基坑開(kāi)挖小臺(tái)階松動(dòng)爆破技術(shù)實(shí)踐

郝健 吳克剛 付高陽(yáng)

摘要：基于某建筑工程基坑爆破開(kāi)挖實(shí)踐，圍繞提高開(kāi)挖效率、降低成本消耗、確保圍巖安全的目標(biāo)，在基坑開(kāi)挖小臺(tái)階松動(dòng)爆破中，通過(guò)因地制宜布設(shè)掏槽孔、先期掏槽創(chuàng)造自由面、合理設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)、優(yōu)化爆破施工工藝、實(shí)施光面控制爆破等措施，有效加快開(kāi)挖施工進(jìn)度，節(jié)約施工成本，控制爆后石渣塊度，形成較好的開(kāi)挖成果面，確保了支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖安全穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：基坑； 開(kāi)挖； 臺(tái)階； 松動(dòng)爆破

中圖分類(lèi)號(hào)：TU751.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

建筑物基坑爆破開(kāi)挖一般自上而下分層推進(jìn)，普遍具有自由面少、夾制作用大、場(chǎng)地狹窄等特點(diǎn)，施工開(kāi)挖方式、鉆爆順序、石渣塊度、成果面平整度等對(duì)施工進(jìn)度具有十分重要的影響。爆破開(kāi)挖不僅要重視工程經(jīng)濟(jì)效益，還要保證基坑圍巖的穩(wěn)定，控制爆炸應(yīng)力波對(duì)圍巖的損傷和破壞，避免爆破對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和持力層產(chǎn)生影響。應(yīng)當(dāng)根據(jù)爆破開(kāi)挖工程實(shí)際，基于價(jià)值工程的理念，運(yùn)用科學(xué)精細(xì)的爆破技術(shù)，合理確定開(kāi)挖工序，優(yōu)化爆破工藝，較好地兼顧工程經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文基于某建筑工程基坑爆破開(kāi)挖實(shí)踐，探討了基坑開(kāi)挖小臺(tái)階松動(dòng)爆破中若干施工工序、工藝問(wèn)題，在工程應(yīng)用中取得了較好的效果，可為相關(guān)類(lèi)似工程提供有益的借鑒參考。

1工程概況

某建筑工程基坑開(kāi)挖東西向長(zhǎng)度為210 m、南北向?qū)挾?0.7 m、深度約12 m。地層為中等風(fēng)化礫巖，紫紅色碎屑結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，巖屑成分主要為硅質(zhì)或灰質(zhì)，礫徑3.00～30.00 mm。巖石堅(jiān)固系數(shù)f為4～6?；邮┕^(qū)域位于城鎮(zhèn)郊區(qū)，四周空曠，無(wú)建筑物、高壓線、市政管線等制約因素，爆破有害效應(yīng)的控制條件相對(duì)寬松。

2爆破設(shè)計(jì)方案

根據(jù)施工設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)條件，為確保在規(guī)定的工期內(nèi)完成爆破開(kāi)挖，計(jì)劃分6個(gè)臺(tái)階自上而下分層爆破，臺(tái)階開(kāi)挖深度約2.2 m，每層臺(tái)階先從東側(cè)掏槽形成自由面，由東向西多排孔爆破推進(jìn)，工作面全部形成后每天爆破工程量約1 500 m3。采用淺孔寬孔距松動(dòng)爆破施工，臨近坑壁采用光面爆破技術(shù)，周邊預(yù)留1.0 m光爆層，光爆孔距離基坑維護(hù)樁0.2 m左右，在主爆孔之后延時(shí)起爆。為使基礎(chǔ)巖層平整，基底預(yù)留0.5 m左右的巖層厚度，采用人工和機(jī)械相結(jié)合的方法進(jìn)行破碎。主體采用90 mm潛孔鉆機(jī)，掏槽孔、光爆孔采用40 mm風(fēng)鉆，鉆孔利用內(nèi)燃12 m3/min空壓機(jī)供風(fēng)。采用防水乳化炸藥裝藥，通過(guò)非電導(dǎo)爆管延期起爆技術(shù)進(jìn)行微差松動(dòng)爆破。

2.1掏槽孔爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

為了創(chuàng)造更好的爆破開(kāi)挖自由面條件，減少主爆孔爆破開(kāi)挖時(shí)的夾制作用，提高爆破開(kāi)挖效率，有效保護(hù)基坑周邊支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保圍巖完整性不受爆破影響，每層臺(tái)階先從東側(cè)掏槽，開(kāi)挖一條南北長(zhǎng)度為20.7 m、東西寬度約為2 m、深度為2.2 m的溝槽，實(shí)施一次成型掏槽爆破，掏槽孔既要先于主爆孔爆破形成預(yù)期自由面，又要保證基坑?xùn)|側(cè)坑壁和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。溝槽爆破臨空面少、夾制作用特別明顯，需適當(dāng)減小孔排距，增加炸藥單耗。臨近基坑壁自東向西依次布置1排垂直的周邊孔、1排垂直的掏槽孔、3排傾斜的掏槽孔，傾斜掏槽孔和垂直掏槽孔孔底交叉。主要爆破參數(shù)為：

（1）鉆孔方向θ：周邊孔，θ=90°，中間孔θ=72°（孔斜約為3∶1）。

（2）鉆孔直徑D/mm：D=40。

（3）炮孔深度L/m： L=2.2。

（4）炮孔超深△H/m：△H=0.4。

（5）基坑周邊孔孔距a1/m：a1=0.4。

（6）基坑周邊孔排距b1/m：b1=0.4。

（7）中間孔孔距a2/m：a2=0.6。

（8）中間孔排距b2/m：b2=0.6。

（9）炸藥單耗K/kg/m3： K=0.8。

（10）中間孔單孔裝藥量Q1/kg：Q1=Ka2b2（L+△H）=0.75。

（11）周邊孔單孔裝藥量Q2/kg：Q2=Ka1a1（L+△H）=0.33。

2.2主爆孔爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

在基坑一側(cè)掏槽爆破形成新的自由面后，基坑開(kāi)挖主爆孔由東向西依次布置，主爆孔爆破參數(shù)主要按臺(tái)階松動(dòng)爆破考慮，著眼便于鉆孔、便于裝填、便于連網(wǎng)、便于裝運(yùn)，盡量縮短工期，減少消耗，提高效率，科學(xué)確定爆破開(kāi)挖設(shè)計(jì)方案，主要孔網(wǎng)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.3光爆孔爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

光面爆破在基坑開(kāi)挖中應(yīng)用的目的是減少超欠挖，減小對(duì)基坑四周支護(hù)結(jié)構(gòu)和巖體的影響，有利于圍巖和邊坡穩(wěn)定，使開(kāi)挖成果面平整美觀，減少后期修整和支護(hù)工程量。臨近坑壁部位采用光面爆破參數(shù)為：

（1）鉆孔直徑D/mm：D=40；

（2）光爆層厚度E/m：E=1.0，主爆孔先爆后預(yù)留；

（3）炮孔深度L/m： L=2.2；

（4）炮孔超深△H/m：△H=0.3；

（5）最小抵抗線W1/m：W1=（15～25）D，取0.85；

（6）孔距a1/m：a1=（0.6～0.8）W1，取0.6；

（7）炸藥單耗K1/（kg/m3）：根據(jù)巖性取0.25；

（8）線裝藥密度q1/（kg/m）： q1=K1a1W1=0.13；

（9）單孔裝藥量Q1/kg： Q1=q1L=0.32。

裝藥量根據(jù)維護(hù)樁距離、爆破效果和實(shí)測(cè)震動(dòng)數(shù)據(jù)適當(dāng)修正調(diào)整。

2.4裝藥結(jié)構(gòu)

掏槽爆破中間孔、周邊孔均采用中間間隔分段裝藥，底部線裝藥密度約 0.9 kg/m，中上部線裝藥密度約0.6 kg/m，炮孔填塞長(zhǎng)度約0.8 m。主爆孔采用分段裝藥，孔底部裝藥量應(yīng)適當(dāng)加大，頂部裝藥量適當(dāng)減弱，填塞長(zhǎng)度約0.7 m。光爆破孔內(nèi)采用不耦合裝藥，將藥卷與導(dǎo)爆索綁在一起再綁在竹片上，形成藥串，有竹片的一側(cè)靠在保留區(qū)的一側(cè)，藥串到位后，用紙團(tuán)、編織袋等松軟的物質(zhì)蓋在藥柱上，然后用砂、巖屑等松軟材料逐層填塞搗實(shí)，填塞長(zhǎng)度約0.7 m。底部線裝藥密度大于中間部分線裝藥密度，中間部分線裝藥密度大于頂部線裝藥密度。

巖土工程與地下工程郝健， 吳克剛， 付高陽(yáng)： 基坑開(kāi)挖小臺(tái)階松動(dòng)爆破技術(shù)實(shí)踐

2.5起爆網(wǎng)絡(luò)

掏槽孔采用塑料導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，每層開(kāi)挖的掏槽孔單獨(dú)連網(wǎng)一次起爆后，根據(jù)掏槽爆破情況布置主爆孔和周邊孔。主爆孔和光爆孔均采用塑料導(dǎo)爆管接力式孔外毫秒延期起爆網(wǎng)路，主爆孔先于光爆孔起爆。接力式起爆網(wǎng)路中所有的傳爆雷管均采用毫秒延期雷管進(jìn)行微差延時(shí)，炮孔內(nèi)采用相同瞬發(fā)雷管作為起爆元件。采用微差起爆技術(shù)的關(guān)鍵是確定合理的起爆間隔時(shí)間，使先爆炮孔剛好形成爆破漏斗，且爆巖已明顯脫離巖體，形成0.8～1 cm的貫穿裂縫，此時(shí)后一組炮孔立即起爆，利用新自由面以達(dá)到反射拉伸波破碎的效果。根據(jù)所用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管段別的實(shí)際情況以及類(lèi)似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，起爆間隔時(shí)間一般取25～75 ms，本工程間隔時(shí)間取50 ms。

3爆破開(kāi)挖效果

掏槽孔爆破后按預(yù)定方案形成開(kāi)挖自由面，基坑周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖未受到破壞，為主爆孔起爆創(chuàng)造了很好的條件。主爆孔起爆后基本無(wú)根底殘留，爆破石渣塊度在0.6 m3至1.2 m3之間，便于機(jī)械裝運(yùn)。光爆孔在基坑周邊形成較為平整的坑壁，有效控制了超欠挖量，減少了后續(xù)施工工程量。

4結(jié)論建議

（1）基坑開(kāi)挖小臺(tái)階松動(dòng)爆破實(shí)踐中，先期實(shí)施溝槽爆破，合理設(shè)計(jì)掏槽爆破孔網(wǎng)參數(shù)，預(yù)先起爆掏槽孔，既有效掏槽又不破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖，能夠?yàn)楹罄m(xù)爆破開(kāi)挖創(chuàng)造自由面，達(dá)到較好的爆破效果，提高施工效益。

（2）實(shí)施小臺(tái)階分層爆破開(kāi)挖過(guò)程中，主爆孔的爆破參數(shù)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，在小范圍試爆的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)優(yōu)化炸藥單耗、孔網(wǎng)布置、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆順序等參數(shù)，能夠有效提高開(kāi)挖效率，消除根坎，控制渣堆塊度，便于機(jī)械挖運(yùn)。

（3）在臨近基坑壁位置預(yù)留光爆層，按照光面爆破的技術(shù)要求實(shí)施控制爆破，能夠較好地控制超欠挖量，保護(hù)支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑圍巖，利于施工安全、節(jié)約后續(xù)投入。

參考文獻(xiàn)

［1］汪旭光.爆破設(shè)計(jì)與施工［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

［2］汪旭光.爆破手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.10.

［3］席正明，吳春蓉.爆破作業(yè)［M］.成都： 四川大學(xué)出版社，2016.11.

［作者簡(jiǎn)介］郝健（1975—），男，碩士，高級(jí)工程師，從事土木工程建設(shè)、施工及管理工作。