地鐵明挖基坑工程爆破施工技術(shù)控制措施

屈振巖

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

基坑工程是集地質(zhì)工程、巖土工程、結(jié)構(gòu)工程和巖土測試技術(shù)于一身的系統(tǒng)工程，其設(shè)計和施工成為巖土工程學(xué)科的主要研究課題之一。對深基坑爆破開挖的研究一直受到國內(nèi)外不少學(xué)者的青睞，學(xué)者在巖石爆破機理及巖石爆破振動對鄰近建筑物所產(chǎn)生的影響方面進(jìn)行大量的研究。

1 工程概況

思源站為13.5 m 站臺雙層島式車站、箱型框架結(jié)構(gòu)。車站主體結(jié)構(gòu)總長為199.8 m，寬度22.2 m，基坑深約18 m，采用明挖法施工。車站主體結(jié)構(gòu)基坑分兩期施工，待一期施工回填完畢后恢復(fù)道路路面及交通，再進(jìn)行第二期及附屬施工，兩期施工分界處設(shè)置隔離樁。

2 水文地質(zhì)情況

思源站施工場地地下水以其含水介質(zhì)可分為松散層孔隙水和基巖裂隙水兩類?；铀靠傮w較小。施工范圍內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）和侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2S）沉積巖組成。

3 施工技術(shù)

3.1 工藝原理

通過孔位的布置、孔深等參數(shù)調(diào)節(jié)爆破的作用效果，將排間毫秒延期與孔間毫秒延期相結(jié)合，利用單段、多段炸藥的時間差，分時對炸藥起爆進(jìn)行設(shè)置，使炮孔與炮孔之間、炸藥與炸藥之間相互作用、相互制約從而達(dá)到爆破效果的控制作用[1]。分時間、隔時間的選擇主要與巖石性質(zhì)、抵抗線、孔位布置、減振目標(biāo)做為計算依據(jù)，通過現(xiàn)場實踐，根據(jù)孔位的布置順序，通常炸藥起爆分時時間間隔控制在25～500 ms，既能夠達(dá)到預(yù)期爆破效果，又能有效控制飛石、振動和后沖作用。分時爆破工作原理如圖1 所示。

3.2 施工方法

3.2.1 施工準(zhǔn)備

鉆眼前，測量人員按爆破設(shè)計進(jìn)行布孔，標(biāo)出炮眼位置，其誤差不得超過5 cm。

3.2.2 鉆孔

結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境，孔位按照梅花型布置，間距控制在1～1.5 m。傾斜鉆孔時嚴(yán)格控制角度，鉆孔傾斜度不大于15°，確保鉆孔質(zhì)量、數(shù)量滿足設(shè)計計算要求。臺階及炮孔布置如圖2 所示。

圖2 臺階及炮孔布置

3.2.3 質(zhì)量檢查

（1）按照炮眼布置圖正確鉆孔。

（2）炮眼眼口間距誤差和眼底間距誤差不大于5 cm。

（3）當(dāng)開挖面凹凸面較大時，應(yīng)按實際情況，調(diào)整炮眼深度，使所有炮眼眼底在同一垂直面上。

（4）鉆眼完畢，按炮眼布置圖進(jìn)行檢查，并做好記錄，有不符要求的炮眼須重新鉆，經(jīng)檢查合格后，才能裝藥起爆[2]。

3.2.4 清洗炮孔

裝藥前，采用小于炮眼直徑的高壓風(fēng)管輸入高壓風(fēng)將炮眼石屑清理干凈，確?？椎罆惩茼樌b藥。

3.2.5 裝藥

在確認(rèn)炮孔清洗完成并驗收合格后，方可進(jìn)行裝藥工作。采用兩種裝藥結(jié)構(gòu)形式，基坑邊坡炮眼采用間隔裝藥形式，基坑內(nèi)部炮眼采用連續(xù)裝藥形式。裝藥結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)

連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)藥包每孔藥包安放完成后，再用木質(zhì)炮棍輕輕壓緊。間隔裝藥結(jié)構(gòu)藥包，用導(dǎo)爆索間隔的把藥卷加工成藥串。裝藥完成后進(jìn)行炮孔堵塞，使炸藥在受約束條件下充分爆炸，堵塞長度不得小于炮眼深度的1/3。堵塞材料首先采用炮泥（砂∶黏土∶水=3∶1∶1），堵塞密實。

3.2.6 線路連接

采用毫秒延期逐孔順序起爆，各段位分時間隔間隔參數(shù)見表1。

表1 各段位時間間隔參數(shù)

爆破段位分配、孔位連線及爆破延時如圖4 所示。

圖4 爆破段位分配、孔位連線爆破延時示意

3.2.7 線路建成

將整個起爆網(wǎng)絡(luò)中每4～5 個起爆孔分為一組，將每組的導(dǎo)爆雷管與地表傳爆管雷管采用電工膠帶反向捆扎聯(lián)接，最后將地表傳爆雷管與具有良好絕緣性和柔軟性的銅芯母線連接。

3.2.8 爆破

（1）爆破時嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)警、起爆、解除三種統(tǒng)一信號，確保警戒區(qū)域內(nèi)無人員、機械設(shè)備。

（2）采用TC-4850 爆破振動測試儀進(jìn)行監(jiān)測，起爆前安裝在需周邊需保護建構(gòu)筑物上，爆破完成后直接在一期上讀取X方向、Y 方向、Z 方向振速讀數(shù)并準(zhǔn)確記錄。

（3）爆破過程中，每個炮孔的起爆都相對獨立，每個炮孔的臨空面增多，夾制作用減小，破碎效果好。

3.2.9 效果評價

爆破結(jié)束后，對該次爆破效果進(jìn)行評價，主要從爆破振速、斷面超欠挖情況、爆破飛石情況、爆渣大塊率、爆堆是否集中，認(rèn)真總結(jié)分析原因，有針對性的對爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使爆破達(dá)到最優(yōu)效果[3]。

3.2.10 爆破參數(shù)修正

（1）爆破振速增大或超限，可采取減小裝藥量、增加分段、減小最大單次齊爆量等措施。

（2）斷面超欠挖，可采取調(diào)整孔深、孔間距、增加欠挖或減小超挖部位的裝藥量。

（3）爆破飛石較多，可采取減小裝藥量、調(diào)整爆破最小抵抗線距離、炮被壓載等措施。

3.3 主要參數(shù)

爆破孔位的位置、方向和深度等參數(shù)都直接影響爆破效果?；颖圃诼短焱翈r的臺階上進(jìn)行，工作面以臺階形式推進(jìn)，每隔臺階至少有兩個自由面。在臺階水平面進(jìn)行鉆孔、裝藥、堵塞及起爆。爆破時巖石沿傾斜的自由面的方向剝落，形成新的傾斜自由面。

關(guān)于裝藥中心到自由面的最短距離，底盤抵抗線W 底表示炮孔底中心支臺階底部坡腳的距離，為了降低裝藥結(jié)構(gòu)高度，鉆孔時需要超鉆△h。爆破參數(shù)應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的具體條件，通過現(xiàn)場試驗修正，取得最佳參數(shù)值。其中單位炸藥消耗量根據(jù)巖體堅固系數(shù)可參照表2 來選擇確定。

表2 爆破炸藥單耗量

另外，單孔裝藥量通常采用以裝藥長度控制和裝藥體積控制兩種方法，分時爆破控制采用體積計算方法。單排單孔炸藥量

可如式（1）所示：

式（1）中，q 為單自由面爆破炸藥單耗，單位kg/m3；V 為單個炮孔爆下的巖石體積，單位m3；e 為能量換算系數(shù)，根據(jù)常用炸藥換算系數(shù)表查得，取1.0。

3.4 排間毫秒延期起爆時間間隔

間隔時間主要與巖石性質(zhì)、抵抗線、巖體移動速度以及對破碎效果和減振要求等因素有關(guān)。地鐵基坑規(guī)則爆破時，毫秒延期間隔時間為25～500 ms。

3.5 監(jiān)控量測

基坑控制爆破實施過程中，加強基坑監(jiān)控量測。在基坑常規(guī)監(jiān)測的項目基礎(chǔ)上增設(shè)爆破振動監(jiān)測。監(jiān)測變化速率平均值見表3。

表3 監(jiān)測控制

4 結(jié)語

對工程在實際爆破開挖時基坑鄰近市政管線、構(gòu)建筑物的爆破振速開展現(xiàn)場試驗、監(jiān)測。將數(shù)值計算結(jié)果與實測振動數(shù)據(jù)的對比分析，初步獲得的地表振動參數(shù)的數(shù)值、炮孔直徑、炮孔深度、炮孔間距和排距以及裝藥量等基本設(shè)計參數(shù)，爆破參數(shù)及施工方法可為類似工程提供寶貴經(jīng)驗。