鄰近建筑物的車站開挖爆破減振技術

羅海鵬

(中鐵十七局集團第六工程有限公司,福建 福州 350014)

1 引言

21世紀是我國隧道與地下工程建設的高峰期[1,2]。堅硬巖層以爆破方式開挖最為經濟合理,此類工程一般環境復雜、交通繁忙、行人密集,給爆破施工帶來巨大挑戰。王德寶[3]等通過優化爆破網路、布置減振孔、設置減振爆區等減振措施成功控制了爆破振動對周邊被保護建筑的危害,方俊波[4]為了確保距隧道拱頂的地表建筑物安全,采用了大中空孔直眼掏槽技術、一次起爆分部延時爆破、淺孔多眼等技術,將地表建筑物最大垂直振速控制在國標允許范圍之內。蘇興矩[5]在隧道下穿超淺埋軌道時圍巖開挖采用了拱上部周邊打空炮眼減振、開挖面增打減振孔、炮孔復合裝藥、預留光爆層等綜合減振措施。張俊兵[6]等通過對不同地質段采取預裂光面爆破和預留光爆層爆破兩種方法,掏槽眼分別采取五梅花中空直眼掏槽及斜眼掏槽方法,保證了不良條件下小凈距隧道掘進。綜上所述,爆破減振方法多種多樣,需要結合施工具體環境具體分析。本文廈門市車站爆破開挖為例,提出了有效的減振技術措施,對相類似的工程具有一定的參考價值。

2 工程概況

廈門軌道交通1號線中山公園站位于同安路與虎園路三角地塊,車站兩端分別跨同安路和虎園路。車站起點里程YDK1+911.953,終點里程YDK2+070.073,有效站臺中心里程為YDK1+982.928,總長158.5m,為地下三層島式車站,采用明挖順作法施工。車站標準段主體結構寬度為21.9m,端頭井主體結構寬度為25.1m,頂板覆土約3～5m,底板埋深約23～25m,采用地下三層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結構。車站土石方量共有挖方9.58萬m3,其中石方量約6.2萬m3。信義里16號房屋位于YDK1+944.253～YDK1+965.753處,頂板覆土4～4.4m,底板埋深24.3～24.7m。

2.1 工程水文地質

中山公園站信義里16號房屋處車站底板位于中風化花崗巖上,基坑中風化巖層埋深20.9～24.7m。場地至上而下土層為：雜填土、殘積砂質粘性土、散體狀強風化花崗巖、碎裂狀強風化花崗巖、中等風化花崗巖。不良地質與特殊巖土為：素填土富水程度低,殘積土及散體狀強風化帶水量較少,富水程度較低；碎裂狀強風化、中等風化帶因卸荷裂隙較發育,是基巖中等透水性相對突出地層,水量較豐富。地質情況詳見圖1。

2.2 信義里16號房屋情況

信義里16號房屋為5層砌體結構,建于80年代中期,基礎為淺基礎,部分墻體已出現裂縫,經廈門市房屋安全鑒定所鑒定為安全等級C級。信義里16號房屋位于車站基坑右側,距離基坑僅4m,基于以上特點,爆破施工中需要采取一定措施減少爆破產生的不利影響。

3 爆破施工方案

3.1 基坑減振孔布設方案

在信義里16號處,沿基坑開挖邊界鉆3排減振孔,減振孔孔徑為110mm,以200mm×200mm梅花型布置,孔深為基坑及溝槽底部1m。減振孔在基坑開挖線外側布設1排,基坑開挖線內側布設2排,個別敏感區及影響相對較小區域根據監測數據增加或減少減振孔排數。同時內側2排孔間距可適當縮小,盡可能形成減振帶；在最靠近信義里16號建筑物的敏感區域,可適當縮小減振孔的排距及間距,基本形成減振槽,提高減振率。減振孔中不能有水或其它物質(為防止塌孔,在孔內插Φ90PVC管)。基坑減振孔布設圖見圖2?；訙p振孔布設范圍見圖3。

圖1 中山公園站地質剖面圖

圖2 基坑減振孔布設圖

圖3 基坑減振孔布設范圍

3.2 基坑采用數碼雷管爆破方案

數碼雷管是一種延期時間根據實際需要可以任意設定并精確實現發火延期的新型電能起爆器材,具有使用安全可靠、延期時間精確度高、設定靈活等特點。采用數碼雷管可以設計任意時間間隔且精度準確,改變了傳統雷管每段25ms時間間隔且存在串段的現象,使逐孔起爆真正做到了一孔一響,能夠有效實現減振效果。同時數碼雷管可以精確定位各段位的時間差,通過實驗,找到合適的延時差,使波產生相位差,產生波的疊加消減,達到減振效果。

信義里16號處基坑在設置減振孔的前提下,仍有部分區域不能采用常規毫秒雷管爆破,該區域采用數碼雷管控制爆破,即采用數碼雷管替代原設計的常規毫秒雷管,并根據爆破監測數據調整爆破參數及爆破藥量,采用數碼雷管爆破區域見圖4。

4 施工方法

4.1 施工流程

4.1.1 減振孔施工流程

測量放線→減振孔點定位→管線排查→鉆孔機就位鉆孔→成孔保護→爆破→鉆孔機就位鉆孔→成孔保護→爆破

4.1.2 數碼雷管施工流程

炮孔定位→鉆孔→驗孔→數碼雷管檢測→裝藥→數碼雷管注冊、標號(再次檢測)→堵孔→連網→網絡快速檢測→爆破覆蓋→設置起爆時差→完全檢測→起爆→爆后檢查→撤除防護。

4.2 施工工藝

(1)測量定位：測量放線應準確定出基坑開挖邊界線,并使用油漆標記；

圖4 設置減振孔后數碼雷管爆破區域

(2)排查管線：對減振孔布設范圍內地下的管線進行排查,若有影響,可適當調整減振孔的位置；

(3)鉆機定位與鉆孔：移動鉆機到相應的孔位(偏差不能大于30mm),安放水平,鉆頭采直徑Φ11cm,垂直度(垂直度不大于0.5%),為保證鉆孔質量以及成孔效果,進行分層鉆孔,每層鉆孔3m；

(4)成孔保護：成孔后,對減振孔進行保護,孔口使用軟木塞封堵,避免雜物落入孔內,不得有砂石堵塞,不得有水進入減振孔,影響減振效果,為防止塌孔,在孔內插Φ90PVC管。

(5)爆破：完成減振孔后,可進行該處基坑爆破,爆破分為常規毫秒雷管爆破以及數碼雷管的爆破,爆破施工工藝基本相同,僅是使用的雷管種類以及起爆方式不同。爆破開挖2m深后,停止爆破,繼續該段減振孔鉆設,重復第3步鉆機定位與鉆孔、第4步成孔保護以及第5步爆破,直至開挖至基底標高。

(6)基坑應做好排水,設置降水井,在基坑爆破開挖過程中,做好孔內的排水,減振孔鉆設完成后對孔口使用模板或防水布進行覆蓋保護,爆破時檢查孔內有否雜物或水,確保成孔的減振孔內為空孔,保證減振效果。

5 結語

經過前期設置減振孔的爆破振動監測試驗,設置3排減振孔后,振動速度可降振一半以上,可有效減小爆破對周邊建筑物和地下管線的影響。將其與數碼雷管相結合,以滿足復雜施工環境下的爆破減振需求,其施工方案和技術措施可為類似工程提供一定的參考。