淺談城市敏感地帶明挖基坑弱爆破施工技術(shù)

一、工程概況

位于徐州市的城市軌道交通3號線南三環(huán)站附屬結(jié)構(gòu)區(qū)段內(nèi)下伏基巖為中風(fēng)化泥灰?guī)r及中風(fēng)化灰?guī)r，無活動斷裂、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)，但基底局部有巖溶等不良地質(zhì)，綜上所述，本站附屬結(jié)構(gòu)地質(zhì)條件較好。

該車站位于三環(huán)南路與北京北路交叉口，車站四周范圍內(nèi)均有居民建筑。為減少爆破施工對周邊環(huán)境及居民生活的影響，所以弱爆破施工技術(shù)就顯得尤其重要。

二、爆破原則及方案綜述

根據(jù)規(guī)范及設(shè)計要求，在爆破施工中既要保證基坑的凈空及基坑圍巖的自穩(wěn)性，又要確保周邊環(huán)境的穩(wěn)定，不能對支護(hù)結(jié)構(gòu)、管線等造成破壞。故保證巖體完整性，縮短工期，增加效益等方面是確定爆破施工方案的重難點。為確保以上爆破目標(biāo)的實現(xiàn)，擬采用分段分層開挖法、臺階法配合弱爆破進(jìn)行施工。

施工方案為：

（1）本車站明挖基坑，從車站兩端向中部掘進(jìn)，將基坑分為左右兩部分，先挖一側(cè)，當(dāng)先開挖的一側(cè)前進(jìn)一定距離時，再開挖另一側(cè)。如此循環(huán)，直至開挖結(jié)束。

（2）施工期間，全面考慮周邊環(huán)境及居民，避免施工振動過大，對環(huán)境造成破壞，或威脅居民生命安全。因此，要適當(dāng)調(diào)整爆破參數(shù)，并優(yōu)整孔網(wǎng)幾何參數(shù)。

（3）輪胎鋼絲編織炮被覆蓋兩層，確保可以阻擋飛石。

三、參數(shù)選擇、爆破設(shè)計

（一）參數(shù)選擇

影響弱爆破因素包括多種，一般來說，孔距離、鉆孔直徑是主要影響因素。影響裝藥參數(shù)主要有四種，分別為孔底裝藥密度、不耦合系數(shù)、裝藥密度、臺階高度，正常情況下，臺階高度400cm 最為適宜。孔距離用a 表示，孔距系數(shù)用n 表示，孔直徑用d 表示，計算公式為n=a/d，從機(jī)械設(shè)備實用性角度來講，d 參數(shù)約42mm。線裝藥密度——q'、孔底裝藥密度——q''，弱爆破孔距系數(shù)取值范圍為8～12 時，視巖石情況具體確定孔距系數(shù)值，如果巖石質(zhì)地較硬，則取值為12，計算得知孔距離為51cm。

同主爆行距用w 表示、孔距系數(shù)用m表示，關(guān)系式為m=a/w，其中孔距系數(shù)作為判斷主爆對弱爆破效果影響的重要因素。室外施工時，孔距系數(shù)取值范圍為0.5～1.0，取值為0.5 時，經(jīng)公式代入求得同主爆行距為1.02m。

不耦合系數(shù)值定為1.7，它由炮孔直徑與所用炸藥直徑的比值定，經(jīng)公式求得炸藥直徑為φ25。

表1 預(yù)裂孔參數(shù)

根據(jù)這一公式計算求得線裝藥密度q'=（1～6）d（g/m），堅石情況下，其系數(shù)取5，由上式得：q'=5×42=210g/m3。孔深淺不一，所以q"動態(tài)變化：當(dāng)L=400cm 時q"=q'=210g/m3。

（二）爆破設(shè)計

爆破設(shè)計內(nèi)容包括兩方面，第一方面即炮孔布置，弱爆破從中間向周圍鉆眼，中間先爆破形成臨空面后再向周圍進(jìn)行爆破。站在淺孔爆破角度來講，應(yīng)妥善處理炮孔與臨近主炮孔間關(guān)系。具體來說，基于坡面邊界線設(shè)定預(yù)裂孔、合理設(shè)置孔距離，孔深淺以施鉆高度、開挖面標(biāo)高差值為依據(jù)，如以下鉆孔方式布置圖。針對主爆區(qū)進(jìn)行爆破設(shè)計時，既要注意起爆順序，又要鋪設(shè)起爆網(wǎng)，接下來設(shè)計主炮孔。第二方面即設(shè)置預(yù)裂爆破設(shè)計參數(shù)，根據(jù)相關(guān)理論完成下述參數(shù)設(shè)定。

四、參數(shù)選擇、設(shè)計——主炮孔

合理控制爆破參數(shù)，這是提高爆破效率、優(yōu)化爆破效果的重要條件，同時，能對城市敏感地帶明挖基坑有效施工有促進(jìn)作用。

第一，設(shè)計鉆孔直徑，根據(jù)施工現(xiàn)場現(xiàn)狀準(zhǔn)備施工設(shè)備或機(jī)械工具，直徑首定參數(shù)為4.2cm，孔底部標(biāo)高預(yù)留距離約0.24m，待階段性開挖工作結(jié)束后，要想完成連續(xù)開挖目標(biāo)，勢必要借助水平眼實現(xiàn)這一目的。

第二，適當(dāng)控制臺階高度，根據(jù)爆破需要調(diào)整底盤抵抗線高低，巖石質(zhì)地硬度較大時，底盤抵抗線參數(shù)取值范圍為1.5～1.8m。

表2 主炮孔參數(shù)

第三，炸藥單耗q 距離此處建筑較近，取值范圍3～0.6kg/m3。

第四，設(shè)計炮眼間距a，a=（1.0～2.0）W和a=（0.5～1.0）L聯(lián)合取較小值，得a=1.5～1.8m，并依據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)整。

第五，設(shè)計炮眼排距b，取值范圍為1.2～1.5m，參照孔直徑、炸藥爆破力、巖石消耗等參數(shù)予以調(diào)整。填塞長度以20～40孔徑為依據(jù)，即0.8～1.7m，根據(jù)實際情況而定。

第六，單孔裝藥量，參照Q=qaWH、Q=KqabH 確定裝藥量，其中增加系數(shù)用K表示，最終完成預(yù)裂孔一排、主炮孔四排設(shè)定任務(wù)。根據(jù)布點高度具體確定，當(dāng)高度為400cm 時，爆破參數(shù)（主炮孔參數(shù)）如表2所示。

五、主炮孔安全驗算

具體指飛石距離驗算、爆破震動速度驗算。

根據(jù)飛石距離驗算公式：

——Rfmax=40/2.54×d=40/2.54×4.2=66.1m，v=k(Q—√3R)αv=K(Q3R)α。爆破震動速度驗算時，質(zhì)點爆破震動速度、爆心至計算點距離、炸藥量、衰減系數(shù)、巖石地質(zhì)相關(guān)系數(shù)分別用v、R、Q、α、k 表示，其中k 取值100、α 取值1.4，南三環(huán)站與貝殼賓館間距離為：

18v=100×(0.31/3/18)1.4=0.997cm/s＜1.2cm/s。

當(dāng)爆破震動速度安全值為2cm/s，結(jié)合本站情況爆速安全值取值為1.2cm/s。梯段高度為四米時，兼顧線路縱斷面，并考慮橫斷面標(biāo)高值增減，據(jù)此選用適宜規(guī)格爆破器材，最終準(zhǔn)確計算預(yù)裂孔參數(shù)、主炮孔參數(shù)，這既能保證施工時間，又能優(yōu)化施工質(zhì)量。梯段高度小于四米、排數(shù)小于五排時，適當(dāng)調(diào)整炮眼炮孔距離、堵塞長度，使最小抵抗線在線路縱向。

六、爆破施工

爆破施工具有高風(fēng)險、復(fù)雜性、系統(tǒng)性特點，要想順利完成施工任務(wù)，應(yīng)按照一定順序完成施工任務(wù)。

一般來說，施工人員對爆破施工活動全過程分析，事前做好準(zhǔn)備工作，待準(zhǔn)備就緒后進(jìn)行爆破設(shè)計，參照設(shè)計方案測量放線，隨后鉆眼、裝藥、起爆、運輸，有序啟動循環(huán)爆破活動。

本段施工邊坡高約25～30m，參照設(shè)計要求選用不同開挖方式，一般來說，基坑左右側(cè)使用臺階開挖方式，高度少于四米且路基頂面標(biāo)高預(yù)留0.25m 時，主要實施一次開挖到位方法，并預(yù)留碎落臺；高度超過四米時，實施分臺階鉆孔方法。需注意的是，鉆孔環(huán)節(jié)適當(dāng)控制預(yù)裂炮孔深度，視情況調(diào)整邊坡高度。分層處留置工作平臺，寬度控制為2m，接下來完成下部邊坡預(yù)裂開挖任務(wù)，開挖期間，從碎落臺及其上部入手，然后堅持逐層開挖原則，避免碎石外散。

鉆孔過程中，嚴(yán)控鉆孔精度，順邊坡線方向保證孔口緊密度，將蓋層殘渣及時清除，確保鉆機(jī)運轉(zhuǎn)面穩(wěn)定作業(yè)。與此同時，妥善固定測防孔，保證測放孔在0.3m 以內(nèi)。預(yù)裂孔能否達(dá)到預(yù)期效果，務(wù)必借助斜鉆孔設(shè)備合理確定預(yù)裂孔參數(shù)，且方向與設(shè)計方向相同，比例為1 ∶0.75，施鉆方向應(yīng)垂直于開挖面，孔底在相同底板平面，且中心偏離設(shè)計坡面小于孔底1%。主炮孔采用垂直鉆孔，方向與設(shè)計方向相同。起爆操作遵循下圖順序。

圖1 起爆網(wǎng)絡(luò)與起爆順序示意圖

下圖中，起爆器先將第一排的左側(cè)的1、3、5、7、9 孔逐個起爆，然后再逐個起爆第一排右側(cè)的1、3、5、7、9 孔，接著逐個起爆第二排右側(cè)的1、3、5、7、9 孔，接著逐個起爆第二排左側(cè)的1、3、5、7、9孔，然后再逐個起爆第三排左側(cè)的1、3、5、7、9 孔，最后逐個起爆第三排右側(cè)的1、3、5、7、9 孔。同一排每個孔起爆間隔50ms，相鄰排之間起爆間隔100ms。

七、安全措施

明挖基坑弱爆破施工時，從技術(shù)措施、安全措施兩方面入手。技術(shù)措施包括：保證隧道輪廓線準(zhǔn)確性和平穩(wěn)性，根據(jù)孔眼合理確定施鉆位置；適當(dāng)改變施鉆角度，使其與基坑開挖面保證90°，并根據(jù)具體要求做出調(diào)整；穩(wěn)固鉆機(jī)架，保證入孔口位置精確度，避免施工中誤差，進(jìn)而增加施工風(fēng)險；參照相關(guān)作業(yè)要求及具體程序設(shè)定鉆機(jī)，盡最大可能控制卡鉆孔精度；同一平面上平衡地眼位置，確保各孔深度滿足交底施工需要；鉆孔完成后，確保孔口安全性，將其有效覆蓋，避免碎石調(diào)入孔內(nèi)。

從安全角度出發(fā)，施工人員以相關(guān)規(guī)程為依據(jù)，盡可能降低安全事故發(fā)生幾率，即便出現(xiàn)違章行為，根據(jù)這一規(guī)程予以懲處；堅持精細(xì)化管理原則，做好全過程檢查工作，降低瞎炮及亂放炮發(fā)生率；炮前全面防護(hù)、炮后認(rèn)真檢查；炮后及時處理開挖面，將碎石清理干凈；居民區(qū)爆破施工時，應(yīng)保障居民安全，在適當(dāng)位置設(shè)置屏障，如增設(shè)鋼絲網(wǎng)，需注意的是，設(shè)置靠近最近炮眼2m 處，鋼絲網(wǎng)之間緊密連接，盡可能保障居民財產(chǎn)及生命安全。