張江林

城市密集區(qū)地鐵明挖車站爆破施工技術(shù)

張江林

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100000）

為了控制復(fù)雜環(huán)境下車站基坑爆破開挖所引起的地面運動強度，以重慶渝北區(qū)東埠公園地鐵車站明挖段為例，研究了車站基坑爆破施工方案。對主炮孔和預(yù)裂孔的爆破參數(shù)進行了分析。應(yīng)用三維爆破網(wǎng)，孔內(nèi)外預(yù)裂延遲。單管最大起爆藥量嚴格控制在2.16 kg，飛石安全距離不超過20 m，現(xiàn)場爆破振動監(jiān)測分析。研究表明，最大爆破振動峰值速度為0.91 m/s，遠低于爆破振動允許速度；爆炸產(chǎn)生的地震強度衰減率可達三分之一。預(yù)裂爆破形成的預(yù)裂會將主爆爆區(qū)與保護對象分開，從而對施工區(qū)域內(nèi)的建筑物進行有效的保護。

城市地鐵工程；明挖車站；石方微差爆破減震防護

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的城市開始在巖石上修建地鐵，而這些地區(qū)都是建筑或人口密集區(qū)。毋庸置疑，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，爆破法是開挖石料造價最小的施工方法，而爆破產(chǎn)生的地震波會對不同的地面建筑物、設(shè)施造成不同程度的沖擊，甚至造成結(jié)構(gòu)破壞的后果，造成各種各樣的麻煩，直至起訴索賠，給建設(shè)單位帶來很大的麻煩。為保證周圍建筑物、道路、設(shè)施和人員的安全，必須嚴格控制爆破施工中飛石、振動、空氣沖擊和噪聲。針對深圳地鐵5號線長龍車站的爆破開挖，介紹了在城市建設(shè)密集區(qū)地鐵明挖車站爆破施工工藝。

1 工程概況

深圳地鐵5號線5305標段長龍車站樁基礎(chǔ)采用挖方施工。該站段長213.3米，標準斷面寬19.0米，基坑深約172米，土石方60000立方米。巖石埋藏深度1米~5M，站線左側(cè)為商住樓，底部為商業(yè)外立面，具有中度風(fēng)化，微風(fēng)化的特點，步行距離從基坑3米到6米不等。本工程為筏基+框架結(jié)構(gòu)，埋深約5米，最高高度為8米。地鐵吉華路6號線車站右側(cè)，交通十分繁忙，離最近的地鐵站有2公里。

2 地鐵隧道明挖法施工技術(shù)

2.1 沉降處理

為保證深基坑支護結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)實際施工情況，制定相應(yīng)的控制措施，以有效提高整體施工水平。特別是在深基坑施工中，實際降水量要滿足施工要求，要保證地面處理機構(gòu)的基本質(zhì)量，還要保證對建筑物及管線的控制?；娱_挖前應(yīng)做好施工降水工作，開挖過程中應(yīng)加強地下水位監(jiān)測。同時，派專人對開挖過程中暴露的連續(xù)墻進行檢查，及時清理滲漏、堵塞。嚴格監(jiān)督和監(jiān)測工程周邊情況，確保按實際質(zhì)量方案進行降水量的標準化處理。地下綜合管廊深基坑支護施工方案只有通過控制水位的基本參數(shù)才能從根本上提高施工質(zhì)量。

2.2 基坑開挖技術(shù)

對基坑支護的認識和多層支護的特點，采用分段縱向分層開挖的方法。測得分層的高度比設(shè)計支架低50 cm，分層的長度在16~34 cm之間。由于開挖難度大，采用挖掘機進行接力挖掘，并采用特殊的防塌技術(shù)，中間土先挖后挖，兩面土如果先挖后挖，不能準確估計基坑大小等問題。如上述方法機械施工完成，采用人工開挖，則應(yīng)提前預(yù)留約20 cm長度。

3 簡單介紹爆破方法及參數(shù)

測量安全振動速度：測量內(nèi)容涉及建筑物與施工線的位置關(guān)系，地基深度，建筑物的年代與高度，建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計，地基類型，施工質(zhì)量等，是一個難點。根據(jù)計算結(jié)果，確定了該結(jié)構(gòu)的抗震性能及合理的爆破安全振動速度[v]。在[v]值過大時，開挖時產(chǎn)生的爆破震動會對地面建筑物造成致命的破壞；相反，在[v]值過大時，爆破技術(shù)的發(fā)揮會受到很大的限制，不僅影響建設(shè)進度，而且會造成不必要的浪費。根據(jù)爆破安全規(guī)程，詳細規(guī)定了各類建筑物的安全允許振動速率。測定地面建筑物2~3cm/s的安全振動速率。(1)確定各段的最大藥量：根據(jù)Sadovsky公式：Qmax=R3(V/k)3/A，其中Qmax為一次爆炸的最大藥量，千克；R為計算用于爆破地震安全的最大藥量，每次爆炸重量不超過10kg。(2)站場石方爆破最終確定方法：坑底向下爆破，然后從站場一端到另一端爆破，采用淺孔小臺階爆破，在站場四周設(shè)置直徑35~65mm，孔間距A<25cm的減震孔。距離，m;V為地震安全速度，cm/s，與受保護的建筑物有關(guān)，V=1cm/s;K為地形、地質(zhì)條件的爆破相關(guān)系數(shù)，50-150是硬巖；a是衰減指數(shù)，a=1-1.3。(3)爆破參數(shù)的確定：①預(yù)裂爆破孔徑：D=42mm藥柱直徑：D=25mm藥柱孔徑：a=0.3~0.5m藥柱孔深：l=1.0~3.0m藥量：Q=0.034[σ壓]0.6。為控制爆破振動速度，建議采用孔內(nèi)、孔外同時起爆的爆破方法?？紤]到結(jié)構(gòu)各部分到結(jié)構(gòu)間的允許振動速度，確定了同截面同起爆段的最大裝藥量。因一次爆破規(guī)模為100m3，同一區(qū)段有2個以上孔數(shù)，按要求，可采用單孔單段、高孔、低孔戶外雷管爆破。低段MS1、MS2、MS3有3個預(yù)裂孔，高段ms8-ms13有6個；外排孔與MS3相連接。爆炸順序為：先爆破預(yù)裂，再由大到小，每行依次爆破[1]。

4 防止飛石的措施

由于爆破作業(yè)區(qū)域在商住樓和道路附近，對飛石的控制是整個爆破的關(guān)鍵，采取了以下措施：檢查臺階標高，確定軟弱區(qū)，裂縫和凹陷以及充填空隙。在允許的范圍內(nèi)，檢查吹風(fēng)機第一線的箱體，控制箱體的電阻。挖掘機質(zhì)量的確認，認真驗收，確認并確保負荷，長度不小于最小電阻線。在基坑支護梁施工中，每28m埋設(shè)28個左右對稱分布的加強環(huán)，用來固定8mm鋼絲繩進行爆破[2]。

露天進行爆破時，個別巖塊飛散很遠，對人的傷亡、建筑物和設(shè)施設(shè)備的破壞有很大的影響。個別飛石的飛散距離與地形、地質(zhì)構(gòu)造、爆破方法、孔網(wǎng)參數(shù)以及堵塞長度和堵塞質(zhì)量有關(guān)。參照下面經(jīng)驗公式進行計算：

RF= Kd

式中 RF－飛石距離，m；

K－系數(shù)，根據(jù)以前類似條件下爆破經(jīng)驗取K=15；

d－炮孔直徑，cm；

對于淺孔爆破RF= Kd = 15×4.0 = 60m；為了嚴格控制飛石，可采取以下措施：

（1）設(shè)計合理，W不要朝向居民區(qū)，嚴格炮孔測量驗收，避免單耗失控。

（2）慎重對待斷層、軟弱帶、張開裂隙，裝藥前應(yīng)認真校核各藥包的抵抗線，如有變化，必須修正裝藥量，嚴禁超量裝藥。

（3）保證堵塞質(zhì)量，不但要保證填塞長度，而且保證填塞密實。

（4）針對周邊有會展中心、中航通飛辦公樓等，基坑施工期間應(yīng)重點做好周邊人員分流引導(dǎo)，增加隔離設(shè)施，爆破時加大周邊警戒力度。

（5）爆破時對爆區(qū)施爆部位實施全覆蓋防護，采用沙袋壓孔、沙袋上覆蓋鐵絲網(wǎng)、鐵絲網(wǎng)上再覆蓋沙袋的防止沖炮、預(yù)防飛石措施（見下圖）。

圖7-1：沙袋壓孔鐵絲網(wǎng)防護示意圖

5 爆炸減震減震措施

預(yù)裂爆破減震技術(shù)及其應(yīng)用，也就是說，在基巖開挖過程中，設(shè)計等高線首先在基巖爆破前的主爆區(qū)爆破出一定寬度的貫通縫，以緩沖和反射開挖爆破所產(chǎn)生的振動波，控制保留巖體(擋土樁)的破壞。隔離帶上還可以鉆出許多深孔(孔的深度取決于爆破深度)。爆炸性振動波傳播到這個區(qū)域后，將這些孔吸收并消耗掉大部分的振動能量，從而大大降低了隔離區(qū)后面區(qū)域的振動。(1)一些爆破區(qū)與建筑物非常接近，因為某些危險區(qū)域處于靜態(tài)破碎狀態(tài)。如檢測結(jié)果超標，可考慮采用靜壓破碎，以保證居住區(qū)域的安全，避免對周邊環(huán)境造成影響。(2)在防爆區(qū)域與防護設(shè)施之間鉆出直徑35-65mm，間距小于25cm的單列或雙列防震孔。通過試驗，其減振效果達到30%-50%。(3)將大爆破區(qū)劃分為小爆破區(qū)。為確保爆破質(zhì)量，同時減少地震作用，在控制爆破量和爆破總量的前提下，將整個爆破分區(qū)分成若干小分區(qū)進行爆破。以500~750毫秒為一個毫秒的間隔可以有效地減少地震的影響[3]。

根據(jù)國家標準《爆破安全規(guī)程》，爆破地震波震動速度由下式計算：

式中 Q為最大單段爆破藥量；

R為爆破點到被保護物的最近距離；

K、α為與爆破點地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)，這里取K=180，α=1.6；在試爆過程中可做震動測試，以修正K、α值，指導(dǎo)本次爆破施工。

考慮到本次爆破作業(yè)時間較長，作業(yè)地點較廣，為了確保爆區(qū)周圍的建筑物的安全，本次將按照1cm/s爆破震動速度進行安全校核。爆破震動安全校核如下表7-1。

表7?1 以1cm/s爆破震動速度的安全校核

R（m）202530405060708090100 Qm（kg）0.50.91.63.87.412.820.330.243.159.1

爆破作業(yè)時必須嚴格按以上藥量控制，在臨近臨時板房、在建電線、通訊管溝、建筑物等爆破時，應(yīng)降低爆破臺階的高度，分層開挖以減少單孔裝藥量，必要時采用單孔單響的方法起爆，將單響藥量控制在安全范圍內(nèi)，并采用震動監(jiān)測指導(dǎo)施工，確保爆破震動的安全。

本工程選擇微差爆破，炸藥單耗較小，同時，又屬于露天爆破，一般情況下，可不考慮爆破沖擊波的危害。但為了保證爆破過程安全，可采取以下措施防止沖擊波危害

（1）避免裸露爆破，一次爆破炮孔間延時不要太長，以免前排先響炮孔帶炮使后排變成裸露爆破。

（2）保證堵塞質(zhì)量，特別是第一排孔，如果工作面出現(xiàn)較大后沖，必須保證足夠的堵塞長度。對有水炮孔要用鉆孔產(chǎn)生的巖屑堵塞，而不能用黃泥進行堵塞（用黃泥堵塞不密實）。

（3）如地質(zhì)異常，需采取措施。例如斷層、張開裂隙處要間隔堵塞，大裂隙處要避免過量裝藥。

（4）在設(shè)計中要考慮避免形成波束。

（5）爆破作業(yè)時，除爆破操作人員外，其它人員一律嚴禁入內(nèi)。

6 結(jié)束語

該站石方爆破采用了上述微差控制爆破設(shè)計及減振措施，未發(fā)生周圍建筑物開裂、飛石等事故，無人投訴地震影響居民生活。依據(jù)該站爆破施工方案，結(jié)合爆破防護與減震措施的實施，總結(jié)了以下幾點經(jīng)驗：沒有嚴格的施工管理措施，不能保證施工安全。每次爆破前，施工技術(shù)人員必須對炮孔的施工質(zhì)量進行驗收，嚴格控制和檢查每個炮孔的裝藥量、封堵質(zhì)量和防護措施；爆破后，根據(jù)爆破效果隨時調(diào)整參數(shù)。居民委員會和周圍居民在爆破前要做好宣傳工作，事先與業(yè)主進行測量，拍照，貼標簽，與居民進行溝通；居民在爆破時要派代表參加監(jiān)督檢查，微差控制爆破是控制爆破振動最有效的爆破方法。

[1]周浩軍.城市密集區(qū)地鐵明挖車站爆破施工技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2015(19).

[2]呂逢遴.復(fù)雜環(huán)境下地鐵明挖車站控制爆破施工技術(shù)[J].河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2016,013(002):27-30.

[3]劉致遠.地鐵車站明挖基坑爆破施工方案研究[J].智能城市,2020,v.6(01):163-164.

[4]黃智.軌道交通明挖車站基坑開挖施工方案探討[J].城市建設(shè)理論研究,2012,(10):

[5]紀松巖.地鐵車站明挖基坑施工監(jiān)測及其優(yōu)化研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015,(36):1217.

張江林（1983.10- ），男，漢，籍貫：江蘇省泰興市，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，單位：中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，研究方向：地下工程。

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1007-6344（2021）04-0070-02