深基坑爆破開挖技術的現狀與發展建議

■方騰飛，李永濤■.西安科技大學 建筑與土木工程學院，陜西 西安 70054；.陜西天佑建設工程公司，陜西 西安 70000

隨著城市地下空間的開發利用，高層建筑和地鐵車站的基礎埋深不斷增大，深基坑工程向大深度和大規模方向發展［1］。但是，開挖土方量之大，工期之長，甚至多數情況下還要入巖，傳統的機械開挖顯然不能滿足工程的實際需要，爆破開挖技術成為一種勢在必行的有效手段。

1 深基坑爆破開挖技術概述

爆破是利用炸藥爆炸瞬間產生的高溫高壓氣體的沖擊能量，對周圍介質或物體產生壓縮、變形、破碎、拋擲或拆毀等特定目標的技術手段。它常用于基坑和土石方的開挖，根據擬建工程的地質概況，選擇合理的爆破方案，對深基坑所要開挖的土體進行爆破設計的土方開挖方法。根據炮孔深度，爆破可分為淺孔爆破和深孔爆破，淺孔爆破多用于巖石深基坑。由于深基坑爆破開挖技術屬于控制爆破技術應用的一個具體領域，因而將它歸屬為巖土開挖控制爆破技術更為合理［2］。

2 深基坑爆破開挖技術

2.1 垂直爆破開挖

爆破開挖常常受制于地形地理情況，在巖石完整地層狹小區域的深基坑，通過在巖層上垂直鑿孔裝放炸藥進行開挖的技術稱為垂直爆破開挖技術。賈東亮等從施工工期和成本兩個方面將垂直爆破開挖技術與放坡爆破開挖技術進行了比較，得出了垂直爆破開挖可節省工程成本，縮短施工工期同等施工能力條件下，垂直爆破施工工藝相比于傳統的放坡爆破工藝更為合理［3］。垂直爆破開挖技術也可用于深水下的橋梁墩臺深基坑的開挖。

2.2 微差爆破技術

又稱為延期爆破技術，主要體現在起爆技術的延時，這便使爆破按設定的順序進行。將它可用于超深基坑分層開挖中。根據爆破實施差異又可以分為排間微差、孔間微差、孔內分段微差［4］。因其較優的減震效果，可以為爆破方案的優化提供了一個較好的選擇。隨著孔間延時優化研究不斷的深入，精確延時爆破技術逐漸引起了人們的關注。它廣泛應用于城市地下地鐵隧道的鉆爆、邊坡的開挖工程中。

2.3 預裂爆破技術

也稱為“光面”爆破技術，指通過徑向不耦合裝藥及藥量控制，使爆炸壓力在通過藥包與孔壁間空氣層時得以削減，孔壁不會出現明顯的壓碎，而只產生裂紋，滯后的高壓氣體膨脹作用使孔間連線上的裂紋貫通成縫［2］。某些深基坑工程中，先對基坑周邊土體進行預裂爆破，可使基坑內側壁保持平整度，產生的裂縫可隔離坑壁圍巖以減少擾動。在位于山區的橋梁拱座深基坑，由于高陡的臨空面，可能誘發落石和崩塌的風險，常采用帶緩沖層的預裂爆破技術。緩沖層的主要作用是對爆破影響范圍區的構筑物或者建筑物進行防護，減小飛石的危害。

2.4 拉槽爆破+深孔爆破或淺孔爆破

拉槽爆破根據掏槽方式不同分為直眼掏槽和斜眼掏槽，最早用于煤礦巷道掘進中。經過逐步改進后，可用于建筑深基坑開挖中。可以從基坑短側邊進行掏槽爆破創造新的自由面，也可以從基坑中斷面進行掏槽爆破創造自由面，從而為深孔和淺孔爆破增加了作業面。掏槽的形式根據基坑所處的地形條件和斷面形式，“V字形采用居多。待深孔或淺孔爆破完成后，采用光面爆破可以保證基坑坡面平整，減少對基坑周圍巖體的擾動。

2.5 柔性墊層保護層爆破

水工建筑深基坑開挖時，為了保證基巖面完整和巖體不受爆破損傷過大，在炮孔底部設置柔性材料緩沖墊層以減少爆炸沖擊波對巖石損傷的爆破方法稱為柔性墊層保護層爆破技術。常用的柔性材料有：鋸木屑、巖石屑、塑料泡沫顆粒、竹筒。通過爆破效果分析得出以下評價：聚乙烯泡沫的波阻抗最小，緩沖減震效果最好，但需要訂做成一定規格；竹筒效果次之，但需要專門加工；鋸末的效果又次之，經濟，且施工方便；木材效果最差，且最不經濟［5］。因此，鋸木屑作為柔性緩沖材料相對合理。

3 深基坑爆破開挖技術發展建議

現代化破碎巖石機械研究已取得了不錯的進展，發展前景廣闊的水射流輔助機械破碎巖石技術，以及粒子射流沖擊破巖技術等。然而這些技術仍處于實驗研究和推廣應用初期階段，短期內大體積土方開挖的深基坑工程仍采用爆破技術。爆破作業向著安全、高效、經濟、環保的目標是新時期深基坑爆破技術發展的趨勢，研究新型低威力、低爆速的乳化炸藥對于深基坑巖土開挖技術有著重要意義。目前，深基坑爆破開挖技術發展仍存在諸多問題，例如：深基坑爆破理論研究和優化設計脫離；裝藥方式和起爆器材的研發落后；復雜環境下爆破開挖安全控制等問題。鑒于此，給出以下三點建議：①借鑒成功的深基坑爆破開挖工程技術資料，針對不同深基坑地質地形條件，建立爆破關鍵設計參數數據庫，提高優化設計的效率。研發深基坑爆破設計專用軟件，推廣深基坑爆破理論研究的應用；②研究不同爆破技術的專用裝藥藥卷，改善裝藥方式，如通過改善裝藥結構而形成的空氣間縫裝藥爆破技術。在普通延期雷管的基礎上逐步取代索起爆，研究高精度的電子延期雷管。通過軍轉民，推廣應用微電子技術雷管，可提高深基坑爆破技術的可控性和安全性；③深基坑爆破開挖產生的振動速度應滿足《爆破安全規程》所要求的安全振動速度，根據爆點與鄰近建筑物的距離，必要時設置減振孔。進行飛石安全距離計算時，選擇足夠的臨空面，并對基坑周邊土體防護。利用信息智能化監測系統，通過對振動和爆炸前后巖體的力學響應檢測，及時反饋動態化爆破施工信息，用于爆破開挖的安全控制。

4 小結

針對不同類型的深基坑，無統一的爆破開挖方案設計框架，仍采用傳統的設計思路，未能整合成功的深基坑爆破開挖工程實踐經驗。試驗爆破參數的優化可供科學的選擇最小抵抗線、爆破孔孔深、炮孔間距等孔網參數，因此必須重視。將幾種爆破技術融合應用于深基坑爆破開挖中，如光面爆破和護臂爆破的結合可以提高爆破開挖效率。最后，通過科學優化爆破方案設計及爆破振動控制，從而保護基坑圍巖的穩定，提高施工進度，保證施工質量。

［1］桂國慶，涂鏗.深基坑工程的研究現狀與發展趨勢［J］.工程力學（增刊），2000，3.

［2］周志強，易建政，王波，等.控制爆破技術研究現狀及發展建議［J］.四川冶金，2009（6）：59-64.

［3］賈東亮，趙西文，席文勇，等.垂直爆破開挖技術在狹小區域深基坑施工中的應用［J］.施工技術，2015（1）：46-48.

［4］朱海波.控制爆破技術研究現狀及發展建議［J］.施工技術，2017（2）：94-95.

［5］黃霖.大壩基巖保護層開挖中柔性墊層爆破方法及爆破效果研究［D］.武漢理工大學，2003.