城市生態敏感區地鐵車站高強度基巖爆破施工技術

宋曉峰

(中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司 北京 101300)

1 前言

城市生態敏感區是指構成城市行政區域范圍內具有一定生態環境價值的實際組成。該組成部分具有一定自我修復能力，當其內部或組成因素發生變化時，將對整個城市的生態系統造成破壞，因此需要對其進行保護或合理規劃[1]。主要包括公園、人工濕地、城市綠地、城市水域、城市森林等。

本文依托東莞地鐵1號線一期工程2標四工區，以濕地公園站為研究對象，對城市生態敏感區地鐵車站高強度基巖爆破施工技術進行研究。做到既要保護好城市生態敏感區現狀，又要確保施工工藝從安全、工期、成本及可實施性方面達到要求，以得到適合該地區的最優施工方案。

2 工程概況

濕地公園站地處東莞市大朗鎮，為地下二層島式車站，西接大朗站，東聯富民南路站。車站起點里程為右DK45+359.019，車站站臺中心里程為右DK45+516.119，車站終點里程為右DK45+598.619，車站長度為239.6 m。車站標準段基坑寬21.3 m；車站底板埋深16.6～19.5 m，未設置抗拔樁。車站擬采用明挖法施工，圍護結構選用800 mm厚連續墻+內支撐的支護形式，兩端區間采用盾構法施工。濕地公園站位置如圖1所示。

圖1 濕地公園站平面示意

根據收集資料及勘察揭露，擬建工程揭露的巖土層有第四系、三疊系巖土層。

勘察最大揭露深度為46.5 m，依據《東莞市軌道交通1號線一期工程地質分層系統表》，本場地勘探范圍內揭露的巖土層有人工填土層、第四系沖洪積黏性土層、砂土層、三疊系巖層及混合花崗巖和片麻巖。巖石硬度系數f=8～12，巖石可爆性好。場地巖石開挖總量約20 000 m3。

3 確定基坑基巖爆破方案

隨著城市軌道交通迅速擴展，城市軌道交通建設所面臨的周邊環境越來越復雜。線路選擇過程中不可避免地需要考慮經濟的影響，地鐵車站作為線路選擇中最重要的一環，顯得尤為重要。在華南沿海地區進行地鐵車站建設，不可避免地會遇見高強度基巖。針對基坑高強度基巖，明挖法施工中主要采用爆破和物理預處理兩種工藝。當前階段比較成熟的工藝有:二氧化碳爆破、膨脹劑靜態爆破、靜態巖石預劈裂機爆破、鉆爆法等工藝。根據濕地公園站的地質及周邊環境情況，結合工期、成本、質量要求，濕地公園站基坑高強度基巖擬采取鉆爆法施工工藝。

4 基坑基巖爆破方案重、難點分析

4.1 對爆區周邊建(構)筑物保護

濕地公園站基坑西側周邊有高壓線鐵塔，基坑上方有6條高壓線通過，且周邊均有居民樓及商業住宅樓，城市既有市政管線與市政道路較復雜。且已完成的基坑支護也需做好成品保護，基坑巖石開挖對基坑壁、底板巖石平整度要求高是重、難點。

4.2 巖石爆破法,機械施工工期長、噪聲大、粉塵多,擾民嚴重

因基坑周邊施工環境復雜，基坑周邊有保護物和基坑支護，為保證周邊保護物和基坑支護的安全，在爆區基坑開挖時，石方采用控制爆破法開挖，因為鉆孔量大，機械使用量大，會導致施工工期長、噪聲大、粉塵多。

4.3 爆破振動及爆破飛石

本工程爆破環境復雜，距離居民樓及現有市政設施(管線)較近，施工中必須嚴格控制爆破振動和爆破飛石，對周邊保護物由第三方進行實時振動監測，防止意外飛石，確保周邊建筑物和人員、設備安全。

5 基坑基巖爆破施工技術

5.1 基坑基巖爆破總體施工順序

施工準備→場地平整→測量放樣→鑿巖機鉆孔→安裝爆破設備并確認→藥孔檢查→安裝炸藥→炮眼填充封閉堵塞→安全防護→控制爆破區石方控制爆破開挖→機械進行巖石二次破碎。爆破區域交替循環施工，基坑壁四周石方配合支護分層分段開挖，施工中做好高落差部位的圍欄維護，防止高處墜落[2-4]。

5.2 基坑基巖爆破施工要點

根據濕地公園站周邊實際環境，場地工程地質條件，工期要求以及施工技術現狀，當基坑基巖處于基坑圍護結構邊緣5 m范圍內且臺階高度小于5 m時，采用φ40～50 mm淺眼控制弱松動爆破法進行施工；當基巖不在上述范圍內且臺階高度大于5 m時，采用φ76 mm控制爆破法進行施工。具體施工要點如下:(1)爆破施工應以國家現行規范、規程為依據，按主管部門審批通過的專項方案進行施工；(2)爆破開挖擬采用淺眼+深孔控制爆破，拋擲方向避開主要保護建筑物和道路；(3)深孔爆破主要采用φ76mm鉆機鉆孔，爆破臺階高度大于5 m時，爆破采用φ76mm深孔微差控制爆破，爆破臺階高度小于5m時采用φ40～50mm淺眼控制爆破，適當增大炮孔堵塞長度，采用平面覆蓋防護措施對爆破飛石予以防護(如圖2、圖3所示)，確保爆區附近建筑物和行人、車輛、設備安全[5-6]；(4)盡量利用土方開挖后形成的臺階面，巖石爆破移動方向為近距離無保護物方向。根據現場的實際情況，預計每天平均能爆破石方3 000～5 000m3，大塊巖石進行二次破碎時，防止飛石；(5)前排孔間微差<50ms，排間微差<75ms。

圖2 覆蓋防護示意

圖3 覆蓋防護現場示意

5.3 基巖爆破設備配置

根據工程所在地的獨特性及城市生態敏感區對爆破施工要求，結合現有爆破設備及專業技術水平，基坑高強度基巖進行爆破時采用YT-24鑿巖機、XAHS-365空壓機、FT35液壓鉆機、T20R液壓鉆機，具體機械配備如表1所示。

表1 機械設備資源配置

5.4 設計基坑基巖爆破參數

(1)炮眼直徑D:炮眼直徑有兩種，分別為D1=40～50 mm、D2=76 mm，采用垂直孔，配套相應的PVC套管。

(2)炮眼參數:炮眼孔距a取1.0～2.7 m，炮眼排距b取0.8～2.3 m，采用矩形或梅花形布置方式，如圖4所示[7]。

圖4 起爆網路設計

(3)炸藥單耗q:q=(0.3～0.5)kg/m3。

(4)臺階高度H:H在1～8 m間，根據現場實際確定。

(5)單孔裝藥量Q:Q=a×b×H×q。

(6)單段爆破最大炸藥消耗量:根據城市生態敏感區對爆破施工的要求，結合濕地公園站周邊建(構)筑物的空間關系，本方案單段爆破最大炸藥消耗量為24.8 kg。

(7)爆破試驗段:進行正式爆破前，需選取部分區域進行試爆破，并根據試爆破結果進行相應參數調整，得到本方案所需最優爆破參數，具體爆破參數如表2所示。

表2 臺階控制爆破參數

5.5 裝藥結構與爆破網路設計

5.5.1 裝藥結構

深孔和淺孔均采用連續(耦合)裝藥。根據現場實際情況，深孔爆破基坑基巖擬采用孔底連續裝藥方式，乳化炸藥作為深孔起爆藥包，起爆藥包為直徑φ60 mm、長約40 cm的藥卷，并插入非電導爆管雷管。藥包放于孔內距孔底相當于裝藥長度1/3地方。淺眼爆破擬采用直徑φ32 mm，藥卷長約15～30 cm，人工連續裝藥結構，雷管直接引爆乳化炸藥[8-9]。

5.5.2 爆破網路設計

根據現場環境和施工要求，炸藥采用乳化炸藥。雷管采用非電毫秒延期雷管[10-11]。

(1)起爆器材:采取1～15段毫秒非電導爆管雷管進行起爆，選用GM-S500型起爆器作為爆破起爆能源。

(2)爆破起爆秩序:根據爆破起爆時爆眼數量、工程地質條件、現場地形地貌以及底盤最小抵抗線方向，采取V型或對角的方式起爆。現場實際爆破根據試爆效果及時調整爆破參數后進行。

(3)延期時間:每排爆破延遲時間為25～75 ms。

(4)爆破起爆網絡聯結方式:爆破采用孔內同段(>8段)，孔外為3段接力[12]。

(5)距離保護物較近的爆破區，為有效控制爆破振動，最大限度地減少單段炸藥量，可采用單孔單響和單孔多響(孔內分段)的起爆網路。

6 其他措施

6.1 基坑基巖爆破監測

爆破監測是爆破方案能否順利實施的重要保障，主要是針對基坑已有圍護結構，基坑周邊原有建(構)筑物進行監測。本方案采用的監測儀器為TC-4850型便攜式爆破測振儀，爆破監測的實施由具有相應資質的第三方進行。根據監測反饋的結果進行現場爆破參數的調整并最終達到最優爆破參數。TC-4850型便攜式爆破測振儀和計算機組成的監測系統，如圖5所示。

圖5 現場監測示意

6.2 基坑基巖爆破防護

6.2.1 保證周邊建筑(構)物安全和成品保護的主要措施

(1)保證警戒范圍內人員全部清理，在基坑爆區采用弱松動爆破法施工，同時通過爆破技術手段和加強防護等措施，最大限度地減少爆破振動和爆破飛石的危害。

(2)基坑支護邊線5 m范圍內要提前進行巖石淺眼弱松動爆破法施工及土方清運，在基坑邊線形成減振帶，以保證爆破后基坑壁巖石平整穩定的目的，同時起到減小爆破振動的作用。

(3)在采用控制爆破技術的爆破區采用微差控制爆破技術，控制單段炸藥量從而有效控制爆破振動，在距離保護物較近或臺階臨空面不佳等位置采用鋼板覆蓋，以防止意外飛石。

(4)對周邊保護物進行爆破振動監測，及時掌握爆破施工期間爆破振動對周邊房屋的影響，并用以指導爆破作業人員合理調整爆破參數。

6.2.2 解決淺眼爆破機械設備施工工期長、噪聲大、粉塵多,擾民嚴重的措施

(1)傳統工藝中，42 mm小孔主要靠人工鉆孔，人工鉆孔效率低、粉塵多、噪聲大、成本高。本方案采用進口阿特拉斯全液壓鉆機，噪聲小，鉆孔效率高，每班可鉆孔400～600 m；配置了集塵裝置，可收集90%以上的鉆孔粉塵，有效降低環境污染，大大提高效率，保證工期，做到無塵鉆孔。

(2)采取配置霧炮和高壓電子水槍的灑水車降塵，合理安排作業時間，噪聲大的在白天施工，噪聲小的在夜間施工。同時嚴格按照夜間施工相關管理規定的時間安排施工，減少噪聲擾民。

6.2.3 降低爆破振動及控制爆破飛石的措施

(1)爆破前創造良好的爆破臨空面，可有效減小爆破振動和減少爆破飛石，爆破時爆破主導方向應避開主要保護物。

(2)采用合理孔徑、孔深、微差爆破技術，嚴格控制單段炸藥量，可有效控制爆破振動。

(3)采用鋼板加強覆蓋防護可有效防止意外爆破飛石危害。

7 結束語

本文系統介紹了城市生態敏感區高強度巖石爆破施工技術，并具體分析了該方案實施工程中的重難點并提出了相應的處理措施；同時對方案實施過程中的施工順序、施工要點、爆破參數、爆孔布置及起爆方式等做了具體研究，取得了良好的工程效果，有一定的推廣價值。