深基坑微振動及壓渣控制爆破技術(shù)應(yīng)用

譚雋寧

（中國水利水電第十三工程局有限公司，山東德州 253000）

深基坑微振動及壓渣控制爆破技術(shù)應(yīng)用

譚雋寧

（中國水利水電第十三工程局有限公司，山東德州 253000）

因考慮地鐵的城市功能和線路規(guī)劃，站址多設(shè)置在人群密集及商業(yè)區(qū)附近，周邊既有建筑物、管線、交通道路占很大的比重，在深圳地鐵7號線西麗湖站深基坑巖石開挖施工中，靜力開挖法既不滿足施工強(qiáng)度需要，且施工噪聲對周邊居民正常生活造成干擾，綜合微振動及壓渣控制爆破技術(shù)，并采取合理的開挖方法，使爆破震動得到有效控制，杜絕了爆破飛石及揚(yáng)塵、爆破沖擊波及噪聲，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)及減少擾民的控制目標(biāo)。

深基坑；微振動；壓渣爆破

1　工程概況

深圳市7號地鐵線西麗湖站車站位于南山區(qū)麗水路上，為明挖地下島式車站，車站主體東段北側(cè)緊鄰深圳市野生動物園、西端南側(cè)緊鄰西湖林語名苑小區(qū)及商鋪，西端位于麗水路及麗山路交叉口，前期已對附近電力、電信、燃?xì)獾鹊叵鹿芫€進(jìn)行拆移，并對污水井采取了保護(hù)措施。

基坑深度約17.6 m，土石方開挖總量約215 600 m3，其中石方開挖總量約24 800 m3，需開挖的中～微風(fēng)化巖層厚度為3～16 m，主要集中分布在車站西段。車站西端盾構(gòu)始發(fā)井部位石方開挖比較集中，其開挖長度為25.43 m，開挖寬度為2.38～28.8 m，石方開挖量約9 000 m3，為主要石方鉆爆區(qū)域。石方開挖以微風(fēng)化巖為主，夾雜少量中風(fēng)化巖。微風(fēng)化花崗巖巖體呈塊狀、巨塊狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石抗壓強(qiáng)度在85～119 MPa，為堅硬巖，巖石出露呈西南略高、東北略低趨勢。

2　方案選擇

2.1技術(shù)難點(diǎn)

1）車站主體部分長295.45 m、寬19.4 m，最大開挖深度19.1 m，屬于深基坑土石方開挖，臨近有支擋結(jié)構(gòu)及土方開挖施工，存在施工干擾。

2）前期征地等相關(guān)問題，導(dǎo)致車站土石方開挖工期緊張，其中盾構(gòu)始發(fā)井部位石方月強(qiáng)度約達(dá)到8 000 m3/月，在復(fù)雜爆破作業(yè)環(huán)境條件下，施工難度大。

3）爆破區(qū)西湖林語名苑小區(qū)及商鋪，距離盾構(gòu)始發(fā)井最近12～13 m，且臨近有混凝土連續(xù)墻及支擋結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)始發(fā)井西側(cè)附近道路車輛及人流量較大且不能阻斷交通，對爆破震動及飛石、爆破沖擊波和噪聲、爆破煙塵等控制要求嚴(yán)格。

4）盾構(gòu)端頭井附近為微風(fēng)化花崗巖，爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度衰減慢、傳播遠(yuǎn)。

2.2方案選擇

2.2.1靜力開挖方法

靜力開挖包括靜態(tài)破碎劑開挖、液壓鉆鉆導(dǎo)向孔后液壓錘破碎法和旋挖機(jī)直接開挖法，但工效低且不滿足施工強(qiáng)度需要，且液壓錘破碎期間，施工噪聲過大，干擾居民正常生活，不推薦使用。2.2.2微振動及壓渣控制爆破技術(shù)

擬采用微振動及壓渣控制爆破技術(shù)，并輔助創(chuàng)建先鋒槽、布置減震孔及光面爆破等技術(shù)措施，進(jìn)行車站深基坑石方開挖，該方法安全可靠、環(huán)保，且能滿足施工質(zhì)量及施工強(qiáng)度需要。

3　爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)

3.1爆破振動速度控制標(biāo)準(zhǔn)

參照GB6722-2003《爆破安全規(guī)程》，對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋，頻率范圍在10 Hz以下時，安全允許振速為3.0～4.0 cm/s；頻率范圍在10～50 Hz時，安全允許振速為3.5～4.5 cm/s；頻率范圍在50～100 Hz時，安全允許振速為4.2～5.0 cm/s。

考慮爆破施工不能影響周邊居民正常生活，且避免爆破震動對房屋裝修結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，經(jīng)深圳市公安局、深圳市工程爆破協(xié)會審定，爆破安全允許振速按不大于1.0 cm/s控制。

3.2爆破飛石、爆破沖擊波及噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)

石方開挖區(qū)位于城市繁華地段，周邊分布有高層居民樓、城市道路、商鋪、動物園等建筑設(shè)施，石方開挖期間，不得產(chǎn)生爆破飛石、超標(biāo)爆破沖擊波超壓及噪聲。

依據(jù)GB6722-2003，空氣沖擊波超壓值的安全允許標(biāo)準(zhǔn)：對人員為0.02×105Pa；參照聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3096-2008規(guī)定，按2類聲環(huán)境功能區(qū)控制，其噪聲按晝間60 dB、夜間50 dB控制，為此夜間不進(jìn)行鉆爆作業(yè)。

4　核心技術(shù)

4.1微振動控制爆破技術(shù)原理

針對軟弱圍巖隧道施工，如何保護(hù)隧道圍巖穩(wěn)定、不受或少受破壞，鐵道部爆破工作者提出了微振動爆破的概念。微振動控制爆破技術(shù)是綜合爆源能量分散原理及微差起爆技術(shù)的應(yīng)用，在總裝藥量不變的情況下，通過多打孔，單孔少裝藥和采用毫秒微差順序起爆技術(shù)，使爆破地震波能量在時空上分散，有效降低和減弱爆破地震波的強(qiáng)度。

4.2壓渣爆破技術(shù)

在爆破飛石安全防護(hù)方面，一般采用控制最小抵抗線方向、嚴(yán)格控制爆破孔封堵長度及封堵質(zhì)量、爆破面采用鋼絲膠片+鋼絲網(wǎng)覆蓋等方法，但作業(yè)工序繁瑣，且不能完全消除爆破產(chǎn)生的煙塵、沖擊波及噪聲等環(huán)境影響，如采用環(huán)保清潔爆破專利技術(shù)，對大量石方爆破開挖而言，施工成本高，且仍存在爆破飛石風(fēng)險。

采用壓渣防護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1）就地取材，可充分利用附近開挖土石方，利用反鏟進(jìn)行壓渣覆蓋，施工效率高；2）爆破面壓渣后，相對增加了封堵長度，不但杜絕了爆破飛石，而且還使炸藥的爆炸能量完全作用于巖體破碎，增加了爆破孔利用率，基本消除了炮根；3）在壓渣條件下，覆土消除了爆破煙塵、爆破沖擊波超壓及噪聲，達(dá)到了環(huán)保施工，尤其適合城市及復(fù)雜爆破環(huán)境下的爆破施工。

5　爆破試驗

5.1最大單段爆破藥量計算

爆破作業(yè)過程中，主要的保護(hù)對象為西湖林語和深圳大學(xué)城清華大學(xué)園區(qū)，依據(jù)爆破振動安全允許距離計算式：

式中：R——爆破震動安全允許距離，m；Q——炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；V——保護(hù)對象所在地質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度，cm/s；K，a——與爆破點(diǎn)至計算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，可按經(jīng)驗值選取或通過現(xiàn)場試驗確定。

針對臨近的西湖林語、深圳大學(xué)城清華大學(xué)園區(qū)等居民樓，選取V=V允=1.0 cm/s。

參照深圳市地區(qū)類似工程地質(zhì)爆破檢測成果，K＝143.17，a＝1.79，首先按此進(jìn)行爆破試驗相關(guān)參數(shù)計算，允許的最大單段藥量值Qmax見表1。

表1　允許最大單段藥量值Qmax計算表

5.2爆破試驗

試驗區(qū)選擇在西麗湖站盾構(gòu)始發(fā)井設(shè)計終點(diǎn)里程基坑中部，共進(jìn)行了兩次爆破試驗，試驗區(qū)中心距離西湖林語小區(qū)建筑最近距離21 m，鉆孔采用YT28手風(fēng)鉆，鉆孔直徑42 mm，炸藥規(guī)格為乳化φ32 mm@200 mm×200 g，試驗情況如下。

5.2.1第一次爆破試驗

第一次淺孔臺階爆破試驗數(shù)據(jù)：孔深1.5～1.8 m，孔距0.9 m，排距0.8 m，鉆孔傾角90°，裝藥長度為0.4～0.5 m，堵塞長度1.1～1.3 m，單孔藥量0.4～0.5 kg，孔數(shù)39個，總藥量19 kg，單耗0.35 kg/ m3。

安全防護(hù)：采用孔口雙層砂袋+單層橡膠被服+1.2～1.5 m粘土的覆蓋方式。

爆破效果：距爆心水平距離8 m處，爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度0.39 cm/s；20 m處，爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度0.25 cm/s；27 m以外未觸發(fā)，即振動速度小于0.1 cm/s。爆破現(xiàn)場無飛石、無炮煙，無爆破沖擊波及噪聲，爆破孔孔底巖體破碎，無炮根。

5.2.2第二次爆破試驗

第二次淺孔臺階爆破試驗數(shù)據(jù)：孔深1.5～1.8 m，孔距0.8 m，排距0.8 m，鉆孔傾角90°，裝藥長度為0.4～0.6 m，堵塞長度為1.1～1.2 m，單孔藥量0.4～0.6 kg，孔數(shù)43個，總藥量21 kg，單耗0.42 kg/m3。

安全防護(hù)方式；采用孔口單層砂袋+單層橡膠被服+1.2～1.5 m粘土的覆蓋方式。

爆破效果；距爆心水平距離30 m處，爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度0.22 cm/s，其余未觸發(fā)，即振動速度小于0.1 cm/s。無飛石，但個別孔有覆土上沖及少量炮煙溢出，無爆破沖擊波及噪聲，局部遺留有炮根。

5.3爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及爆破效果分析

為監(jiān)測爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度及進(jìn)行爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度衰減規(guī)律研究，現(xiàn)場共布置了6個監(jiān)測點(diǎn)。爆破采用孔外延期、孔內(nèi)延時的非電微差順序起爆網(wǎng)絡(luò)，每4～5孔為一組，每組采用Ms1，Ms3，Ms5，Ms7，Ms9段非電導(dǎo)爆管孔內(nèi)延時，除第一組直接采用電雷管激發(fā)外，其它組之間均采用Ms11段孔外串接延期，順序起爆。從兩次爆破試驗效果分析，爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度值較小，均滿足爆破安全控制要求。安全防護(hù)方面，第一次爆破試驗采用孔口壓雙層沙袋方式防護(hù)效果較好。

6　實施情況

6.1開挖方案

車站深基坑開挖遵循“縱向分段、豎向分層、先支撐后開挖”的原則，自車站西端盾構(gòu)始發(fā)井（第一段）開始開挖，依次向第二→三→四→五段依次推進(jìn)。車站西端始發(fā)井區(qū)域前期采用長臂反鏟直接挖裝，后期采用液壓反鏟基坑挖裝5 m3吊斗、100 t履帶吊垂直吊運(yùn)裝車；在第二、三段支擋結(jié)構(gòu)完成后，由第二、三段沿基坑縱向修臨時下基坑道路，采用反鏟直接裝車。

石方開挖按照“密打孔、少藥量、小臺階、微振動、嚴(yán)覆蓋”的施工原則，確保施工安全及減少擾民。結(jié)合盾構(gòu)機(jī)下井需要，基坑石方開挖由車站西端盾構(gòu)始發(fā)井開始，采用縱向分區(qū)、豎向分層的開挖方法。為有效減震及創(chuàng)造良好的臺階爆破臨空面，每層開挖前，先沿始發(fā)井基坑右側(cè)開挖邊線布置一排防震孔，然后由始發(fā)井左側(cè)區(qū)域開始，分層進(jìn)行拉槽爆破，形成側(cè)向臨空面，再依次向四周擴(kuò)挖，側(cè)向及上部臨空面采用壓渣防護(hù)，基坑底部采用設(shè)置柔性墊層的保護(hù)層一次開挖方法。

采用“V”形對稱拉槽創(chuàng)建先鋒槽，每層拉槽寬4.5 m、深1.5 m，拉槽長8～10 m?？拷舆吘墸A(yù)留2 m范圍作為緩沖保護(hù)層區(qū)，沿基坑設(shè)計邊線布置光面爆破孔，側(cè)向及上部臨空面采用壓渣防護(hù)，保證基坑邊墻開挖平整度及爆破施工安全。施工過程中，結(jié)合爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度監(jiān)測，及時優(yōu)化調(diào)整施工參數(shù)。

6.2爆破設(shè)計

兩次爆破試驗過程中，均采用了單層橡膠被服防護(hù)方法，由于其混雜在爆破石渣內(nèi)，對爆破后清渣造成了困難，為此結(jié)合前兩次爆破試驗，確定取消單層橡膠被服，適當(dāng)增加覆渣厚度，同時考慮施工強(qiáng)度需要，每組增加一個微差段別，并結(jié)合爆破振動監(jiān)測成果分析，適當(dāng)增加鉆孔深度，以增大爆破規(guī)模及工效。

鉆爆臺階及爆破網(wǎng)絡(luò)調(diào)整：采用手風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔直徑42 mm，臺階高度1.8～2.5 m。采用孔內(nèi)微差延時、孔外微差延期的非電順序起爆網(wǎng)絡(luò)，每6孔為一組，每組孔內(nèi)依次裝Ms1，Ms3，Ms5，Ms7，Ms9，Ms11段非電導(dǎo)爆管孔內(nèi)延時，除第一組直接采用電雷管激發(fā)外，其它各組之間均采用Ms13段孔外串接延期，順序起爆?；訙\孔小臺階控制爆破參數(shù)見表2。

結(jié)構(gòu)調(diào)整：采用孔口雙層砂袋+2.0 m覆渣的覆蓋方式，同時為防止覆渣過程中破壞起爆網(wǎng)絡(luò)，在孔口進(jìn)行沙袋防護(hù)之后，先采用塑料電工扣線槽進(jìn)行導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，然后再進(jìn)行壓渣覆蓋。

6.3施工噪聲及粉塵控制輔助措施

1）限定鉆孔及爆破作業(yè)時間，并采用告知牌方式在附近生活區(qū)、路口公示；車輛進(jìn)入施工區(qū)以燈光代替喇叭，沿基坑右側(cè)設(shè)置隔聲屏障，有效降低開挖施工對周邊居民生活干擾。

2）鉆孔設(shè)備加裝粉塵收集裝置，嚴(yán)格控制爆破孔封堵及炮被覆蓋質(zhì)量，出渣前對爆渣進(jìn)行灑水處理，有效降低施工粉塵；出渣運(yùn)輸車輛采用帶蓋板的自卸汽車，限速行駛，防止污染城市道路。

7　施工體會

車站主體歷經(jīng)3個月完成了土石方開挖任務(wù)，其中于2013年7月完成盾構(gòu)始發(fā)井部位石方開挖，日平均開挖強(qiáng)度約300 m3/d，達(dá)到了預(yù)期施工強(qiáng)度，且施工期間，沒有發(fā)生爆破安全事故。

表2　基坑淺孔小臺階控制爆破參數(shù)表

結(jié)合深圳地鐵7號線施工，在城市采用鉆爆法進(jìn)行深基坑石方開挖時，施工體會如下：

1）杜絕產(chǎn)生爆破飛石、嚴(yán)格控制爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度；對爆破沖擊波超壓及噪聲、爆破煙塵進(jìn)行有效控制。

2）施工前對周邊建筑物、市政管線及設(shè)施、城市道路以及周邊居民等保護(hù)對象進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和記錄，確定合適的爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)，制定保護(hù)方案，并同相關(guān)方簽訂爆破作業(yè)安全保護(hù)協(xié)議。

3）爆破時間宜選擇在人不敏感時間段，嚴(yán)禁夜間施工，并采取施工圍擋對施爆區(qū)進(jìn)行封閉；臨近居民樓、商鋪等人員較多地區(qū)，增加聲屏障，減少噪聲影響。鉆爆過程中，嚴(yán)格控制鉆孔放樣、鉆孔質(zhì)量、裝藥、爆破網(wǎng)絡(luò)保護(hù)以及爆破面壓渣等施工環(huán)節(jié)。

4）合理利用臨近的開挖土石方進(jìn)行爆破面覆蓋防護(hù)，采用微振動控制爆破技術(shù)，并對爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效防護(hù)。

5）按“密打孔、少藥量、小臺階、微振動、嚴(yán)覆蓋”原則進(jìn)行爆破參數(shù)試驗，施工期間，爆破監(jiān)測隨每次爆破作業(yè)同步進(jìn)行，并及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，為后續(xù)爆破設(shè)計及爆破參數(shù)優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

6）深基坑支擋結(jié)構(gòu)與鄰近區(qū)域的石方鉆爆存在相互干擾及制約，需選擇合適的開挖順序及開挖方法，防止對基坑支擋結(jié)構(gòu)造成破壞。

［1］水利水電工程施工手冊（第二卷）［M］.北京：中國電力出版社，2002：2—8.

TU46+3；TU751.9

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1002-0624（2016）01-0058-04

2015-08-20