城市復雜環境安全爆破技術研究

中鐵五局集團第四工程有限責任公司，廣東 東莞 523000

1 工程概況

深圳地鐵14號線大運樞紐主體工程接近地鐵3號線大運站，主體工程沿龍崗大道（地鐵3號線）布置，跨越龍飛路路口，開挖區起點為16號線ZDK9+984.026，終點為16號線ZDK10+768.453，長度為784m，基坑最大寬度為139.34m。

實施爆破作業的地點主要集中在基坑開挖區北端，爆破對象大部分在地面10m以下，為中風化和微風化灰巖，含少量強風化灰巖。北端基坑與地鐵3號線橋墩最近距離為3.43m，與寶荷-龍崗大道立交匝道最近距離為3m，與寶荷路主道最近距離為62.3m，與頤安都會高層建筑物最近距離為14.73m，與頤安都會幼兒園建筑物（多層）最近距離為9.09m，與舒友服飾公司建筑物最近距離為46.9m，與項目部自建板房最近距離為2.5m，與基坑東側建筑物最近距離為71m。

2 施工方案

該項目石方爆破方案選擇在距離建筑物（含地鐵3號線）等保護物10m以外的基坑爆破，設計如下。

（1）密集孔、小藥量、弱松動、淺孔爆破作業（孔徑為50mm）。由上而下分臺階爆，根據爆破點與被保護物的距離，臺階高度H為2～4m。

（2）采用微差爆破控制爆破振動，通過爆區炮被覆蓋防護、坑口鋼板模塊遮蓋防護控制爆破飛石。

3 爆破設計

3.1 最大段藥量設計

微差爆破時的單響最大段藥量Qmax的計算公式如下：

式中：Qmax為微差爆破時最大段藥量或齊發爆破總藥量，kg；R為爆破中心到測點的距離，m；V為允許的安全振速，cm/s；K為與場地有關的系數，根據類似經驗取180；α為地震衰減指數，根據類似經驗取1.65。

3.2 基坑主要爆破參數

采用多排毫秒擠壓爆破，起爆網路為非電毫秒延時爆破網路。正常臺階爆破采用垂直鉆孔，若自由面緩傾斜則前排采用斜孔、后排采用垂直孔，布孔形式為梅花形或矩形。

（1）底盤抵抗線W0。一般可按以下兩個公式計算：

式中：D為炮孔直徑，dm；θ為裝藥密度，kg/dm3，取0.85kg/dm3；ψ為裝藥系數，一般為0.35～0.65，取0.60；k為炸藥單耗，kg/m3，取0.45kg/m3；m為炮孔密集系數（即孔距與排距之比），取1，即正方形布孔。

式中：H為臺階高度，m。

當淺孔爆破孔徑為50mm時，計算可得W0=1.5m。

（2）孔距a、排距b。計算公式如下：

式中：m為深孔鄰近系數，密集孔爆破時m≤0.8；W0為底盤抵抗線，m。

炮孔參數對應表見表1，淺孔爆破裝藥參數對應表見表2，分層爆破炮孔布置示意圖見圖1。

表1 炮孔參數對應表

表2 淺孔爆破裝藥參數對應表

圖1 分層爆破炮孔布置示意圖

（3）孔深L。計算公式如下：

式中：H為臺階高度，m，一般淺孔爆破H為2～3m；h為炮孔超深，m。

該爆區為硬巖，取h=（0.15～0.35）W0，計算后淺孔爆破取h=0.2～0.3m。

（4）炸藥品種與炸藥單耗K。根據該地區常用炸藥品種，選用φ32mm乳化炸藥裝藥。炸藥單耗與巖石可爆性、炸藥特性、自由面條件、起爆方式和塊度要求有關，根據該地區多個工程條件類比和控制爆破要求，淺孔爆破取K=0.30～0.45kg/m3，當巖石風化時，炸藥單耗可適當降低。

（5）單孔藥量Q。前排和后排單孔藥量的計算公式如下：

式中：Q為單孔藥量，kg；K為炸藥單耗，kg/m3；a為孔間距，m；b為排間距，m；W0為底盤抵抗線，m；H為臺階高度，m。

3.3 起爆網路、起爆方式與起爆順序

根據環境條件與爆破振動計算要求，將同段起爆的藥量控制到最小，這樣有利于降低爆破振動，減少爆破振動給周邊帶來的安全影響和擾民影響。樁井爆破和小基坑爆破等采用塑料導爆管起爆網路。孔內為導爆管雷管，毫秒爆破，間隔時間為25～75ms。超過一定爆破高度則采用分段裝藥結構，孔外非電接力起爆網路，即孔間和排間微差接力爆破。孔內起爆順序為下層先響，上層后響。起爆雷管為電雷管或激發針，GM-500型起爆器遠距離起爆，起爆連接示意圖見圖2。

圖2 起爆連接示意圖

4 爆破有害效應控制措施

4.1 爆破振動控制

（1）裝藥結構。采用大孔徑不耦合裝藥爆破法（如φ50mm孔裝φ32mm乳化炸藥）。

（2）改變最小抵抗線的方向。在地質、地形條件及爆破參數相同的條件下，振動作用最強烈的方向是最小抵抗線的正后方，側面相對較小。根據爆破位置與建筑物的關系，臺階爆破時可采用對角線或V形起爆方案，改變最小抵抗線方向，避開保護物。

（3）爆破振動監測。委托有資質的爆破監測單位，采用檢測合格的儀器儀表，實時監測爆破振動指標。

4.2 爆破飛石與沖擊波防護

根據類似項目施工經驗，爆破坑口覆蓋材料為活動蓋板遮蓋防護，蓋板制作材料為鋼板+工字鋼。活動蓋板外框為槽鋼或工字鋼，將5～10mm鋼板作為硬性遮擋材料，密布焊接在工字鋼上。爆破前在坑口安放活動蓋板防護，以對爆破飛石起隔離防護作用，活動蓋板用施工吊車移動或自行軌道移動，覆蓋時使蓋板與地面保持20cm間隙，起到緩沖排泄空氣波的作用。基坑蓋板覆蓋范圍為爆破飛石影響區內的坑口全面積覆蓋，一般為爆破點外延70m范圍，爆破坑口覆蓋防護示意圖見圖3，其中面板為5～10mm厚的鋼板。

圖3 爆破坑口覆蓋防護示意圖

全部爆破作業采用孔內裝藥法，禁止裸露藥包爆破。二次破碎采用液壓炮機進行機械破碎，禁止在二次爆破中采用裸露藥包爆破法。爆破產生的空氣沖擊波很小，對周邊環境無安全影響。

4.3 安全警戒

（1）爆破個別飛石的安全警戒距離。此次設計提出爆破個別飛石的警戒距離為基坑外圍50m，爆破點周邊公路臨時中斷交通。

（2）爆破警戒實施方案。根據個別飛石對人員的安全距離劃定危險區警戒半徑，起爆時在危險區警戒半徑以外設置警戒點，警戒點配置對講機、紅旗、口哨、袖章和高音喇叭等，各警戒點應能通視，并能有效防止車輛和行人進入爆破危險區。為便于開展警戒工作，爆破前應向周邊單位和住宅小區張貼放炮通知，并取得當地派出所和交警部門的支持。

5 現場監測

振速測試采用成都拓普振速毀傷測試儀。傳感器集三軸向振動傳感器和數字化測量、存儲、無線Wi-Fi傳輸一體，可同時測量爆破三維振動速度、爆破三維振動加速度。測振頻響范圍為0.01～1000Hz，三維振速量程為0.01～40cm/s，三維振動加速度為0.0003g～40g（g為重力加速度），儀器采用石膏固定。

振速與沖擊波時程曲線見圖4、圖5。

圖4 振速時程曲線示意

圖5 空氣沖擊波時程曲線示意

由橋墩響應測點振速曲線可知，振速曲線具有較為明顯的微差間隔，有效降低了峰值振速（Vmax=0.90cm/s＜1.20cm/s），炮被的防護也明顯降低了空氣沖擊波的超壓值。實踐證明，該工程采用的爆破設計和防護措施可滿足工程實際需要。

6 結論

深圳地鐵14號線大運樞紐主體工程采取逐孔起爆微差爆破技術，配合周密的安全防護，對爆破工程進行了有效的控制，實現了對周邊環境的最小干擾，保障了工程進度，得出了如下結論：

（1）爆破作業對周邊環境（包括營運地鐵）的影響主要是爆破飛石和爆破振動，受影響的主要是地鐵3號線路（含大運站）、周邊建筑物、地下管線、行人和行車等。爆破施工過程采取嚴格的技術方案和嚴密的施工組織措施，并對建筑物、地鐵運營線和管線的振速進行有效的控制，確保了爆破安全。

（2）此次設計采用淺孔爆破法，弱松動爆破，孔內連續或分段間隔裝藥，單孔分段（接力）起爆，采用塑料導爆管毫秒微差爆破和電子雷管微差爆破起爆網路，控制單響最大段藥量，并采取相應的爆破振動控制措施。在爆破飛石控制方面，以優化和管控爆破參數為主要技術手段，在爆區表面采取柔性防護（孔口壓砂土袋和炮被），在基坑坑口采取鋼板遮蓋剛性防護（5mm厚的鋼板全面封閉坑口）。