南昌西站微風(fēng)化泥巖開挖技術(shù)

鄭 明

中鐵建工集團有限公司 上海 200331

1 工程概況

南昌西站項目所在的地質(zhì)環(huán)境較為特殊，除開表層部分黏土外，下部絕大部分為微風(fēng)化、中風(fēng)化泥巖層，土質(zhì)堅硬，對進(jìn)度形成嚴(yán)重影響，需要開發(fā)一種既能保證周圍土體不受影響，又能有效控制承臺開挖尺寸，還能加快進(jìn)度、保證質(zhì)量的新技術(shù)。因此，結(jié)合地質(zhì)及設(shè)計特點，應(yīng)用鉆爆結(jié)合承臺開挖施工，取得了良好的效果。

2 工藝原理

2.1 爆破原理

旋挖鉆機鉆完孔、挖機將場地略做平整后，爆破用氣腿式鑿巖機或潛孔鉆機進(jìn)入場地鉆炮孔，炮孔呈梅花形布置，采用線形連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，上口堵塞嚴(yán)密，用非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路。爆破方式一般采用淺孔爆破和深孔臺階爆破兩種。

2.2 淺孔爆破

臺階高度在5 m以下時，選用氣腿式鑿巖機鉆孔。其他作業(yè)參數(shù)為：

（a）臺階高度H根據(jù)鑿眼作業(yè)條件及鑿眼設(shè)備狀況，確定取H=2 m；

（b）鉆孔直徑D的大小，主要取決于鉆孔機械、臺階高度以及巖石的性質(zhì)，本工程采用7655風(fēng)動鑿巖機，Φ40 mm鉆頭；

（c）傾角結(jié)合圖紙設(shè)計的邊坡比及巖體穩(wěn)固情況，鉆孔形式采用傾斜孔，傾角為75°；

（d）超鉆深度h和鉆孔深度L，超鉆深度h是為了克服底板阻力，使爆破后不留巖坎，本工程超鉆深度按0.3 m計算；鉆孔深度L=2.4 m。

（e）底盤抵抗線w1，本工程底盤最小抵抗線取w1=1.0 m。

（f）炮孔間距a的確定為取a=1.5 m。

（g）排距b的確定為b=1.0 m。

（h）單孔裝藥量計算為Q=0.9 kg

2.3 深孔臺階爆破

本工程的爆破開挖臺階高度在5 m以上時，鉆孔設(shè)備選用性能卓越的潛孔鉆機，爆破方式為松動爆破。其主要參數(shù)如下所示。

（a）鉆孔直徑：D=115 mm；

（b）臺階高度：H=5～10 m；

（c）鉆孔深度L：L=H+h；

（d）鉆孔傾角為80°～90°。

（e）最小抵抗線：本工程對Φ115 mm孔，W取3～4 m 。

（f）底盤抵抗線Wd：根據(jù)經(jīng)驗75°～85°的坡度一般取值范圍為3.5～4 m；

（g）孔距：a=（0.8～1.5）W；

（h）排距：b=W；

（i）前排鉆孔裝藥量：Q=KHWa；

（j）后排鉆孔裝藥量：Q=（1.1～1.2）KHab，K為單位炸藥消耗量，比照同類工程，取0.30～0.40 kg/m3；

（k）超鉆：本工程取0.5～1.5 m；

（l）堵塞長度 ：ΔL=（1.0～1.2）W。

3 施工工藝流程及操作要點[1-8]

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備（機械及承臺開挖的計劃制定）→場地平整→承臺放線→旋挖鉆機鉆孔→平整場地、炮孔測定放線→鉆機鉆孔、吹孔→裝藥、堵塞、起爆網(wǎng)路布置→爆破→測量放線（確定承臺邊線位置）→承臺基坑土方挖除及四周基坑壁修整→四周基坑壁噴射混凝土→坑底標(biāo)高復(fù)查及基槽底人工清理→基槽驗收→承臺墊層混凝土澆筑

3.2 操作要點

3.2.1 旋挖鉆機鉆孔

旋挖鉆機沿著測量工放好的承臺邊線在承臺四周鉆出一圈隔離孔，保證相鄰鉆孔相連，使中間區(qū)域隔離開，最大程度地確保中間區(qū)域爆破時不對基坑外圍土體產(chǎn)生影響，鉆孔深度根據(jù)圖紙承臺深度而定（圖1）。

圖1 鉆爆結(jié)合工藝平面示意

3.2.2 布孔、裝藥和堵塞方式

布孔方式采用梅花形布孔，如圖2。

圖2 梅花形布孔

裝藥結(jié)構(gòu)采用線形連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。用Φ90 mm的乳化炸藥卷做起爆藥包，其余也用乳化炸藥，每孔裝2 個乳化炸藥起爆體；間隔裝藥孔內(nèi)裝4 個起爆藥包，裝藥結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)

堵塞采用砂黏土堵塞并用炮棍輕輕搗實，對有水炮孔，應(yīng)進(jìn)行排水處理或采用防水裝藥。

3.2.3 起爆網(wǎng)路

為了減少外界雜散電流、感應(yīng)電流、射頻電流等可能引起的早爆或誤爆事故，采用非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，導(dǎo)爆管與導(dǎo)爆管之間用四通或雷管等連接件相連。導(dǎo)爆管引出爆區(qū)用電雷管起爆（圖4）。

圖4 雷管布置示意

根據(jù)本工程特點，采用排-排，孔-孔之間分別微差起爆技術(shù)，無論深孔還是淺孔爆破，原則上采用單孔一響的聯(lián)結(jié)形式。本工程中孔內(nèi)使用10 段以上非電毫秒雷管，孔外采用3～5 段雷管接力傳爆。為提高準(zhǔn)爆性，孔內(nèi)外采用雙發(fā)毫秒非電雷管。

這種方法綜合了排間順序和斜線起爆的優(yōu)點，大塊率低，可以有效地控制爆破地震波對相鄰邊坡的破壞，并減少飛石。當(dāng)微差時間超過50 ms時，爆破能達(dá)到最佳效果。本次爆破所選取的微差時間間隔為50～110 ms。

如果爆破振動測試所得的數(shù)據(jù)顯示振動超標(biāo)，則改用孔內(nèi)分段的逐孔起爆網(wǎng)路。

3.2.4 裝藥、堵塞

（a）堵塞長度：深孔爆破堵塞長度控制在3.5 m以上，最小不少于3.0 m。淺孔爆破控制在2/3 倍的孔深，一般不少于1.5 m。

（b）裝藥：裝藥前必須認(rèn)真核查孔口標(biāo)識卡，嚴(yán)格按照標(biāo)識卡要求進(jìn)行裝藥，裝藥時應(yīng)將炸藥用木質(zhì)器具慢慢搗入孔內(nèi)，對于堵塞的孔眼用竹竿搗通。裝藥時應(yīng)將每孔雷管段別標(biāo)識卡放在孔外，以便檢驗。

（c）堵塞質(zhì)量：裝藥后將剩余部分炮孔全部堵塞，堵塞材料就地取用鉆巖巖粉或采用山土，堵塞要緊密，并注意保護線路不受損壞。

3.2.5 基坑壁噴射混凝土

采用混凝土護坡的形式對已修整完的基坑壁進(jìn)行支護。噴射混凝土強度C20，厚度50 mm；混凝土配合比為水泥∶砂∶石＝1∶2∶2，噴射混凝土中添加水泥質(zhì)量3%的噴射混凝土速凝劑。

4 結(jié)語

南昌西站站房承臺基底持力層選擇微、中風(fēng)化巖層，大基坑土方約為82 萬m3，工程于2010年8月開工，2013年9月竣工。成功運用了鉆爆結(jié)合承臺開挖技術(shù)，在保證工程質(zhì)量、縮短工期、節(jié)約成本方面取得了顯著的效果，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

利用打樁用旋挖鉆機沿承臺邊線鉆孔，形成一圈隔離孔，有效地將基坑周圍土體與內(nèi)部土體隔離開，在采用爆破技術(shù)對中間土體進(jìn)行破碎，而對周圍土體不產(chǎn)生影響，然后用挖掘機對四周基坑壁進(jìn)行修整及挖除內(nèi)部土體，形成光滑平整面作為承臺混凝土的胎膜。本工法的主要難度在于如何確定在中風(fēng)化泥巖中使用最合理的火藥量、火藥埋深、藥孔間距，使泥巖在爆破后形成的顆粒大小能夠直接通過挖機開挖，不需要進(jìn)行二次破碎，最大程度加快施工進(jìn)度。