復(fù)雜環(huán)境下深孔控制爆破技術(shù)研究與應(yīng)用

夏裕帥　朱振江　韋凱

[摘 要]本文介紹了在距離居民樓僅15米范圍內(nèi)開(kāi)挖基坑的控制爆破技術(shù)研究與應(yīng)用情況。采用預(yù)裂爆破技術(shù)沿基坑邊緣炸出裂縫，再用淺孔爆破技術(shù)沿基坑邊緣炸出約2米寬的溝槽，基坑剩余部分采用深孔爆破技術(shù)實(shí)施爆破。根據(jù)控制爆破理論對(duì)孔網(wǎng)參數(shù)、鉆爆參數(shù)進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)，選擇合理的爆破方向和延時(shí)時(shí)間，對(duì)不同距離處每個(gè)炮孔的單次起爆藥量進(jìn)行精細(xì)控制，并采用數(shù)字測(cè)振儀監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)，確保爆破振動(dòng)強(qiáng)度被控制在安全范圍以內(nèi)。測(cè)振結(jié)果表明：溝槽可以有效減少爆破振動(dòng)。

[關(guān)鍵詞]復(fù)雜環(huán)境 ；基坑；振動(dòng)監(jiān)測(cè)；控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG80 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）14-0030-02

1.1 概述

本工程位于深圳市南山區(qū)蛇口東角頭金世紀(jì)路與望海路交叉口東北角。擬建基坑為新建高層公館的地下室，基坑長(zhǎng)約100米，寬約40米，開(kāi)深度約7.5 m，需爆破方量約 24000 m3。

1.2 周邊環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)緊臨廢舊機(jī)械堆場(chǎng)；南側(cè)距望海路約10米；西側(cè)距金世紀(jì)路約25米；北側(cè)距鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)商用樓約15米。由于地處交通路口，來(lái)往人員、車輛較多，因此爆區(qū)環(huán)境十分復(fù)雜。詳見(jiàn)圖1爆區(qū)周邊環(huán)境示意圖。

1.3 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

爆區(qū)周圍有商用樓、市政道路，周邊環(huán)境十分復(fù)雜，既要保證正常施工，又要保證周圍各種設(shè)施的安全。難點(diǎn)是距離商用樓僅僅15米，采用淺孔爆破方法，施工效率較低，采用深孔爆破技術(shù)，則爆破安全風(fēng)險(xiǎn)大。

2 爆破設(shè)計(jì)

2.1 爆破方案

由于爆區(qū)周邊環(huán)境十分復(fù)雜，要最大程度地減少爆破有害效應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境的影響，需要采用控制爆破[1-2]、精細(xì)爆破[3]理論和技術(shù)進(jìn)行爆破方案的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)原則是：

（1）沿基坑兩條長(zhǎng)邊的輪廓線采用預(yù)裂爆破技術(shù)先炸出兩條預(yù)裂縫；

（2）在靠近基坑兩條長(zhǎng)邊和廢舊機(jī)械堆場(chǎng)的地方選取寬2.1米的區(qū)域記為A區(qū)，采用淺孔爆破技術(shù)從地表向下分三層進(jìn)行基坑掏槽爆破，形成寬2.1米，深7.5米的溝槽。A區(qū)爆破位置平面示意圖見(jiàn)圖2。

（3）對(duì)基坑余下部分采用深孔爆破技術(shù)，一次鉆孔到底，實(shí)現(xiàn)快速施工，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)強(qiáng)度和爆破飛石。爆破自由面朝向廢舊機(jī)械堆場(chǎng)方向，向金世紀(jì)路方向后退式爆破施工。

2.2 爆破參數(shù)

2.2.1 預(yù)裂爆破參數(shù)

（1）鉆孔直徑：76mm；（2）孔距：0.7m；（3）孔深：8.0m；（4）線裝藥密度：250g/m；（5）單孔裝藥量：Q單=2kg；填塞長(zhǎng)度1.5米。

2.2.2 溝槽爆破參數(shù)

（1）鉆孔直徑：D=42mm；（2）孔距：a=0.7m；（3）排距：b=0.7m；（4）孔深：L=2.8m；（5）填塞長(zhǎng)度：l2=（20—30）D，取l2=1.3米；（6）裝藥長(zhǎng)度：l1=L- l2=1.5m；（7）單孔裝藥量：Q單=1.2kg。

2.2.3 深孔爆破參數(shù)

（1）鉆孔直徑：D=76mm；（2）臺(tái)階高度：H=7.5m；（4）孔深：L =8m；（5）孔距：a=2m；（6）排距：b=1.5m；（7）填塞長(zhǎng)度：l2=2.5米；（8）裝藥長(zhǎng)度：l1=L- l2=5.5m；（9）單孔裝藥量：Q單=12kg。（10）單耗：q= Q單/abH=0. 5kg/m3。

3 裝藥結(jié)構(gòu)

3.1 預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)

預(yù)裂爆破炮孔中裝藥結(jié)構(gòu)如下，把10條φ32乳化炸藥綁扎在7.5米長(zhǎng)的毛竹片上，底部1米范圍內(nèi)藥量適當(dāng)加強(qiáng)，其線裝藥密度取正常裝藥段的1.5倍。距離孔口附近1.5米長(zhǎng)范圍內(nèi)裝藥適當(dāng)減弱，其線裝藥密度取正常裝藥段的0.5倍。其余沿炮孔均勻分布，中間穿一根導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索長(zhǎng)約7.5米。

3.2 溝槽爆破裝藥結(jié)構(gòu)

（1）實(shí)際單孔裝藥量：每個(gè)炮孔均裝6條φ32乳化炸藥共1.2公斤。

（2）實(shí)際裝藥長(zhǎng)度：l1=1.5—1.6m。

（3）實(shí)際堵塞長(zhǎng)度：l2=1.2—1.3m。

（4）裝藥結(jié)構(gòu)：采用孔內(nèi)連續(xù)裝藥，以增大堵塞長(zhǎng)度，有效控制爆破飛石。

3.3 深孔臺(tái)階爆破裝藥結(jié)構(gòu)

采用孔內(nèi)間隔裝藥結(jié)構(gòu)，每個(gè)炮孔裝φ60乳化炸藥10條共12公斤，下部裝6條，上部裝4條，中間間隔1.5米用鉆屑或者黏土填塞。

4 起爆網(wǎng)路

4.1 預(yù)裂爆破起爆網(wǎng)路

受爆破振動(dòng)的限制，預(yù)裂爆破時(shí)必須逐孔起爆。100米長(zhǎng)預(yù)裂縫需要分成數(shù)段形成。為了一次盡可能多地起爆炮孔，孔內(nèi)選擇用MS17段毫秒延期導(dǎo)爆管雷管（延時(shí)1200ms）起爆導(dǎo)爆索和炸藥，孔外用MS2段毫秒延期導(dǎo)爆管雷管（延時(shí)25ms）進(jìn)行傳爆接力，每次可以起爆38個(gè)炮孔，形成26.6m長(zhǎng)的預(yù)裂縫。4次預(yù)裂爆破就可以完成100m長(zhǎng)的預(yù)裂縫。

4.2 溝槽爆破起爆網(wǎng)路

溝槽爆破時(shí)，每次爆破3排炮孔，每排30個(gè)炮孔。采用孔間延時(shí)和排間延時(shí)相結(jié)合的方法實(shí)施單孔單響，以減少爆破振動(dòng)。孔內(nèi)采用MS15段非電導(dǎo)爆管雷管，孔間傳爆采用MS3段非電導(dǎo)爆管雷管，排間傳爆采用MS5段導(dǎo)爆管雷管。整個(gè)起爆網(wǎng)路由兩發(fā)電雷管引爆。炮孔布置及起爆網(wǎng)路圖如圖3所示。

4.3 深孔爆破起爆網(wǎng)路

每次爆破2排炮孔，每排14個(gè)炮孔。同樣采用孔間延時(shí)和排間延時(shí)相結(jié)合的方法實(shí)施單孔單響，以減少爆破振動(dòng)?？變?nèi)采用MS15段非電導(dǎo)爆管雷管，孔間傳爆采用MS3段非電導(dǎo)爆管雷管，排間傳爆采用MS5段導(dǎo)爆管雷管。

5 爆破安全分析

本工程主要采用深孔爆破，爆破有害效應(yīng)是爆破飛石和爆破振動(dòng)對(duì)周圍商用樓和市政道路的影響。通過(guò)控制最大單響藥量，降低爆破規(guī)模，調(diào)整爆破抵抗線的方向，加強(qiáng)覆蓋等措施來(lái)避免爆破對(duì)周圍商用樓和市政道路造成影響。

5.1 爆破飛石

深孔爆破個(gè)別飛石距離Rf的計(jì)算公式如下：

Rf=40D

式中：D—炮孔直徑，單位英寸。

深孔爆破鉆孔直徑為φ76mm時(shí)，D=3英寸。代入卡式計(jì)算得：Rf =120米。當(dāng)然，這是不進(jìn)行防護(hù)的結(jié)果。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[4]的規(guī)定，爆破安全警戒距離的取值不小于200米。

5.2 爆破振動(dòng)

5.2.1 安全振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)

本工程周邊的建筑物有市政道、商用樓房等等，商用樓為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?！侗瓢踩?guī)程》中對(duì)建筑物的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)作了如下規(guī)定：工業(yè)和商業(yè)建筑物3.5～4.5cm/s；因此，對(duì)商用樓附近爆破區(qū)取3.0cm/s作為建筑物的爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度允許值也是合理的。但是建筑物距爆破區(qū)較近，所以仍必須精心組織每一次爆破施工，加強(qiáng)控制，確保工程安全。

5.2.2 爆破振動(dòng)控制措施

（1）采用多段毫秒微差爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制最大段裝藥量。

（2）保證鉆孔的垂直性，減少鉆孔偏差

（3）通過(guò)試驗(yàn)，選擇合理的單位耗藥量。

5.2.3 爆破安全允許最大單響藥量

最大單響藥量可根據(jù)下式計(jì)算，

Q=R3（V/K）3/α，

式中：Q為最大單段爆破藥量，kg； R為爆心到被保護(hù)對(duì)象的距離，m；V為保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；K、α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》的表2中的數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件， 取R=15m，V=3.0cm/s ，K=150，α=1.8代入上式，可以計(jì)算出Q=4.97kg。

6 爆破安全措施

6.1 預(yù)防飛石的安全措施

6.1.1 立面防護(hù)

為確保安全，根據(jù)本工程周邊的環(huán)境條件，在開(kāi)挖紅線外四周搭設(shè)12米高雙排鋼管防護(hù)排架。先掛兩層竹笆網(wǎng)，然后再掛一層2×2cm鐵絲網(wǎng)。在外側(cè)，用鋼管做斜撐，并系好纜風(fēng)繩，保證其穩(wěn)固可靠，并在排架下部碼2米高、1.5米寬的砂土袋擋墻，以加強(qiáng)排架穩(wěn)定性。防護(hù)排架經(jīng)驗(yàn)收合格后才允許進(jìn)行爆破施工作業(yè)，并在施工作業(yè)期間及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)加固處理。排架立面防護(hù)圖見(jiàn)圖4所示。

6.1.2 表面覆蓋防護(hù)

根據(jù)爆破區(qū)域距建筑物的距離，采取不同的表面覆蓋防護(hù)措施。距建筑物20米范圍內(nèi)采用四層覆蓋防護(hù)，即：孔口蓋沙袋、鋪鐵絲網(wǎng)、鋪竹笆 、 壓沙袋。距建筑物20-40米范圍內(nèi)采用三層覆蓋防護(hù)，即：孔口蓋沙袋、鋪竹笆、壓沙袋。距建筑物40-60米范圍內(nèi)采用兩層覆蓋防護(hù)措施，即孔口蓋沙袋、鋪竹笆。每次爆破作業(yè)，應(yīng)嚴(yán)格認(rèn)真進(jìn)行爆破飛石的防護(hù)，確保爆破作業(yè)的安全。

6.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

6.2.1 測(cè)振使用的儀器、設(shè)備

采用測(cè)振儀對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]，本項(xiàng)目爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)使用的主要設(shè)備、儀器見(jiàn)表1。

6.2.2 測(cè)點(diǎn)選擇及儀器安裝

為了保證信號(hào)源的同一性，傳感器安放在樓房底層地面上，傳感器與地面盡量粘結(jié)牢固，水平傳感器的方向指向爆源。

6.2.3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的爆破參數(shù)

本次測(cè)振對(duì)應(yīng)的是深孔爆破，測(cè)點(diǎn)距離爆破中心20m，炮孔深度8.0m，爆破總藥量為168kg，最大一段單響藥量是12kg。

6.2.4 檢測(cè)數(shù)據(jù)

儀器檢測(cè)的數(shù)據(jù)如表2所示。

6.2.5 實(shí)測(cè)值與計(jì)算數(shù)據(jù)的比較

（1）計(jì)算值

當(dāng)R=20m，Q=12kg，K=150，α=1.8時(shí)，可以計(jì)算出V=3.03cm/s

（2）實(shí)測(cè)平均值

根據(jù)表2知，垂直振動(dòng)平均值：1.95 cm/s；水平徑向平均值：2.05 cm/s。

（3）二者的比較

在垂直方向上，實(shí)測(cè)值比計(jì)算值小35.64%；在水平徑向上，實(shí)測(cè)值比計(jì)算值小29.70%；通過(guò)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)按照式Q=R3（V/K）3/α計(jì)算的垂直振動(dòng)值比實(shí)測(cè)值小35%，水平徑向振動(dòng)值比實(shí)測(cè)值小30%。

7 爆破效果和總結(jié)

本次爆破采用深孔控制爆破技術(shù)對(duì)建筑物近區(qū)（最近15m）的基坑進(jìn)行爆破開(kāi)挖，嚴(yán)格實(shí)行一孔一段的毫秒微差起爆技術(shù)，取得了滿意的結(jié)果，現(xiàn)總結(jié)如下，可供類似工程爆破作業(yè)參考。

（1）在建筑物近區(qū)是可以進(jìn)行深孔爆破的，關(guān)鍵是如何控制好單段起爆藥量，采用精細(xì)控制爆破技術(shù)是實(shí)現(xiàn)此類工程爆破安全作業(yè)的技術(shù)保障。

（2）通過(guò)對(duì)爆破近區(qū)多爆源條件下（深孔爆破）爆破安全振動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及與薩氏公式計(jì)算結(jié)果的比較，可以得出理論計(jì)算的數(shù)值偏于保守，在相同藥量和距離條件下，爆破振動(dòng)峰值的實(shí)際測(cè)量結(jié)果比理論計(jì)算結(jié)果大約要小30%。這樣，使用理論計(jì)算結(jié)果作為安全控制標(biāo)準(zhǔn)更加可靠、安全，即使有個(gè)別振動(dòng)波疊加的情況，也能使得最大峰值小于實(shí)際安全標(biāo)準(zhǔn)值。

（3）本文介紹的精細(xì)控制爆破技術(shù)可以供類似條件下爆破工程設(shè)計(jì)和施工管理參考。

參考文獻(xiàn)

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