復雜環境下某深基坑爆破開挖技術應用

張文龍，陳少輝，鄭文富

(廣東中人爆破工程有限公司， 廣東 廣州 510000)

復雜環境下某深基坑爆破開挖技術應用

張文龍，陳少輝，鄭文富

(廣東中人爆破工程有限公司， 廣東 廣州 510000)

介紹了繁華市區內某地鐵車站深基坑爆破開挖工程。采用中深孔控制爆破開挖方式，精細化爆破施工管理方法，確保了市區周圍復雜環境的安全，達到了基坑爆破質量的要求，最大限度控制了飛石、振動和粉塵的危害，加快了地鐵施工進度，為今后復雜環境下地鐵深基坑爆破開挖提供了經驗和借鑒。

深基坑開挖；中深孔爆破；精細化管理

0 引 言

隨著國民經濟的不斷發展，我國地鐵建設事業也逐步加快。城市規模不斷擴大，交通面臨嚴峻的形式，在不占用地面空間的情況下，地鐵成為解決交通問題最佳的選擇，同時，由于地鐵建設往往在鬧市區進行，施工工期長，其中基坑的施工占用大量工期，并且爆破會對周圍環境產生一系列影響，尤其是振動、飛石和噪聲，甚至會影響周圍居民的正常生活，因此，如何在復雜環境下加快地鐵基坑施工進度、滿足地鐵車站基坑爆破施工進度和安全、降低危害成為亟待解決的問題。

本文采用中深孔控制爆破開挖方式，結合精細化的爆破施工管理方法，在廣州地鐵21號線2標天河公園站車站基坑爆破開挖工程展開技術應用，在施工過程中，結合監測數據，并通過不斷調整爆破參數，實現了中深孔爆破技術在地鐵基坑施工中應用的可行性，以及采用覆蓋方法，降低振動措施，并確保了周圍環境的安全。

1 工程概況

1.1 車站簡介

天河公園站南接員村站，北聯棠東站，是本線的第2個車站，為21，11，13號線的換乘站。車站位于黃埔大道與天府路交匯十字路口東北側天河公園地塊內，沿天府路南北向布置。車站全長415.00 m，21號線標準段寬53.1 m，基坑深約18 m ，13號線與21號線交叉節點基坑深度約29.9 m，13號線為一島兩側地下三層車站，標準段寬為34 m，車站基坑開挖深度為20.01 m。車站主體圍護結構采用800 mm厚地下連續墻及Ф1200 mm鉆孔樁加內支撐形式，21，11號線標準段設3道混凝土支撐，13號線標準段共設四道支撐，第一道為混凝土支撐，第二至四道為鋼支撐結合混凝土支撐。21，11號線與13號線交叉節點基坑采用3道混凝土圓形內支撐形式，第四道采用鋼支撐結合混凝土支撐支護。石方工程量約50萬m3，占地長415 m,寬53.1～100 m。

1.2 水文地質條件

車站地質屬瘦狗嶺以南的紅層基巖區，基坑內爆破區域巖層從上到下主要以礫巖和泥質粉砂巖為主。車站地下水按賦存方式主要分為上層滯水、第四系松散土層孔隙潛水、基巖層風化裂隙水。

1.3 場地類別與地震烈度

根據天河公園站巖土工程勘查報告，確定建筑場地類別為Ⅱ類(按建筑抗震設計規范)。本站抗震設防類別為乙類；地震作用按本地區抗震設防6度，抗震措施按7度考慮，抗震等級為三級。

1.4 爆破周圍環境

天河公園站基坑爆破區域為21號線，環形基坑內及13號線。21號線基坑正西側15 m處是天府路，正西面37 m處是天河區政府，西北方向最近距離65 m處為居民區，69 m為天府路加油站。21號線基坑爆破區域正南方向上距離黃埔大道高架橋最近為56 m，南面29 m處是黃埔大道。13號線方向上南側18 m處為項目部辦公室，距離20 m處是生活區，東面184 m處是廣州陽光酒店，基坑周圍環境如圖1所示。

2 工程的重點及難點

由于天河公園車站基坑處于黃埔大道和天府路交叉位置，周圍建筑物居多，兩條道路車流量非常大，又有許多行人經過，要嚴格控制爆破飛石、振動和粉塵危害，做到文明施工，為了滿足設計施工安全，必須針對工程重難點提出相應措施。本工程的重點是對支撐梁系統及孔樁護壁的保護，對爆破危害包括飛石、振動和粉塵的控制。針對性采取的措施主要有:

(1) 對基坑兩側護壁及支撐梁的立柱保護，采取在界面鉆鑿密集空孔減震、預留設保護層采取特殊爆破方法[1]。

(2) 對于控制飛石的問題，首先在孔口壓兩層沙袋，上面覆蓋一層厚鐵皮，最上部覆蓋1～2層建筑紗網。

(3) 基坑內需要爆破的開挖量大，開挖深度大，爆破開挖要滿足進度要求，以使基坑不要裸露太久。采用松動爆破降低炸藥單耗，其次是單孔逐段起爆，減少單一次最大起爆藥量，實現控制爆破振動、飛石在安全范圍內。

(4) 鉆機上裝設捕塵器，必須保證其完好狀態下鉆孔作業。爆破前采用基坑內灑水、基坑頂部使用噴水、淋水裝置最大限度降低粉塵污染。

(5) 本次基坑爆破噪聲大，黃埔大道和天府路車流量、人流量大，警戒壓力大，采取有效的警戒措施，基坑四周布置警戒點。

圖1 基坑爆破周圍環境圖

3 爆破總體方案

經多次論證分析，本工程總體采用中深孔臺階精細爆破開挖方式[2]，輔以淺孔爆破，并在施工過程中進行振動監測，為爆破參數設計和參數優化提供依據。具體方案如下：

(1) 工作面沿東、西走向布置，分別向南、北方向推進，分層、分段爆破。同時開工的工作面必須是兩個以上，便于爆破施工和石渣清運平行作業，組織快速施工?；娱_挖總體設計布置四個爆破作業面(見圖2) 。

(2) 工作面的開挖順序(見圖3)：上部表土清運完畢，即進行測量工作，標定爆破范圍和爆破深度。頂部工作面用液壓炮機和挖掘機平整，達到鉆機可以平順行走的要求。然后利用淺孔施工布置炮孔拉槽爆破。具體拉槽布置在A2和B2區，以拉糟段為自由面，爆破后清理渣土。A3區以A2臨空面為自由面，向北方向推進；B3區以B2區為自由面向南方向推進每段工作面前期。

(3) 基坑主體爆破。臺階高度控制在7～10 m之間，工作面長度等于基坑橫斷面的寬度，炮孔布置如圖4所示。

(4) 靠近地下連續墻爆破施工[3]。為了保護基坑側壁的支撐梁和護壁，根據實際情況，增加布置1～2排減震孔，每隔一個孔裝藥設為保護層炮孔，裝藥量可適當減少，采用不耦合間隔裝藥結構(見圖5)。

4 爆破參數設計

4.1拉槽爆破參數[4]

拉槽區域A2和B2采用42 mm手風鉆進行開挖，分兩次爆破開挖形成長寬均為4 m，深度為4 m的拉槽空間，爆破具體參數見表1。

圖2 開挖總體布置

圖3 工作面開挖順序

圖4 炮孔布置

圖5 減震炮孔裝藥結構

鉆孔孔徑d/mm炮孔孔深L/m最小抵抗線W/m炮孔孔距a/m炮孔排距b/m平均單耗K/(kg·m3)單孔藥量Q/kg4221110．40．8

4.2中深孔爆破參數[5]

(1) 臺階高度取H=10 m；炮孔直徑d=76 mm；鉆孔傾斜度θ=75°；藥卷采用60 mm；最小抵抗線W=(25-30)d；底盤抵抗線W1=(1.2-1.3)W，根據經驗取值W1=2.0 m，超深h=1.0 m；炮孔深度L=H+h=11 m；

(2) 孔距a=(1.25-1.5)W1，取a=3 m；排距b=1.25W1，則b=2.5 m；炮孔回填高度h1=1.5W1，取h1=3.0 m；單耗取0.3～0.35 kg/m3，單孔藥量Q=qabH，則Qmax=26.2 kg。

在實際施工中根據基坑由上到下的地質情況不同，適當進行孔網參數的調整，達到最佳的爆破效果。中深孔裝藥結構示意圖如圖6所示。

圖6 中深孔不耦合裝藥

4.3保護層爆破參數[6￣7]

為了保護基坑側壁的支撐梁和護壁，增加布置1～2排減震孔；減震孔每隔一個孔裝藥設為保護層炮孔，裝藥量可適當減少，采用不耦合間隔裝藥，采用導爆索串聯起來。

(1) 臺階高度取H=10 m；炮孔直徑d=76 mm；鉆孔傾斜度θ=75°；藥卷采用60 mm；最小抵抗線W=(25-30)d；底盤抵抗線W1=(1.2-1.3)W，根據經驗取值W1=2.0 m，超深h=1.0 m；炮孔深度L=H+h=11 m；

(2) 孔距a=(1.25-1.5)W1，取a=2.5m；排距b=W1，則b=2.0 m；炮孔回填高度h1=1.5W1，取h1=3.0 m；單耗取0.25 kg/m3，則Q2=12.5 kg。

5 起爆網路設計

主爆破區域采用孔內外分段的單孔單響非電毫秒延期起爆網路，即孔內采用ms-13雷管，孔外采用ms-3，ms-4，ms-5接力傳爆，起爆網路如圖7所示。采用這種網路的目的是減小單段起爆藥量，最大限度減小爆破振動，同時增加巖石破碎效果。

預裂孔孔內采用ms-5，孔外采用ms-3串聯接力，保證預裂孔比主炮區先響，創造預裂面。

具體起爆網絡圖設計如圖7所示。

圖7 起爆網絡圖

6 爆破安全防護措施

(1) 飛石的防護[8￣9]。一是近體防護：在所有的裝藥炮孔孔口加壓兩個重量不小于20 kg的沙袋，在加壓一層鐵皮防護的基礎上蓋一層建筑紗網。二是遠體防護：在支撐梁上拉一層建筑紗網，防止個別飛石沖出基坑之外。三是對于朝向基坑西側的連續墻地腳處采用液壓炮機破碎處理。

(2) 降低粉塵措施。一是施工前在在基坑工作面進行適當灑水。二是爆破前15 min基坑頂部使用噴水、淋水裝置降低粉塵。

(3) 降低振動措施。一是基坑兩側采用兩排減震孔，并將爆破最小抵抗線方向控制在安全方向上。二是爆破網絡采用單孔單響設計，最大程度降低爆破振動。

7 爆破安全校核

爆破振動的傳播和衰減規律采用以下公式計算[10]：

v=K(Q1/3/R)α

(1)

式中，K，α為地質地形參數，K=150，α=1.75；Q為最大一段爆破藥量，取Q=26.2 kg；R為需要保護建筑物到爆源中心的最近距離，取R=37 m。

代入式(1)，經計算，v=1.82 cm/s，根據《爆破安全規程》[10]規定，本次爆破振動對周圍的建筑物是安全的。

8 爆破效果與結論

2016年4月至10月的爆破施工作業完成了一、二期西側基坑開挖工程，爆破安全，無飛石飛出基坑，爆破振動監測數據無超標滿足安全要求，爆破效果良好。經過幾個月的爆破施工驗證了在精細爆破施工管理下采用中深孔爆破技術在城鎮復雜環境下應用是可行的，既控制了爆破飛石，降低了爆破振動引起的危害，又在很大限度上降低了粉塵污染，做到了安全高效，文明施工，提高地鐵施工進度，為今后復雜環境下城市地鐵車站基坑開挖提供了技術參數借鑒。

[1]王 璞,陳志剛,張道振,等.市區復雜環境下深基坑開挖控制爆破[J].工程爆破,2010(01):35￣39.

[2]夏裕帥,朱振江,林文利,等.開挖火車站大樓基坑的精細爆破控制技術[J].工程爆破,2015(02):21￣24，39.

[3]尹志清,王建軍.減振技術在地鐵基坑爆破開挖中的應用[J].采礦技術,2016,16(02):84￣86.

[4]李洪偉,鄧 軍,顏事龍,等.復雜環境下樓房深基坑巖石控制爆破安全技術[J].爆破,2016(02): 83￣86.

[5]汪旭光.中國典型爆破工程與技術[M].北京：冶金工業出版社，2006.

[6]杜忠龍,張風華,符小海,等.城市復雜環境基坑深孔控制爆破開挖[J].工程爆破,2014(04):38￣40，33.

[7]朱朝祥,蔡 偉,楊建軍.深基坑爆破開挖技術在地鐵工程中的應用[J].爆破,2009(04):49￣52.

[8]項 斌,吳 義,陳艷春,等.復雜城市環境下石方爆破安全防護技術[J].西部探礦工程,2016(07):1￣4，8.

[9]楊仕教,張文龍,鄭建禮.復雜環境下3座塔形框架結構景觀房的控制爆破拆除[J].爆破器材,2016 (01):51￣55.

2017￣06￣08)

張文龍(1989-)，碩士，廣東中人爆破工程有限公司，助理工程師，從事爆破設計與施工,Email:1030168410@qq.com。