大型深基坑混凝土支撐爆破拆除方法研究

鄭 鈺

（無錫地鐵集團(tuán)有限公司，214021，無錫//高級(jí)工程師）

大型深基坑混凝土支撐爆破拆除方法研究

鄭 鈺

（無錫地鐵集團(tuán)有限公司，214021，無錫//高級(jí)工程師）

從基坑支撐拆除方案選擇出發(fā)，對(duì)比分析了爆破拆除方法的優(yōu)勢以及適應(yīng)性。詳細(xì)闡述了爆破拆除整套方法中應(yīng)采取的技術(shù)措施和組織管理措施，主要包括爆破參數(shù)選擇、布孔設(shè)計(jì)、起爆網(wǎng)絡(luò)布置、爆破振動(dòng)粉塵控制、飛石防護(hù)等技術(shù)措施，以及爆破作業(yè)管理、火藥品管理、應(yīng)急及警戒預(yù)案等組織管理措施。工程案例實(shí)施結(jié)果表明：采取爆破拆除支撐，達(dá)到了預(yù)期效果，縮短了工期，加快了施工進(jìn)度，滿足了后續(xù)主體施工工期的需要，未對(duì)周邊建筑物造成損害，可為以后類似工程提供一些技術(shù)參數(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)。

深基坑；支撐爆破；爆破設(shè)計(jì)；爆破控制

隨著城市地下空間的開發(fā)，越來越多的超大型基坑工程逐漸出現(xiàn)。在基坑工程，尤其是軟土地區(qū)的基坑工程中往往采用大體量的、密集的、大截面的鋼筋混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，支撐體系一般起臨時(shí)圍護(hù)作用，在主體結(jié)構(gòu)施工前這些臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)需要被拆除［1］。針對(duì)不同的基坑和支護(hù)方法有不同的拆除方法，在大型密集鋼筋混凝土內(nèi)支撐形式的深基坑工程中，目前廣泛采用的爆破拆除已經(jīng)成為了首選。爆破拆撐在工程上的應(yīng)用是相當(dāng)有效的，炸藥爆破產(chǎn)生的瞬時(shí)巨大作用力對(duì)混凝土支撐結(jié)構(gòu)的破壞效果不是其他方法能替代的［2］。支撐爆破拆除是一種在理論和實(shí)踐上都比較成熟的控制爆破技術(shù)，但在支撐拆除時(shí)必須選擇合適的爆破參數(shù)，并對(duì)爆破產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算，采取合適的防護(hù)控制措施，精確設(shè)計(jì)，嚴(yán)格管理，施工安全和工程質(zhì)量才能夠得到可靠的保證。

1 支撐拆除方案選擇

目前基坑拆除方式主要有爆破拆除、機(jī)械拆除（液壓錘）、人工拆除（風(fēng)鎬）、膨脹劑拆除、金剛鏈切割或繩鋸無損切割等方法［3］，各個(gè)拆除方法均有其自身優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如表1所示。

基坑支撐拆除方案的確定需綜合考慮工程量、工期、周圍環(huán)境等因素。目前超大型基坑越來越多，支撐和圍檁的截面積大、配筋率高、總體積大、施工工期要求高，在確保安全的前提下，選擇施工速度快、施工成本相對(duì)較低的爆破拆除方法是發(fā)展趨勢。

2 爆破拆除方法及措施

爆破拆除的安全風(fēng)險(xiǎn)大、技術(shù)要求高，爆破實(shí)施前需對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行安全驗(yàn)算以及對(duì)爆破過程中可能出現(xiàn)的爆破負(fù)效應(yīng)采取防護(hù)控制措施，精心組織和管理，這樣才能確保爆破安全順利實(shí)施。

2.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

要根據(jù)支撐的形狀、尺寸、強(qiáng)度、配筋、環(huán)境等相關(guān)特征的要求，有針對(duì)性地對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括布孔設(shè)計(jì)、藥量設(shè)計(jì)、爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

表1 基坑支撐拆除方法對(duì)比

2.1.1 布孔設(shè)計(jì)及布置

在鋼筋混凝土支撐的控爆拆除工程中，炮孔位置主要依據(jù)鋼筋混凝土支撐的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)特征以及爆破具體要求等因素而定。一般采用垂直鉆孔。在施工條件受限制時(shí)，亦可布傾斜孔或水平孔。炮孔可沿支撐梁的全長呈單排或多排均勻布置，亦可呈梅花形布置［4］。

布孔參數(shù)：孔深一般取梁高的三分之二，且外側(cè)抵抗線控制在20～30 cm?？拙嘁话闳=80～100 cm，排距一般取b=20～30 cm；節(jié)點(diǎn)處等配筋率高的地方，排距、孔距適當(dāng)減小。炮孔一般采用兩種方式成孔：①預(yù)埋孔，即在支撐澆搗時(shí)埋入紙管，預(yù)留孔洞；②爆破前人工打孔。前者具有施工進(jìn)度快、不影響基坑內(nèi)其他施工作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，故已在支撐爆破作業(yè)中廣泛推廣。

2.1.2 單孔藥量設(shè)計(jì)

單孔藥量q=kabH

式中：

a——藥孔間距；

b——藥孔排距；

H——支撐厚度；

k——系數(shù)，依支撐梁和圍檁的配筋率選定，一般取0.7～0.9 kg/m3。

2.1.3 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土支撐控制爆破拆除起爆網(wǎng)路一般分電起爆系統(tǒng)和非電起爆系統(tǒng)兩類。工程采用導(dǎo)爆管雷管和非電導(dǎo)爆管傳爆網(wǎng)路。網(wǎng)路的連接采用“大把抓”鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)網(wǎng)路?？變?nèi)采用高段毫秒延期導(dǎo)爆管雷管、孔外采用低段毫秒延期導(dǎo)爆管雷管延期起爆技術(shù)。

2.2 爆破安全驗(yàn)算

爆破是瞬間的能量釋放過程，需對(duì)爆破產(chǎn)生的瞬間沖擊波、振動(dòng)以及爆破產(chǎn)生的飛石飛行距離進(jìn)行驗(yàn)算，確保對(duì)周圍的損害在可控范圍內(nèi)。

2.2.1 爆破振動(dòng)計(jì)算

根據(jù)周圍建筑物的抗震能力，由薩德夫斯基公式驗(yàn)算爆破振動(dòng)速度：

式中：

V——爆破產(chǎn)生的垂直振速，cm/s；

Q——一次起爆最大段藥量，kg；

R——保護(hù)目標(biāo)與爆破段中心之間的最小距離，m；

A——與爆破點(diǎn)附近地質(zhì)有關(guān)地震波衰減指數(shù)，取1.5～2.0；

K——與爆破點(diǎn)附近地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，取30～50。

根據(jù)上述公式，計(jì)算的爆破振動(dòng)速度應(yīng)滿足相應(yīng)建筑物保護(hù)等級(jí)對(duì)振動(dòng)速度控制的要求。

2.2.2 爆破沖擊波

露天爆破沖擊波安全距離計(jì)算公式為：

由于采用多炮孔分散裝藥，爆破作業(yè)又在深基坑內(nèi)進(jìn)行，故空氣沖擊波的影響可以忽略不計(jì)。

2.2.3 個(gè)別飛石

爆破飛石飛行距離計(jì)算公式為：

式中：

L——無防護(hù)條件下爆破飛石飛行距離，m；

qmax——最大炸藥單耗，kg/m3。

2.3 爆破防護(hù)控制措施

爆破產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)主要有爆破振動(dòng)、爆破飛石等安全隱患以及揚(yáng)塵、噪聲等環(huán)境污染，需采取合理的控制措施減小爆破產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)。

2.3.1 爆破振動(dòng)控制措施

（1）減弱或消除爆破地震對(duì)周圍建筑物影響的重要措施是采用毫秒微差分段爆破，控制一次起爆藥量以控制震動(dòng)速度，使其不超過許可的安全范圍。

（2）通過合理安排起爆順序減振。安排緊靠圍檁的支撐梁上的裝藥先起爆，減少支撐梁爆破時(shí)的振動(dòng)影響。

（3）圍檁與環(huán)梁延期布置。圍檁與環(huán)梁采用半秒延期雷管，進(jìn)一步控制一次起爆藥量。

（4）將支撐和圍檁進(jìn)行割斷，爆破前將支撐與圍檁連接處進(jìn)行人工鑿段或切割，隔離振動(dòng)的傳播。

2.3.2 爆破飛石控制

爆破飛石控制可以從兩個(gè)方面進(jìn)行控制，一方面從根源上進(jìn)行控制，另一方面采取防護(hù)措施，控制飛石距離，從而控制飛石危害。

（1）在支撐梁和圍檁上方和側(cè)面搭設(shè)防護(hù)棚。

（2）適當(dāng)增加炮孔深度（3～5 cm），減小飛石向上空方向飛出的速度和距離。

（3）嚴(yán)格控制炮孔位置，確?？椎恼_位置，防止改變最小抵抗線方向，造成飛石失控?zé)o效。

（4）嚴(yán)格控制單孔裝藥量，炮孔要密實(shí)填塞，防止沖炮發(fā)生，爆破順序采用由表及里的延期爆破順序。

（5）對(duì)基坑內(nèi)、外個(gè)別保護(hù)目標(biāo)（如塔吊、玻璃幕墻等），要采取具體保護(hù)措施（如對(duì)貼近保護(hù)目標(biāo)的炮孔少裝藥，在保護(hù)目標(biāo)側(cè)面搭設(shè)竹笆圍檔）。

2.3.3 揚(yáng)塵控制措施

爆破粉塵是控制爆破負(fù)面效應(yīng)的一個(gè)重要方面，可采取的主要措施較常見的有預(yù)先淋水、鋪設(shè)水、噴淋系統(tǒng)降塵、霧炮降塵、灑水車降塵等［5］。

2.3.4 爆破噪聲控制措施

從技術(shù)方面講主要控制單次起爆藥量；另一方面，爆破前充分做好周圍居民的告知工作，減少周圍居民緊張情緒，爆破時(shí)先燃放鞭炮，給居民以適應(yīng)的時(shí)間，在鞭炮響的過程中起爆主網(wǎng)路［6］。

2.4 爆破管理及組織

只有精心組織和管理，爆破才能按照預(yù)定設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，管理者需做好施工作業(yè)組織、火工品管理以及周圍警戒協(xié)調(diào)等工作。

2.4.1 爆破作業(yè)管理措施

（1）藥包制作時(shí)，按指定場所進(jìn)行，不準(zhǔn)超出指定范圍；制作和裝填炸藥時(shí)不準(zhǔn)抽煙，場外設(shè)臨時(shí)警戒人員，嚴(yán)禁外人進(jìn)入。

（2）應(yīng)按照設(shè)計(jì)的藥量制作藥包，不準(zhǔn)隨意增減，不同質(zhì)量的藥包、不同段別的雷管要分別放置，防止出錯(cuò)。

（3）裝填炸藥時(shí)，用木質(zhì)填塞棒將藥包輕送到孔底，填土?xí)r先輕后重，力求填滿搗實(shí)，防止損傷腳線。

（4）線路聯(lián)接時(shí)，按規(guī)定操作，防止錯(cuò)聯(lián)、漏接，保證可靠起爆。

2.4.2 火工品管理措施

現(xiàn)場臨時(shí)炸藥庫、雷管庫房應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。庫房必須經(jīng)當(dāng)?shù)毓膊块T檢查合格后方可使用；庫房按《拆除爆破安全實(shí)施規(guī)程》進(jìn)行管理，由持證火工品保管人員雙人值班保管，做好押運(yùn)員、保管員、爆破員領(lǐng)用的出入庫簽字交接手續(xù)，認(rèn)真填寫《火工品使用明細(xì)表》，做到帳物相符。嚴(yán)格執(zhí)行以下倉庫保管制度。

（1）庫房保管員必須嚴(yán)格執(zhí)行“五雙”制度（雙人保管、雙把鎖、雙本帳、雙人發(fā)放、雙人領(lǐng)?。?，嚴(yán)格保管好倉庫物品，禁止交給他人代管。

（2）倉庫保管員必須持有《爆炸物品保管員證》，熟悉爆炸物品的性能和技術(shù)要求，要將性質(zhì)相抵觸的爆炸物品分類、分庫存放。

（3）每次爆破要按照設(shè)計(jì)量領(lǐng)取炸藥，對(duì)于多余的炸藥要隨著爆破支撐同時(shí)銷毀。

（4）無關(guān)人員不得進(jìn)入庫房，嚴(yán)禁在庫房內(nèi)吸咽和用火。

2.4.3 爆破警戒措施

（1）爆破前所有人員、機(jī)械、車輛和器材一律撤到指定的安全地點(diǎn)，安全警戒半徑臨時(shí)確定。

（2）每個(gè)警戒點(diǎn)的警戒人員必須嚴(yán)守崗位，除完成規(guī)定的警戒任務(wù)外，還要注意自身的安全。

（3）爆破的通信聯(lián)絡(luò)方式、信號(hào)、標(biāo)記等規(guī)定，由爆破前的專門協(xié)調(diào)會(huì)商定。

（4）爆破后，由指定的爆破技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行檢查，確認(rèn)無險(xiǎn)情后，方可解除警戒。

3 工程實(shí)例

無錫市軌道交通1號(hào)線工程勝利門站基坑位于無錫市勝利門廣場，三面環(huán)路，一邊靠近商業(yè)區(qū)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)由四道支撐組成，其中第四道支撐為鋼支撐，其余三道為鋼筋混凝土支撐。每道鋼筋混凝土支撐由圈梁、圍檁及板撐組成，與格構(gòu)柱共同形成一整體的圍護(hù)系統(tǒng)。第二道、第三道鋼筋混凝土的支撐、圍檁和板撐，在基坑內(nèi)部-4.8 m、-9.4 m處。基坑?xùn)|面為中國農(nóng)業(yè)銀行、和平電影院及川虹火鍋；基坑南面為工地臨時(shí)簡易辦公房，距離支撐10 m；基坑西南面為站前商貿(mào)區(qū)，距離基坑40 m；基坑西側(cè)隔一條中山路，為紅豆大廈，距離基坑邊緣55 m?；咏Y(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示，支撐截面尺寸見表2。支撐的板撐厚度為300 mm。

圖1 基坑結(jié)構(gòu)平面圖

表2 支撐截面尺寸表

綜合考慮該基坑工期緊、周圍建筑環(huán)境復(fù)雜、拆除工程量大等因素，最終該基坑第二、三道混凝土支撐及圍檁拆除采用了全粉碎型控制爆破法。

3.1 爆破實(shí)施

布孔采用預(yù)埋管成孔的技術(shù)，按梅花型布置，孔距按800～1 200 mm、排距取250～350 mm，孔深取梁高的三分之二，抵抗線最小取200 mm左右。爆破實(shí)施中嚴(yán)格控制一次起爆最大段藥量不超過3 kg，并安排緊靠圍檁的支撐梁上的裝藥先起爆，孔內(nèi)采用半秒延期導(dǎo)爆管雷管，采用高壓脈沖起爆器引爆起爆網(wǎng)路?，F(xiàn)場采取爆破飛石封閉的防護(hù)裝置，爆破時(shí)在支撐和圍檁上直接搭設(shè)鋼管架，進(jìn)行鋪設(shè)竹排和固定在竹排上壓一層的鋼管（1.5 m×0.8 m格子），上覆一層安全網(wǎng)。爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見表3，支撐防護(hù)如圖2、圖3所示。

表3 爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖2 支撐爆破側(cè)面防護(hù)

圖3 支撐爆破頂部防護(hù)

3.2 爆破拆除效果

在支撐爆破拆除前做了充分的施工準(zhǔn)備工作，并在爆破過程中嚴(yán)格執(zhí)行爆破設(shè)計(jì)要求及爆破安全管理，本基坑支撐爆破得到了順利實(shí)施，爆破基本達(dá)到了預(yù)期效果。爆破后照片如圖4所示。

（1）爆破拆除加快了支撐和圍檁的拆除進(jìn)度，確保了施工工期。

（2）爆破振動(dòng)控制在安全范圍之內(nèi)，未對(duì)周邊建筑物造成損害。

（3）爆破飛石進(jìn)行了有效的防護(hù)，爆破振動(dòng)均得到了有效控制，未對(duì)周邊未造成影響。

（4）鋼筋和混凝土基本呈分離狀態(tài)，混凝土塊較均勻。

（5）支撐爆破拆除后，支撐的主筋并沒有炸斷，大的混凝土塊基本上都在支撐的鋼筋籠內(nèi)，掉到結(jié)構(gòu)板上的只有少部分混凝土塊。爆破后，對(duì)于基坑內(nèi)的結(jié)構(gòu)板來說，是安全的。

（6）圍檁裝藥采取多段延期的起爆形式，采用剝離的爆破方式，使爆破振動(dòng)傳播方向指向基坑中心，背離連續(xù)墻傳播，從而大大減小爆破振動(dòng)波對(duì)連續(xù)墻的影響。

4 結(jié)語

爆破技術(shù)在拆除深基坑工程支撐中的廣泛運(yùn)用，大大減輕了支撐拆除工程的勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著地縮短了施工工期，從而創(chuàng)造出明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，其應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。但在具體實(shí)施過程中，必須選擇合理的施工參數(shù)，對(duì)爆破產(chǎn)生的負(fù)面影響進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估，采取合理的保護(hù)措施，并且精心組織才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期爆破效果。

［1］ 朱思聞.大型基坑鋼混支撐爆破技術(shù)和動(dòng)力響應(yīng)研究［D］.上海：上海交通大學(xué)，2013.

［2］ 王小林，徐書雷，吳楓，等.國內(nèi)外拆除爆破技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23（3）：270.

［3］ 李福清，蔣耀港，曾定波，等.不同基坑支撐拆除方式對(duì)比研究［J］.爆破，2011，28（3）：17.

［4］ 趙坤.軟土深基坑鋼筋混凝土支撐圍護(hù)系統(tǒng)拆除爆破理論與實(shí)踐［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

［5］ 杜宗，杜華彬，段義明，等.城市核心地段鋼筋混凝土內(nèi)支撐爆破降塵措施［J］.爆破，2016，33（3）：132.

［6］ 陳沖.大型基坑內(nèi)支撐體系爆破拆除技術(shù)［J］.探礦工程-巖土鉆掘工程，2012，39（2）：80.

圖4 爆破后實(shí)景

On Blasting Demolition Method for Reinforced Concrete Beam of Deep Foundation Pit

ZHENG Yu

In this paper，the advantages and adaptability of the blasting demolition method arecompared and analyzed.Technical measures,organization and management measures to be taken in the whole process of blasting demolition are described in detail，including blasting parameter selection，cloth holedesign，detonation network arrangementand blasting vibration dust control，fly ash protection and related technical measures,management，emergency and alert plans,as well as other organizational management measures. The implementation results of this method show that the blasting demolition supportand the expected effecthave been achieved.By adopting this method,the construction period is shortened，construction progress is accelerated，time for the follow-up main body construction is preserved with no damages forthe surrounding buildings.Therefore，some technical parameters and management experiences of this method can be provided for similar projects.

deep foundation pit；beam blasting；blasting design；blasting control

Author′s address Wuxi Metro Group Co.，Ltd.，214021，Wuxi，China

TU751.9

10.16037/j.1007-869x.2017.12.027

2017-9-22）