廠房緊臨既有建筑物開挖控制爆破技術

富榮輝，劉 昱

（中國水利水電第十三工程局有限公司，山東 德州 253009）

1 工程概況

杜伯華水電站工程樞紐廠房壩段在布置形式采用了國內少有的廠頂溢流布置方案。電站內安裝6臺46 MW燈泡貫流式機組，樞紐建筑物從左至右依次由左副壩、安裝間、電站廠房壩段、泄洪閘壩段、垂直升船機壩段及左副壩等組成。

電站廠房壩段基坑位于已建泄洪閘基礎左側下方12.5 m深的主河床上，基坑底面高程位于主河床表面以下25 m?；由舷掠畏较驅挾葹?9.8 m，左右方向長度為112.75 m。

2 控制爆破方案

廠房基坑位于河床底部，基坑右側與已建設完成的泄洪閘緊緊相鄰，基坑左側則是已開挖完成的左岸壩肩高邊坡。根據(jù)基坑開挖工程特點，對右岸的泄洪閘壩段導墻下部基礎和左岸邊坡采取嚴格控制爆破措施。

電站廠房基坑開挖由泄洪閘壩段側導墻開始，由右向左依次劃分為精確控制爆破區(qū)、嚴格控制爆破區(qū)、一般控制爆破區(qū)及嚴格控制爆區(qū)4個控制爆破區(qū)域。

在開挖程序上，為衰減地震波對基坑兩側岸坡的沖擊作用，在河床覆蓋層清理完成后，進行基坑石方大規(guī)模開挖前，要對基坑周邊基巖采取有效的保護措施。首先要在石方分層爆破施工前，在導墻邊墻外0.5 m處進行減振孔施工，減振孔孔徑100 mm，鉆孔深度要求到基礎設計高程，孔間距為30 cm，減振孔內不裝炸藥、孔口不進行封堵。減振孔可使爆破振動衰減30%。

在減振孔施工的同時，在精確控制爆破區(qū)和嚴格控制爆破區(qū)分界處，沿基坑上下游方向再鉆一排預裂孔，通過預裂爆破使該部位形成一道預裂減振縫。實踐證明，減振縫可使基坑爆破振動分別衰減50%左右。

另外，在基坑周邊輪廓線部位按設計邊坡坡度鉆坡面預裂孔，進行邊坡預裂爆破，沿邊坡開挖坡面形成第二道預裂減振縫。

3 爆破參數(shù)

3.1 邊坡預裂爆破及減震縫預裂爆破

3.1.1 邊坡預裂爆破

為減少對設計邊線外保留巖體的破壞、擾動，取得較為平整的設計邊坡，并形成沿坡面方向的減震縫，對基坑兩岸邊坡開挖采用設計邊線預裂爆破及小臺階松動爆破相結合的施工方法。松動爆破臺階高度為鄰近邊坡的精確控制爆破區(qū)和嚴格控制爆破區(qū)分層高度。預裂孔一次鉆孔深度不超過10 m，并采用導向性較好的CM－351型高風壓潛孔鉆機進行鉆孔。

為了避免主爆孔松動爆破對預留巖石的破壞，在預裂孔與鄰近的一排梯段爆破孔之間設1～2排緩沖孔。緩沖孔與預裂孔平行，并在與預裂孔相鄰的梯段孔之后起爆，以爆開預裂孔和梯段孔之間的巖石，且不損壞預裂坡面。緩沖孔裝藥量較前排梯段爆破孔減少1/2～1/3。

預裂爆破最大單響藥量控制在10 kg以內。根據(jù)壩址巖性，預裂爆破的線裝藥密度為250～300 g/m之間。邊坡預裂孔及緩沖孔爆破參數(shù)設計見表1。

3.1.2 減振縫預裂爆破

減振縫可以有效衰減梯段爆破地震波對兩側岸坡巖石的沖擊破壞作用，廠房基坑開挖在距右岸泄洪閘導墻15 m的精確控制爆破區(qū)和嚴格控制爆破區(qū)分界處，設一道上下游方向的預裂減振縫。減振縫預裂爆破的線裝藥密度為250～300g/m。減振縫預裂爆破參數(shù)見表1。

表1 邊坡預裂及減震縫預裂爆破參數(shù)表

3.2 精確控制爆破區(qū)小梯段爆破

為確保已澆右岸泄洪閘縱向導墻混凝土安全，在預裂減振縫以右至導墻之間15 m范圍采用YT－28型手風鉆分層小梯段爆破開挖。小梯段鉆爆參數(shù)設計見表2。

表2 精確控制爆破區(qū)YT—28型手風鉆小梯段鉆爆參數(shù)

3.3 梯段爆破開挖

基坑保護層以上大面積石方開挖采用梯段爆破開挖，臺階高度 H＝5～7 m，炮孔直徑 D＝76～100 mm，最小抵抗線 W＝2.2 m，孔距 a＝2.5～3 m。梯段爆破炮孔Atlas-D7液壓鉆及CM－351高風壓潛孔鉆機鉆孔。采用2號巖石乳化炸藥排間毫秒微差起爆技術進行梯段松動爆破。梯段爆破控制最大單響藥量不大于200 kg，保護層上一層不大于100 kg。典型梯段爆破參數(shù)設計見表3。

3.4 保護層開挖控制爆破

建筑物底板預留保護層可以減少爆破引起的建基面巖石爆破裂隙和原有裂隙擴張，對于中硬以上巖石，垂直炮孔爆破的破壞深度一般不會大于40倍的藥包直徑。杜伯華水電站采用最大藥包直徑為D＝70 mm，所以保護層厚度按3.0 m選取。

表3 典型梯段爆破參數(shù)表

基礎巖體的保護層采用分層開挖時，控制其開挖爆破符合下列要求：

1）對于中孔徑及相應直徑藥卷爆破留下的較厚保護層，其距離建基面1.5 m以上部分，采用小孔徑及相應直徑的藥卷進行梯段毫秒爆破。

2）對于小直徑藥卷爆破留下的保護厚度，不小于規(guī)定的相應藥卷直徑的倍數(shù)，并不得少于1.5 m。

3）緊靠建基面1.5 m以上的一層，采用手風鉆鉆孔，用毫秒微差梯段爆破法進行開挖。其最大一段起爆藥量不大于50 kg，炮孔裝藥直徑不大于40 mm。

4）緊靠建基面上1.5 m以內的垂直面保護層，采用手風鉆逐層鉆孔裝藥，炮孔與水平建基面的夾角不應大于60°，采用單孔起爆法，其藥卷直徑不得大于32 mm，其最大段起爆量不大于20 kg。最后一層炮孔孔底高程鉆至建基面終孔，但孔深不得超過50 cm；對于軟弱、破碎巖石基礎，則最后一層留足20 cm的撬挖層。

5）基礎開挖后表面因爆破震松的巖石，表面呈薄片狀和尖角狀突出的巖石，以及裂隙發(fā)育或具有水平裂隙的巖石均需采用人工清理，如單塊過大，亦可用單孔小炮爆破解小。

4 爆破地震效應試驗

4.1 地震效應試驗目的

質點爆破振動速度的大小與炸藥量、炸藥性質、距離、巖石性質、地層狀態(tài)、爆破方法等有關。質點的爆破振動速度傳播與衰減規(guī)律一般采用薩道夫斯基經(jīng)驗公式進行計算：

式中：V——介質質點振動速度，cm/s；K——與爆破條件、巖石特性有關的系數(shù)；а——振動衰減系數(shù)；Q——單段最大藥量，kg；R——爆源到保護點距離，m。

施工中，通過現(xiàn)場類似條件的反復爆破試驗，推算出公式中的K，а，進而獲得針對不同距離、不同質點振動速度要求的最大單響裝藥量，以達到控制爆破的目的。

4.2 地震效應試驗數(shù)據(jù)采集方法

杜伯華水電站廠房工程基坑在大規(guī)模爆破前，在作業(yè)區(qū)周圍的右岸泄洪閘導墻混凝土上部、下部，左岸已開挖高邊坡等部位布置地震波測點，通過UBOX-20016爆破振動記錄儀進行質點振動數(shù)據(jù)采集。采集數(shù)據(jù)通過配套軟件做進一步的數(shù)據(jù)分析和處理。通過對大量數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出比較接近爆破地震影響系數(shù)為K＝255，а＝1.8。

5 爆破安全控制

5.1 爆破振動控制

爆破振動是產(chǎn)生的主要危害之一，杜伯華水電站工程廠房基坑與右岸泄洪閘導墻基礎緊緊相鄰，控制爆破振動是整個基坑開挖施工安全控制的重點。杜伯華水電站廠房基坑開挖爆破設計過程中，采用質點垂直振動速度作為主要判定標準。參照SL47-94《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規(guī)范》，水工混凝土3～7 d齡期混凝土允許安全質點振動速度為2～5 cm/s。

根據(jù)爆破地震效應試驗所確定的K，а值，參照薩道夫斯基經(jīng)驗公式，可預測爆破中心至以外各部位的質點不同質點振動速度要求下的最大單響裝藥量。

為減小爆破振動的破壞作用，施工過程主要采取以下具體措施控制爆破振動：

1）嚴格控制爆破區(qū)開挖前，確保有足夠的爆破試驗數(shù)據(jù)保證施工安全，同時保證減振孔和預裂縫的預先形成。

2）各個級別的控制爆破區(qū)開挖爆破起爆要分別進行，保證振動監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確。

3）爆破作業(yè)的臨空面均應朝向左岸上、下游方向，爆破前詳細檢查底盤抵抗線，必要時增加鉆孔，避免因爆破抵抗線增大，產(chǎn)生大的爆破振動。

4）采用毫秒微差爆破技術，將爆破地震波的能量在時空分散，使主震相的相位錯開，從而可有效地降低爆破地震強度。

5.2 爆破飛石控制

爆破飛石也是影響作業(yè)區(qū)周邊建筑物、機械設備和車輛行人安全的重要因素，飛石安全距離可按經(jīng)驗公試進行驗算：

式中：k——爆破飛石計算系數(shù)，與地形、風向等因素有關，取1.2；w——最小抵抗線，梯段爆破取孔排距2.5；n——爆破作用指數(shù)，松動爆破取n＝0.75；R——個別飛石最遠距離，m。

施工中采取的防范措施：

1）堵塞高度不小于最小抵抗線，采用良好的堵塞材料，合理調整布孔參數(shù)，確定合理的起爆順序，以避免夾制而沖孔，為防止沖孔攜帶飛石，應將臺階頂面孔口周圍的浮石清除。

2）找出軟弱帶和空隙，采取間隔裝藥或弱裝藥的方法，尤其是對第一排孔有空隙和軟弱帶的部位，嚴禁使用散裝炸藥。

3）對緊鄰建筑物的爆破區(qū)采取覆蓋編織袋裝土進行覆蓋，以減少爆破飛石。

4）嚴格按設計抵抗線施工，優(yōu)化裝藥結構，減少集中裝藥，控制起爆方向。

5）采用深孔微差爆破技術，合理設計起爆次序與間隔時間來減少飛石。

6 經(jīng)驗與建議

1）對基坑面積較大，周邊有特殊建筑物或設計邊坡較陡、穩(wěn)定性較差需進行控制爆破開挖情況時，采用分區(qū)爆破，對離建筑物和邊坡較近的部位采用小藥量、弱爆破的淺孔爆破方案，以減小爆破振動的破壞作用。

2）采用減振縫、減振孔爆破技術，通過減振縫和減振孔切斷爆破地震波傳輸介質，有效衰減爆破地震波對邊坡和建筑物的破壞作用。

3）基坑大規(guī)模爆破前，通過地震效應試驗采集質點振動數(shù)據(jù)，根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗公式可推算出公式中的爆破影響系數(shù)K，а，進而預測出針對不同距離、不同質點振動速度要求的保護建筑物或邊坡所應控制的最大單響裝藥量和安全距離，以達到控制爆破的目的。

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