復(fù)雜苛刻環(huán)境下爆破減振技術(shù)的應(yīng)用

中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710000

1 工程概況

深圳市城市軌道交通8號線一期工程起于蓮塘站站后折返線，終至鹽田站，途徑深圳市羅湖區(qū)、鹽田區(qū)，線路全長12.347km，全線采用地下敷設(shè)方式。線路穿越蓮塘街道辦、田心街道辦周邊多為20世紀80年代改革開放初期建設(shè)的房屋群，鹽田港為新興的商業(yè)區(qū)，地質(zhì)巖性為中、微風化凝灰?guī)r和花崗巖，由于工程實施前期爆破作業(yè)會對周邊居民及商住造成影響，實施過程中經(jīng)過與建設(shè)方、設(shè)計方的方案比選，決定采用電子數(shù)碼爆破結(jié)合聚能水壓爆破的方式進行爆破。

工程實施沙頭角車站、鹽田港車站基巖突起段落距離房屋最近僅3m，地鐵深外高中站緊鄰學校宿舍樓，蓮梧區(qū)間下穿蓮塘保障房、側(cè)穿合正錦園，距離房屋最近不到2m（見圖1、圖2）。

圖1 區(qū)間線路下穿、側(cè)穿建筑物

圖2 車站基坑與建構(gòu)筑物關(guān)系

2 工程實施難點

工程實施前期采取的方案，即機械法開挖、靜態(tài)開挖、普通控制爆破，取得的效果都不太明顯。

（1）石方開挖采用機械開挖噪聲較大、對周邊環(huán)境影響較大。依據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3096—2008）的規(guī)定，以居住、文教機關(guān)為主的區(qū)域噪聲最高排放限值白天為55dB，夜間為45dB。根據(jù)主要施工機械設(shè)備的噪聲聲級分級可知，機械開挖采用液壓巖石破碎機的噪聲聲級如下：距聲源1m處噪聲聲級值為83～93dB，距聲源10～20m時噪聲聲級值為75～69dB；以上為多臺設(shè)備作業(yè)時，噪聲將疊加，疊加后為95dB。采用機械開挖時，若噪聲排放值超過標準要求，將對周邊居民、學校的生活環(huán)境造成不良影響。

（2）石方開挖采用機械開挖施工效率低、占用時間長。需石方開挖的巖層為中、微風化凝灰?guī)r和花崗巖，根據(jù)室內(nèi)試驗，其飽和抗壓強度范圍值為42.9～139.4MPa，屬較硬巖～堅硬巖，采用機械破碎效率低、占用時間長。

（3）靜力破碎效率低，且成本高。采用靜力破除對周邊環(huán)境影響最小，但是因各工點石方量大，施工效率低，成本較高，不宜大規(guī)模使用。

（4）普通爆破器材的選取不能滿足分段的要求。目前市場上毫秒延期制作裝配工藝及精度指標難控制，導(dǎo)爆管段位多為1～15段，延期時間長達0～880ms。大區(qū)微差爆破需要多段等間隔的微差起爆，現(xiàn)場起爆跳段使用不能達到精準延時控制要求。

（5）普通爆破難以平衡功效和滿足爆破振速不大于1cm/s的要求。采用普通爆破施工影響時間短，每天僅影響1～2次。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014），一般民用建筑物振速V≤2cm/s，而根據(jù)深圳地方爆破要求，爆破振速不得大于1cm/s，采用普通爆破需分區(qū)、分段，這樣爆破作業(yè)功效將大幅度降低。

3 周邊環(huán)境需求及地方要求

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）中第13條的規(guī)定，對于一般民用建筑物安全爆破振速取1.5～2cm/s。該項目立項之初考慮工法為普通爆破或機械方式開挖，爆破振速不大于2cm/s。

進場后根據(jù)個別段落施工及周邊環(huán)境評估，周邊居民投訴較多，商業(yè)區(qū)玻璃幕墻較多，爆破振動對其影響較大，部分房屋因建造年代長，存在缺陷，同時根據(jù)深圳市公安局爆破施工的相關(guān)規(guī)定，在建筑物周邊范圍內(nèi)進行爆破作業(yè)時其振速不得大于1cm/s。實際考慮人對震感的敏感度，控制安全爆破振速取值小于1cm/s。

4 減振技術(shù)的應(yīng)用

該工程結(jié)合實際情況，在傳統(tǒng)礦山法施工過程中采用了數(shù)碼雷管結(jié)合聚能水壓引爆方式的爆破應(yīng)用技術(shù)，在明挖基坑中采用數(shù)碼雷管引爆方式精準延時控制爆破技術(shù)，通過微差時間精準延時控制和裝藥方式的改變達到減振效果。

（1）電子數(shù)碼雷管爆破。①精確控制起爆延時時間不受段別影響，在0～16s可任意設(shè)置時差，時差在0～100ms，偏差小于1ms，便于根據(jù)現(xiàn)場情況優(yōu)化起爆網(wǎng)絡(luò)，減少爆破產(chǎn)生的振動波。②通過精準控制單次爆破量，擴大了爆破規(guī)模，降低爆破振動。③明顯改善了破碎塊度，控制拋擲距離，減少了爆破振動，有效降低了爆破單耗，減少鉆孔數(shù)量。④提高了爆破作業(yè)的安全性，避免出現(xiàn)大量地面?zhèn)鞅坠埽喕似鸨W(wǎng)路施工操作，可減少爆破器材數(shù)量。

（2）聚能水壓爆破。利用水壓爆破炮眼中的水，爆轟波在水中傳播的沖擊波對水不可壓縮，爆破能量幾乎無損地傳遞到炮眼圍巖中，這種無能量損失的應(yīng)力波十分有利于巖石破碎，而且聚能槽產(chǎn)生的高溫、高壓射流和水袋在爆炸作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng)，會促使巖石初始裂縫延伸擴展加大且防止巖爆。同時爆炸波通過水的傳播吸收了能量，有效降低了爆破振速。

5 工程實體的應(yīng)用

5.1 薩道夫斯基經(jīng)驗公式預(yù)測計算

我國目前以保護對象所在地表質(zhì)點峰值振速為爆破振動判據(jù)的主要指標，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014），按薩道夫斯基公式計算爆破時產(chǎn)生的地表質(zhì)點峰值振速：

式中：V為地面質(zhì)點峰值振速，cm/s；Q為炸藥量，kg，其中齊發(fā)爆破為總藥量，延遲爆破為最大一段藥量；R為觀測（計算）點到爆源的距離，m；k、α分別為與爆破點至計算點間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

結(jié)合該項目工程的特點，考慮地方要求及人對振動的敏感程度，振速取值V=1cm/s；該工程圍巖為微風化凝灰?guī)r，飽和抗壓強度平均值為95.4MPa，屬較硬巖～堅硬巖，取k=165、α=1.65。不同距離的振速和最大同段裝藥量見表1。

表1 不同距離的振速和最大同段裝藥量

5.2 蓮梧區(qū)間礦山法爆破施工

蓮梧區(qū)間工程多處下穿、側(cè)穿居民樓，按照爆點距離建筑物R=30m（區(qū)間埋深20m）選取參數(shù)，控制單段最大裝藥量Q≤2.51kg即可滿足要求。根據(jù)爆破孔網(wǎng)參數(shù)，全斷面爆破施工中需要每2～3孔起爆，利用數(shù)碼雷管結(jié)合聚能水壓爆破精準延時實施控制。

現(xiàn)場Ⅲ級圍巖采用全斷面電子雷管結(jié)合聚能水壓爆破精準延時微差爆破，開挖斷面面積為41m2，布孔85～90個，循環(huán)進尺控制在2.2～2.5m，過程中調(diào)整炸藥用量及布孔參數(shù)，且進行連續(xù)振速量測，對爆破效果進行評價分析。具體操作見圖3～圖6，數(shù)碼電子雷管結(jié)合聚能水壓爆破效果評價見表2。

圖3 水袋加工

圖4 聚能管加工

圖5 裝藥后掌子面情況

圖6 拱頂?shù)乇肀普袼俦O(jiān)測

表2 數(shù)碼電子雷管結(jié)合聚能水壓爆破效果評價表

經(jīng)綜合分析，采用數(shù)碼雷管結(jié)合聚能爆破后，炸藥用量減少，爆破效果也能夠滿足要求，減振效果可以達到60%～80%，現(xiàn)場實際鉆孔深度為2.2～2.5m，克服常規(guī)爆破單循環(huán)進尺0.8～1.0m，有效提高了施工功效?，F(xiàn)場單循環(huán)斷面有85～90個孔，數(shù)碼雷管使用成本增加，在復(fù)雜特殊環(huán)境下使用時，考慮社會效益及和諧施工，經(jīng)濟上是合理的。

5.3 鹽田港、沙頭角、深外高中站明挖基坑爆破開挖

兩個車站明挖基坑內(nèi)基巖突起部分均為微風化凝灰?guī)r，總結(jié)類似工程經(jīng)驗，結(jié)合該工程實際情況，采用淺孔電子數(shù)碼微差松動爆破技術(shù)。爆破鉆孔直徑不宜選擇過大，實際采用的鉆孔直徑d=42mm，通過控制單孔裝藥量和數(shù)碼電子雷管精準延時起爆技術(shù)以實現(xiàn)降低爆破振動的綜合控制。

試爆參數(shù)選?。号_階高度H=1.2～1.5m；最小抵抗線w=1.0m；孔距a=1.2m；排距b=1.0m；孔深L=1.5m；超深h=0.3m；炸藥單耗，根據(jù)巖石性質(zhì)取k=0.5kg/m3（試爆參數(shù)）；單孔裝藥量q=kabH=0.5×1.2×1.0×1.2=0.72kg；堵塞長度Ld＞0.7m；布孔方式采用梅花形布孔。

參考不同距離單段最大用量表，考慮基坑深度及圍護結(jié)構(gòu)的影響，隨著布孔位置與建構(gòu)筑的距離變化，取R=30m，控制單段最大用量Q≤2.51kg，這樣就能滿足振速要求，起爆網(wǎng)路在靠近圍護結(jié)構(gòu)側(cè)控制最大4孔同段起爆?，F(xiàn)場通過調(diào)整炸藥單耗、孔網(wǎng)參數(shù)，實時監(jiān)測振速情況，及時進行了爆破效果評價。具體操作及效果見圖7～圖9，數(shù)碼電子雷管精準延時爆破試驗評價見表3。

圖7 數(shù)碼雷管裝藥連線

圖8 30m處爆破振速監(jiān)測

圖9 破碎效果

表3 數(shù)碼電子雷管精準延時爆破試驗評價表

爆破過程中，根據(jù)車站基坑圍巖分布情況，將50m以外區(qū)域作為爆破試驗區(qū)，分別測得不同距離和不同炸藥單耗下的爆破振速值。通過試驗區(qū)分析，孔間延遲時間控制在4～8ms，炸藥單耗控制在0.4～0.45kg/m3，爆破破碎效果最佳，振速控制能夠滿足要求，一次爆破可以達到800個孔，單次爆破方量可以達到400～600m3，綜合功效合理。

6 結(jié)束語

應(yīng)用電子數(shù)碼雷管結(jié)合聚能水壓爆破技術(shù)，通過精準延時微差控制爆破，能夠有效降低爆破振動30%～60%，降低炸藥單耗8%～15%，解決越來越突出的社會和諧施工問題。數(shù)碼電子雷管也存在一些不利因素，如成本高、操作復(fù)雜、技術(shù)難度大、使用不便捷等，其中單發(fā)數(shù)碼電子雷管近百元的單價是目前數(shù)碼電子雷管全面推廣緩慢的主要原因。但在復(fù)雜特殊環(huán)境工程中，安全要求十分嚴格，特別是爆破振動控制苛刻的情況下，使用該項技術(shù)不僅可提高功效，從綜合經(jīng)濟效益方面考慮也是合理的。