復雜苛刻環境下爆破減振技術的應用

中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710000

1 工程概況

深圳市城市軌道交通8號線一期工程起于蓮塘站站后折返線，終至鹽田站，途徑深圳市羅湖區、鹽田區，線路全長12.347km，全線采用地下敷設方式。線路穿越蓮塘街道辦、田心街道辦周邊多為20世紀80年代改革開放初期建設的房屋群，鹽田港為新興的商業區，地質巖性為中、微風化凝灰巖和花崗巖，由于工程實施前期爆破作業會對周邊居民及商住造成影響，實施過程中經過與建設方、設計方的方案比選，決定采用電子數碼爆破結合聚能水壓爆破的方式進行爆破。

工程實施沙頭角車站、鹽田港車站基巖突起段落距離房屋最近僅3m，地鐵深外高中站緊鄰學校宿舍樓，蓮梧區間下穿蓮塘保障房、側穿合正錦園，距離房屋最近不到2m（見圖1、圖2）。

圖1 區間線路下穿、側穿建筑物

圖2 車站基坑與建構筑物關系

2 工程實施難點

工程實施前期采取的方案，即機械法開挖、靜態開挖、普通控制爆破，取得的效果都不太明顯。

（1）石方開挖采用機械開挖噪聲較大、對周邊環境影響較大。依據《聲環境質量標準》（GB 3096—2008）的規定，以居住、文教機關為主的區域噪聲最高排放限值白天為55dB，夜間為45dB。根據主要施工機械設備的噪聲聲級分級可知，機械開挖采用液壓巖石破碎機的噪聲聲級如下：距聲源1m處噪聲聲級值為83～93dB，距聲源10～20m時噪聲聲級值為75～69dB；以上為多臺設備作業時，噪聲將疊加，疊加后為95dB。采用機械開挖時，若噪聲排放值超過標準要求，將對周邊居民、學校的生活環境造成不良影響。

（2）石方開挖采用機械開挖施工效率低、占用時間長。需石方開挖的巖層為中、微風化凝灰巖和花崗巖，根據室內試驗，其飽和抗壓強度范圍值為42.9～139.4MPa，屬較硬巖～堅硬巖，采用機械破碎效率低、占用時間長。

（3）靜力破碎效率低，且成本高。采用靜力破除對周邊環境影響最小，但是因各工點石方量大，施工效率低，成本較高，不宜大規模使用。

（4）普通爆破器材的選取不能滿足分段的要求。目前市場上毫秒延期制作裝配工藝及精度指標難控制，導爆管段位多為1～15段，延期時間長達0～880ms。大區微差爆破需要多段等間隔的微差起爆，現場起爆跳段使用不能達到精準延時控制要求。

（5）普通爆破難以平衡功效和滿足爆破振速不大于1cm/s的要求。采用普通爆破施工影響時間短，每天僅影響1～2次。根據《爆破安全規程》（GB 6722—2014），一般民用建筑物振速V≤2cm/s，而根據深圳地方爆破要求，爆破振速不得大于1cm/s，采用普通爆破需分區、分段，這樣爆破作業功效將大幅度降低。

3 周邊環境需求及地方要求

根據《爆破安全規程》（GB 6722—2014）中第13條的規定，對于一般民用建筑物安全爆破振速取1.5～2cm/s。該項目立項之初考慮工法為普通爆破或機械方式開挖，爆破振速不大于2cm/s。

進場后根據個別段落施工及周邊環境評估，周邊居民投訴較多，商業區玻璃幕墻較多，爆破振動對其影響較大，部分房屋因建造年代長，存在缺陷，同時根據深圳市公安局爆破施工的相關規定，在建筑物周邊范圍內進行爆破作業時其振速不得大于1cm/s。實際考慮人對震感的敏感度，控制安全爆破振速取值小于1cm/s。

4 減振技術的應用

該工程結合實際情況，在傳統礦山法施工過程中采用了數碼雷管結合聚能水壓引爆方式的爆破應用技術，在明挖基坑中采用數碼雷管引爆方式精準延時控制爆破技術，通過微差時間精準延時控制和裝藥方式的改變達到減振效果。

（1）電子數碼雷管爆破。①精確控制起爆延時時間不受段別影響，在0～16s可任意設置時差，時差在0～100ms，偏差小于1ms，便于根據現場情況優化起爆網絡，減少爆破產生的振動波。②通過精準控制單次爆破量，擴大了爆破規模，降低爆破振動。③明顯改善了破碎塊度，控制拋擲距離，減少了爆破振動，有效降低了爆破單耗，減少鉆孔數量。④提高了爆破作業的安全性，避免出現大量地面傳爆雷管，簡化了起爆網路施工操作，可減少爆破器材數量。

（2）聚能水壓爆破。利用水壓爆破炮眼中的水，爆轟波在水中傳播的沖擊波對水不可壓縮，爆破能量幾乎無損地傳遞到炮眼圍巖中，這種無能量損失的應力波十分有利于巖石破碎，而且聚能槽產生的高溫、高壓射流和水袋在爆炸作用下產生的“水楔”效應，會促使巖石初始裂縫延伸擴展加大且防止巖爆。同時爆炸波通過水的傳播吸收了能量，有效降低了爆破振速。

5 工程實體的應用

5.1 薩道夫斯基經驗公式預測計算

我國目前以保護對象所在地表質點峰值振速為爆破振動判據的主要指標，根據《爆破安全規程》（GB 6722—2014），按薩道夫斯基公式計算爆破時產生的地表質點峰值振速：

式中：V為地面質點峰值振速，cm/s；Q為炸藥量，kg，其中齊發爆破為總藥量，延遲爆破為最大一段藥量；R為觀測（計算）點到爆源的距離，m；k、α分別為與爆破點至計算點間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數。

結合該項目工程的特點，考慮地方要求及人對振動的敏感程度，振速取值V=1cm/s；該工程圍巖為微風化凝灰巖，飽和抗壓強度平均值為95.4MPa，屬較硬巖～堅硬巖，取k=165、α=1.65。不同距離的振速和最大同段裝藥量見表1。

表1 不同距離的振速和最大同段裝藥量

5.2 蓮梧區間礦山法爆破施工

蓮梧區間工程多處下穿、側穿居民樓，按照爆點距離建筑物R=30m（區間埋深20m）選取參數，控制單段最大裝藥量Q≤2.51kg即可滿足要求。根據爆破孔網參數，全斷面爆破施工中需要每2～3孔起爆，利用數碼雷管結合聚能水壓爆破精準延時實施控制。

現場Ⅲ級圍巖采用全斷面電子雷管結合聚能水壓爆破精準延時微差爆破，開挖斷面面積為41m2，布孔85～90個，循環進尺控制在2.2～2.5m，過程中調整炸藥用量及布孔參數，且進行連續振速量測，對爆破效果進行評價分析。具體操作見圖3～圖6，數碼電子雷管結合聚能水壓爆破效果評價見表2。

圖3 水袋加工

圖4 聚能管加工

圖5 裝藥后掌子面情況

圖6 拱頂地表爆破振速監測

表2 數碼電子雷管結合聚能水壓爆破效果評價表

經綜合分析，采用數碼雷管結合聚能爆破后，炸藥用量減少，爆破效果也能夠滿足要求，減振效果可以達到60%～80%，現場實際鉆孔深度為2.2～2.5m，克服常規爆破單循環進尺0.8～1.0m，有效提高了施工功效。現場單循環斷面有85～90個孔，數碼雷管使用成本增加，在復雜特殊環境下使用時，考慮社會效益及和諧施工，經濟上是合理的。

5.3 鹽田港、沙頭角、深外高中站明挖基坑爆破開挖

兩個車站明挖基坑內基巖突起部分均為微風化凝灰巖，總結類似工程經驗，結合該工程實際情況，采用淺孔電子數碼微差松動爆破技術。爆破鉆孔直徑不宜選擇過大，實際采用的鉆孔直徑d=42mm，通過控制單孔裝藥量和數碼電子雷管精準延時起爆技術以實現降低爆破振動的綜合控制。

試爆參數選取：臺階高度H=1.2～1.5m；最小抵抗線w=1.0m；孔距a=1.2m；排距b=1.0m；孔深L=1.5m；超深h=0.3m；炸藥單耗，根據巖石性質取k=0.5kg/m3（試爆參數）；單孔裝藥量q=kabH=0.5×1.2×1.0×1.2=0.72kg；堵塞長度Ld＞0.7m；布孔方式采用梅花形布孔。

參考不同距離單段最大用量表，考慮基坑深度及圍護結構的影響，隨著布孔位置與建構筑的距離變化，取R=30m，控制單段最大用量Q≤2.51kg，這樣就能滿足振速要求，起爆網路在靠近圍護結構側控制最大4孔同段起爆。現場通過調整炸藥單耗、孔網參數，實時監測振速情況，及時進行了爆破效果評價。具體操作及效果見圖7～圖9，數碼電子雷管精準延時爆破試驗評價見表3。

圖7 數碼雷管裝藥連線

圖8 30m處爆破振速監測

圖9 破碎效果

表3 數碼電子雷管精準延時爆破試驗評價表

爆破過程中，根據車站基坑圍巖分布情況，將50m以外區域作為爆破試驗區，分別測得不同距離和不同炸藥單耗下的爆破振速值。通過試驗區分析，孔間延遲時間控制在4～8ms，炸藥單耗控制在0.4～0.45kg/m3，爆破破碎效果最佳，振速控制能夠滿足要求，一次爆破可以達到800個孔，單次爆破方量可以達到400～600m3，綜合功效合理。

6 結束語

應用電子數碼雷管結合聚能水壓爆破技術，通過精準延時微差控制爆破，能夠有效降低爆破振動30%～60%，降低炸藥單耗8%～15%，解決越來越突出的社會和諧施工問題。數碼電子雷管也存在一些不利因素，如成本高、操作復雜、技術難度大、使用不便捷等，其中單發數碼電子雷管近百元的單價是目前數碼電子雷管全面推廣緩慢的主要原因。但在復雜特殊環境工程中，安全要求十分嚴格，特別是爆破振動控制苛刻的情況下，使用該項技術不僅可提高功效，從綜合經濟效益方面考慮也是合理的。