則

1）先布置掏槽眼，角度與水平巖面約呈60°，但在巖層層理發育明顯時其方向應盡量垂直于層理，以保證掏槽效果。掏槽眼比其他炮眼深40cm。掏槽眼在打設過程中要控制好角度，角度過大，可能造成掏槽無法形成，后續爆破無臨空面;角度過小，將可能造成兩側掏槽眼眼底串通，降低炸藥爆破威力【1】。

2）周邊眼嚴格按照開挖輪廓線布置，在硬巖中，周邊眼的眼底落在斷面開挖輪廓線外8cm左右，向外傾角約10度，眼口緊貼上一榀格柵噴射混凝土面布置;在軟巖中，周邊眼的眼底落在斷面開挖輪廓線內5cm左右，以減小爆破時超挖量。對于局部欠挖部位，采用風鎬人工修整，保證結構厚度。

3）輔助眼的布置原則是外圍密，中間略大，并根據巖性軟硬程度合理調整炮孔間距。

3.4炮眼布置參數

在中風化輝綠巖地層中，根據現場前三次試爆情況，確定以下布置參數。周邊眼間距60cm，內圈眼間距75cm，輔助眼及擴槽眼間距90cm。排距70～90cm，如圖1。掏槽眼采用斜眼復楔形掏槽方式【2】，如圖2。掏槽眼內側孔口間距為2.5m，外側孔口4.5m。掏槽眼深度1.6m，傾斜角度60°，其它眼深度均為1.2m。

圖1??豎井炮眼布置平面示意圖

圖2??掏槽眼布置示意圖

炮眼爆破參數設計及經濟指標表???????表1

孔類

孔間距（mm）

孔深（m）

雷管段位

單孔裝藥量（g）

炮孔數（個）

周邊眼

600

1.2

13

150

42

11

42

內圈眼

750

1.2

9

200

30

8

30

輔助眼

900

1.2

6

200

21

5

23

擴槽眼

900

1.2

3

200

15

2

15

掏槽眼

1.6

1

300

10

總裝藥量（kg）

42.4

炸藥設計單耗（kg/m3）

0.37

3.5炮眼封堵

炮泥采用粘土和細砂拌合，比例為砂：粘土：水=3：1：1，含水量為15%～20%。一般以手握緊能使之成型，松手后不散開，且手上不沾水跡為宜。藥卷安放后應立即進行堵塞，首先塞入紙團或塑料泡沫，以控制炮泥堵塞長度，堵塞長度控制在20～30cm左右。

3.6爆破網絡連接

起爆順序為先掏槽眼，擴槽眼，然后輔助眼、內圈眼，最后是周邊眼。

導爆管雷管選擇多段位毫秒微差起爆，由于基坑長度較大，左右兩側選擇兩種段位導爆管雷管。掏槽眼1段，擴槽眼2段、3段，輔助眼5段、6段，內圈眼8段、9段，周邊眼11段、13段。

網絡連接采用并串并聯連接方式，約20個導爆管一束，然后采用導爆管引出地面，引爆裝置引爆。

4豎井監控量測

4.1在施工過程中，進行日常監測的項目主要有地表沉降、洞周收斂、內支撐水平位移、爆破振動速度、周邊建筑物傾斜等【3】。爆破振動速度是反映爆破設計優劣的一個重要指標。施工過程中采用TC-4850爆破測振儀（三通道）進行振速測試。豎井累計進行了21次振速測試，獲取63個振速分量值。主要分布范圍為：1.0cm/s以下4次;1.0cm/s～1.5cm/s之間54次;1.5cm/s～2.0cm/s之間5次。爆破振速基本控制在1.5cm/s以內，爆破安全性很高。

4.2在豎井口范圍，按要求共布置68個地表沉降觀測點。從豎井開始施工時進行初始監測，監測頻率為每天1次。本文選取兩個監測點，分別位于長邊及短邊一側靠近豎井2m處，其時間-累計沉降曲線如圖3所示。CJ1點最大沉降量為31.23mm，CJ2點最大沉降量為23.18mm，施工期間基坑結構穩定。

圖3??CJ1、CJ2時間-累計沉降量曲線圖

5、結論與建議

1）1#豎井施工過程中，共進行了21次振速測試。結果為爆破質點振速大部分控制在1.5cm/s以下，周邊30m范圍地面僅有微微震動。由于全部在白天進行爆破作業，對行人基本無影響。

2）豎井掏槽眼采用復楔形掏槽方式，大大加快了掏槽眼的作業時間，縮短了每循環的施工時間。

3）施工過程中遇到了巖石破碎帶及部分孤堅石，及時調整了炮眼間距及藥量，爆破效果良好。中風化巖層中，周邊眼殘眼率基本在70%以上，超欠挖量得到了有效控制。

4）監控量測在豎井爆破施工過程中作用明顯。根據爆破振動速度、地表沉降等數據的監測分析，可以及時掌握豎井結構及周邊的地層變化情況，及時采取加強措施。

5）豎井長邊方向沉降量與短邊方向比較，沉降量略大。主要原因為長邊方向基坑凈空收斂較短邊略大，容易受爆破振動的影響，對地層的擾動較大。

參考文獻：

[1]?關寶樹.隧道施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]?戴俊等.爆破工程.北京：機械工業出版社，2007.4

[3]王夢恕等.北京地鐵淺埋暗挖法施工[J].巖石力學與工程學報，1989