復(fù)雜環(huán)境下地鐵明挖深基坑的爆破施工

張勝龍

(中鐵十三局集團(tuán)有限公司南京公司,210011,南京∥工程師)

在地鐵車站施工中會遇到巖石基坑開挖。其基坑開挖的特點(diǎn)是地處鬧市區(qū)、環(huán)境復(fù)雜,周圍建筑物與設(shè)備需要保護(hù),人來車往密度大,對爆破安全要求高,飛石和爆破地震波、沖擊波等有害效應(yīng)必須嚴(yán)格控制。巖石基坑開挖大多采用淺孔爆破法。這種方法作業(yè)時,需要布置較密集的炮孔,進(jìn)行多次爆破,工作量大且因孔深較淺、填塞不好容易產(chǎn)生飛石。中深孔爆破具有機(jī)械化程度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),只要措施得當(dāng),在地鐵車站巖石基坑開挖中可以得到推廣應(yīng)用。

1 工程概況

南京地鐵孝陵衛(wèi)車站位于南京市孝陵衛(wèi)地區(qū)中心、寧杭公路北側(cè)、孝陵衛(wèi)西溝左側(cè),車站南側(cè)分布有南京市鐘山醫(yī)院、南京理工大學(xué)、南京市工業(yè)泵廠及居民小區(qū),車站以北為邵家山森林公園的山體。緊鄰車站南側(cè)的地下管線有上水、污水、雨水、電力、煤氣等12根管線。

本場地巖層為泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖,呈互層或夾層沉積,本身非勻質(zhì)性較為明顯。巖層多為泥質(zhì)、鈣質(zhì)或泥質(zhì)膠結(jié),水的軟化作用明顯。

孝陵衛(wèi)車站為地下車站,采用明挖法施工,建筑形式為雙層島式站臺。車站起點(diǎn)里程為K20+757.9,終點(diǎn)里程為 K20+927.05,長 167.4 m;車站標(biāo)準(zhǔn)段寬19.4 m,基坑深17.1 m,石方開挖量約為7萬m3。

2 車站基坑爆破方案

根據(jù)施工環(huán)境、開挖深度、爆破后裝運(yùn)方面的考慮,采用分臺階分段中深孔微差松動爆破結(jié)合預(yù)裂爆破的施工方案。具體爆破方式如下：

1)按照爆破設(shè)計,首先從基坑北側(cè)拉槽,形成穩(wěn)定向北臨空面,自南向北分臺階施工;

2)因爆區(qū)東西向較長加之地勢西高東低,考慮到排碴運(yùn)輸方便,故采用自西向東分段施工;

3)基坑南邊即車站與寧杭公路結(jié)合部,采用預(yù)裂爆破切斷重要建構(gòu)(筑)物與爆區(qū)聯(lián)系等措施來降低爆破震動。

3 中深孔微差松動爆破設(shè)計

3.1 爆破參數(shù)

1)鉆孔孔徑d：依據(jù)鉆機(jī)性能、臺階高度和地質(zhì)條件,d選為89 mm。

2)臺階高 H：依據(jù)鏟裝設(shè)備的能力和作業(yè)條件,并參照地形特點(diǎn),第一層臺階H取10 m,第二層臺階H取為7 m。

3)最小抵抗線W：按照孔徑的倍數(shù)來確定,通常取(25～30)d,在這里選取W=2.5 m。

4)超深h：超深按公式h=(0.15～0.35)W 計算。根據(jù)施工現(xiàn)場巖石硬度情況取h=0.4～0.6 m;施工中選取h=1.0 m,第一次爆破后,根據(jù)開挖情況作適當(dāng)調(diào)整。

5)孔距a：一般取3 m左右,根據(jù)施工中的巖性進(jìn)行調(diào)整。

6)排距b：在炸藥性能一定時,對爆破區(qū)巖石有一合理的單耗,在確定了孔徑、孔距的條件下,可初步選定b為2.5 m。

7)填塞長度：通常取20～40倍的孔徑作為填塞長度,可初步取為3.0～4.0 m。巖石風(fēng)化程度嚴(yán)重和表層土層覆蓋厚的地段,填塞長度取4.5 m。

8)單位炸藥消耗量：炸藥選用2號巖石乳化炸藥。結(jié)合現(xiàn)場的地質(zhì)條件及參照以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),炸藥單耗k=0.3～0.4 kg/m3左右。

9)單孔裝藥量Q：第一排孔按Q=kaWH計算,各參數(shù)值按上述選取;第二排孔及以后各排孔按Q=kabH計算。

以上參數(shù)在實(shí)際施工中,結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果和爆破效果,可適當(dāng)調(diào)整。裝藥結(jié)構(gòu)采用連續(xù)柱狀裝藥。中深孔爆破參數(shù)見表1。

3.2 爆破施工工藝

3.2.1 布孔操作和孔位選擇

邊孔與臺階邊緣要保留1.0～2.0 m,以保證鉆機(jī)安全工作?？孜桓鶕?jù)設(shè)計要求經(jīng)測量確定,但孔位要避免布在已被震松、節(jié)理發(fā)育或巖性變化大的地方;遇到這些地方,可以調(diào)整孔位。調(diào)整時要注意抵抗線、排距和孔距之間的關(guān)系。光面孔的鉆鑿質(zhì)量是獲得平整、規(guī)則的邊坡坡面的基本條件。好的鉆孔質(zhì)量要求有符合設(shè)計的炮孔位置、方向和深度。其具體要求為“準(zhǔn)、正、平、直、齊”。“準(zhǔn)”是指鉆孔要準(zhǔn)確地鉆在設(shè)計的孔位上;“正”是指鉆孔方向要正確,不能歪斜;“平”是指各鉆孔應(yīng)互相平行;“直”是指各孔要鉆得直,不能屈折;“齊”是指各孔均要鉆鑿到設(shè)計孔深,孔底應(yīng)落在同一平面上。

表1 中深孔爆破參數(shù)表

布孔時還要注意：①開挖工作面不平整時,應(yīng)選擇工作面的凸坡或緩坡處布孔,以防止在此處因抵抗線過大而產(chǎn)生大塊;②坡面角過緩時,要在坡腳處補(bǔ)鉆淺孔,或者加大超深;③地形復(fù)雜時,應(yīng)注意鉆孔整個長度上的抵抗線變化,避免因局部地方的抵抗線過小而引起水平?jīng)_炮,造成飛石過遠(yuǎn)。具體布置見圖1。

圖1 爆破孔位布置圖(單位：cm)

3.2.2 鉆孔檢查及排水

裝藥前必須對鉆孔進(jìn)行逐一檢查。檢查時發(fā)現(xiàn)有淤堵的鉆孔,可以先用炮棍清理,淤塞的泥漿用高壓風(fēng)吹出。關(guān)鍵部位的鉆孔如果不能清出堵塞物來,就要在旁邊重新鉆孔,否則將嚴(yán)重影響爆破效果。

為了防止堵孔,應(yīng)該做到：

1)鉆孔結(jié)束后及時將巖粉吹除干凈,若不能吹盡,就要適當(dāng)加大超深,用作留存巖粉。

2)特別注意鉆孔的開門,不要打成喇叭狀孔口。鉆鑿過程中發(fā)現(xiàn)巖石破碎容易塌孔時,可以用加泥漿的方法固壁封縫。

3)鉆孔時隨時將孔口巖渣和碎石清除干凈并整平,防止它們掉落孔內(nèi)。

4)鉆孔完成后要封好孔口,遇到雨天時要用泥土或巖粉在孔口作一小圍堰,并用塑料布或油氈蓋好,防止雨水把巖粉沖入孔內(nèi)。

5)鉆完孔后要盡快裝藥爆破。

3.2.3 裝藥及填塞

裝藥量必須符合設(shè)計的藥量,如發(fā)現(xiàn)孔位及抵抗線有所改變,應(yīng)及時調(diào)整藥量,但必須符合設(shè)計要求。裝藥時要用炮棍和炮錘裝藥。炮棍必須用木頭、竹桿或塑料制作。如果鉆孔孔壁巖石不平,則需用炮棍來清理,以保證裝藥順暢。裝藥時根據(jù)設(shè)計的藥量先在每一孔口放好要裝的藥,標(biāo)明起爆藥包位置。采用反向起爆的裝藥結(jié)構(gòu),在裝藥時要注意是否裝到位,中間有無空段。即應(yīng)經(jīng)常用炮棍輕搗,以保證密實(shí)。

當(dāng)?shù)匦翁厥饣蛴衅渌踩髸r采用間隔裝藥,把孔中炸藥分成數(shù)段,使炸藥的爆炸能量在巖石中能比較均勻地分布,還可以改善爆破質(zhì)量。在間隔裝藥時,上部藥包頂至孔口的垂直距離不能小于孔邊距。間隔裝藥段數(shù)不宜過多,分為2～3段,但一般下部裝藥量要大于上部裝藥量。間隔裝藥時中間不裝藥部分一般用砂、巖粉等堵塞,不用搗固,只要倒入就可以,但要注意控制好堵塞段的長度;也可以不填塞而用空氣作間隔。上、下裝藥段可以用導(dǎo)爆索串連起來同時起爆,或分別裝起爆藥包,也可延遲起爆。

爆破時孔口必須填塞,而且要保證填塞質(zhì)量。填塞長度與最小抵抗線、鉆孔直徑和爆破區(qū)環(huán)境有關(guān)。填塞長度要取鉆孔直徑的20～40倍或大于抵抗線。在干孔中堵塞物可以用細(xì)砂土、黏土或鑿巖時的巖粉,要防止混進(jìn)石塊砸斷起爆線。裝炸藥過程中要經(jīng)常檢查起爆線路,防止因堵塞損壞起爆線而引起瞎炮。

3.3 起爆網(wǎng)路

本工程中采用非電導(dǎo)爆管雷管、孔內(nèi)外非電微差起爆網(wǎng)路和多排孔微差爆破,間隔時間為50 ms,使用雷管的段別為2、4、6、7、8、9段,將一次起爆藥量分為七響。采用排間微差爆破的目的是為了提高爆破質(zhì)量,減少爆破震動,改善爆破效果,以提高工效。根據(jù)需要在鉆孔中裝不同段別的非電毫秒雷管,一般同排同段別。為了保證起爆的可靠性,中深孔內(nèi)采用雙雷管起爆。

孔外的導(dǎo)爆管雷管必須采取有效的保護(hù)措施,如用草袋或麻袋裹覆。

4 爆破安全

4.1 爆破震動的控制

爆破震動的控制標(biāo)準(zhǔn)按爆破技術(shù)規(guī)范要求的爆破垂直振動速度允許值進(jìn)行控制,其中磚砌平房為0.8～1.0 cm/s,一般磚石結(jié)構(gòu)及地下管線為1.5 cm/s,混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為2.5 cm/s。

為保證地鐵車站周邊的地下管線和建(構(gòu))筑物的安全,在本次爆破工程實(shí)踐中,主要通過以下幾個途徑來解決爆破震動問題：①采用微差毫秒爆破技術(shù),減少一次起爆藥量;②改變爆破網(wǎng)路的連接方式,控制起爆方向,使起爆的炮孔連線的中垂線偏離被保護(hù)建(構(gòu))筑物;③通過規(guī)劃分臺階、分段別順序,使爆破震動對建筑物的影響降到最低面;④通過采用預(yù)裂爆破等技術(shù)切斷建(構(gòu))筑物與爆區(qū)聯(lián)系等措施來降低爆破震動;⑤爆破過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測,及時調(diào)整爆破設(shè)計及參數(shù)。

4.2 爆破飛石的控制

為控制爆破飛石,要保證孔口填塞長度及質(zhì)量;控制前排炮孔抵抗線不能過小;對爆破區(qū)域采用重型汽車輪胎簾進(jìn)行覆蓋防護(hù);對裂隙空腔局部裝藥量采用間隔填塞裝藥、空氣間隔裝藥、控制裝藥量等措施以防止飛石。為防止飛石,爆破時應(yīng)采取臨時封鎖交通,以確保安全。

4.3 爆破監(jiān)測

為保證工程的安全和做到信息化施工,結(jié)合施工環(huán)境和工況情況,本工程的監(jiān)測由工程安全監(jiān)測和周圍環(huán)境監(jiān)測兩部分組成。其主要目的是掌握爆破對周圍環(huán)境的影響,及時反饋給施工和設(shè)計部門,以確保本工程及鄰近建(構(gòu))筑物的安全。監(jiān)測項(xiàng)目主要有：基坑圈梁及邊坡的水平位移,周邊道路(管線)及地表的沉降,周邊建(構(gòu))筑物的沉降,以及爆破震動等。

5 經(jīng)驗(yàn)與體會

1)在本工程中,采用中深孔分階分臺段微差松動爆破,發(fā)揮了大型機(jī)械設(shè)備的優(yōu)勢和工作效率,機(jī)械化施工程度高、進(jìn)展快,為工程順利進(jìn)行創(chuàng)造了條件。

2)在復(fù)雜條件下,爆破安全問題尤為重要。本工程通過采取一系列技術(shù)措施,有效地降低了爆破震動,控制了爆破飛石,保證了安全施工。

3)中深孔爆破孔內(nèi)宜采用雙雷管起爆,孔外網(wǎng)連接要采用復(fù)式網(wǎng)路,以增強(qiáng)起爆、傳爆的可靠性,避免出現(xiàn)盲炮。

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