城市復(fù)雜環(huán)境下地鐵車站明挖深基坑的控制爆破

城市復(fù)雜環(huán)境下地鐵車站明挖深基坑的控制爆破摘要：文章針對徐州市城市軌道1號(hào)線一期工程振興路站深基坑開挖，屬復(fù)雜環(huán)境下的石方控制爆破，通過控制爆破方案的選定，爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)及相應(yīng)控制措施等，保證了工程的順利進(jìn)行，確保施工質(zhì)量及施工安全。關(guān)鍵詞：地鐵明挖車站深基坑；復(fù)雜環(huán)境；控制爆破1工程概況及周邊環(huán)境1．1工程概況振興路站位于振興大道與珠山路交叉口附近，東西向布置于珠山路下，設(shè)計(jì)為地下二層島式站臺(tái)車站，全長194.0m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度為19.5m，車站地面共設(shè)5個(gè)出入口（含1個(gè)預(yù)留口）和2組風(fēng)亭。主體結(jié)構(gòu)埋深約為原地面下13～20m，地勢為西高東低，最大高差6.7m，總開挖方量為135627m3，采用放坡開挖，明挖順做法施工。1．2地形地貌及地質(zhì)情況場地地貌單元為剝蝕-溶蝕丘陵地貌，覆蓋層為雜填土，厚度為0～5.4m，下伏基巖為寒武系灰?guī)r，巖土層種類單一，但寒武系灰?guī)r屬于可熔巖地層，局部地段巖溶發(fā)育，基坑側(cè)壁淺部巖土層為雜填土，其下為強(qiáng)風(fēng)化寒武系灰?guī)r、中等風(fēng)化寒武系灰?guī)r，基坑底部為中等風(fēng)化灰?guī)r，另外站西側(cè)處地勘揭露為斷層角礫巖，巖體較破碎、裂隙發(fā)育、易透水。1．3周邊環(huán)境該工程正穿振興大道，沿道路兩側(cè)分布有地下管線，主要分布有燃?xì)夤?、排水管、電力管線、熱力管、污水管及部分貫穿振興大道的電信管道，埋深范圍處于0.25～2.8m深度區(qū)域，管線改遷通過架空和地埋方式。西南側(cè)緊臨民房，最近處約144m，東北側(cè)為新建工程施工現(xiàn)場駐地，最近處約40m，需采取防護(hù)措施及減振監(jiān)測。車站北側(cè)為振興大道與中央大道交匯，交通繁忙，尤其通往高鐵站的車流量較大，高鐵站距離振興路站約1200米。車站地表500m范圍內(nèi)分布有大量建（構(gòu)）筑物。2爆破作業(yè)方案選擇2．1方案確定通過現(xiàn)場實(shí)地詳細(xì)勘察分析，結(jié)合場地條件，本工程決定采取順次臺(tái)階法逐級(jí)放坡開挖爆破作業(yè)。（1）針對本車站工程地處城區(qū)復(fù)雜環(huán)境的特點(diǎn)，爆破作業(yè)采用減弱松動(dòng)控制爆破方案。（2）為確?；尤〉昧己玫拈_挖輪廓效果，沿基坑面開挖線均勻布置預(yù)裂（光爆）孔實(shí)施預(yù)裂（光面）爆破。（3）對于一次開挖臺(tái)階高度小于3m的部位采用淺眼控制爆破；臺(tái)階高度大于4m的部位采用深孔控制爆破；小斷面及小口徑的井口部位開挖采用淺眼控制爆破。（4）為獲得較好的破碎及松散爆破效果，采用寬孔距、短排距的布孔方式實(shí)施微差爆破。根據(jù)不同地質(zhì)狀況、挖深及自由面狀況采用調(diào)節(jié)炸藥單耗以保證爆破效果。（5）車站西側(cè)斷層角礫巖，巖體較破碎、裂隙發(fā)育地段開挖以大功率挖掘機(jī)硬挖及液壓沖擊鎬解碎為主，輔以淺眼控制爆破方法開挖。（6）巖溶地段為確保安全及爆破效果，對成孔及裝藥采取特殊處理措施及必要的保護(hù)措施。2．2技術(shù)難點(diǎn)（1）因周圍環(huán)境復(fù)雜，必須嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)、飛石、空氣沖擊波、噪音、有毒氣體等爆破危害，對緊臨建（構(gòu)）筑物、地下管網(wǎng)等采取必要的防護(hù)措施。（2）為防止過度爆破導(dǎo)致邊坡坍塌、超欠挖嚴(yán)重，對邊坡部位必須實(shí)施預(yù)裂（光面）爆破以保證開挖質(zhì)量，爆破塊度適中，以滿足PC220挖掘機(jī)裝車為準(zhǔn)。（3）總開挖工期控制在6個(gè)月。3爆破設(shè)計(jì)與爆破參數(shù)3．1臺(tái)階要素的建立針對周邊環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，基坑爆破自由面受限的約束條件，為獲得較好的爆破控制條件，首次爆破選擇東端開挖切口形成臺(tái)階自由面后再逐次循環(huán)臺(tái)階法深孔爆破，保證爆破飛石拋擲方向背離重要建（構(gòu)）筑物方向,切口布孔爆破方案見下圖：3．2深孔爆破參數(shù)選擇（1）鉆孔直徑和鉆孔角度依據(jù)鉆機(jī)性能、臺(tái)階高度、地質(zhì)條件深孔爆破施工鉆孔采用孔徑為Φ90mm、最大鉆進(jìn)深度為30m的履帶式潛孔鉆機(jī)。考慮到開挖成型條件及爆區(qū)地形條件,采取傾斜鉆孔,斜率為1：0.3,鉆孔傾角即為改造自由面的體面傾角α=73°。（2）臺(tái)階高度該施工段內(nèi)表層土履蓋厚度不一,爆區(qū)地形起伏較大，挖深差異性大。綜合考慮基坑坡面坡率的設(shè)計(jì)，初步考慮分兩個(gè)臺(tái)階開挖,臺(tái)階高度4～8m。（3）炸藥單耗、超鉆深度、孔深及計(jì)算抵抗線取調(diào)節(jié)炸藥單耗q=0.30～0.45Kg/m3，為了減少對周邊環(huán)境的影響，提高作業(yè)工效，該深孔爆破選用成型的藥筒Φ70mm乳化炸藥直接裝入炮孔，采取微差網(wǎng)絡(luò)控制單響藥量的爆破作業(yè)形式。超鉆深度△h本施工段內(nèi)巖石解理裂隙發(fā)育，△h=0.7m。傾斜鉆孔孔深h：h=H/sinα+Δh=H/sinα+0.7最小抵抗線W：W=(25～40)d取W=b*sin（arctan1/0.3）底盤抵抗線Wb：（4）孔網(wǎng)參數(shù)孔距確定：α=(0.8～1.2)W，取α=4.0m；排距確定：b=(0.8～1.0)α，取b=3.0m。3．3淺眼爆破參數(shù)選擇（1）孔徑D淺：D淺＜50mm，取孔徑D淺為42mm；（2）孔深L淺：L淺≤3.0m；（3）間距a淺：a淺=（0.8～1.2）W，取為1.0～1.5m；（4）排距b淺：b淺=(0.8～1.0)a淺，取為1.0～1.5m；（5）堵塞長度L2淺：L2淺=(1/2～1/3)L淺；（6）單耗q淺：根據(jù)施工現(xiàn)場巖石的硬度情況，一般取q淺=0.25～0.5kg/m3，本工程取q淺=0.25～0.3kg/m3；3．4預(yù)裂（光面）爆破參數(shù)選擇（1）孔徑：D預(yù)＞50mm，實(shí)際取D預(yù)=90mm；（2）孔深L預(yù)：L預(yù)根據(jù)邊坡對應(yīng)鉆孔點(diǎn)的開挖坡面長度選?。唬?）超深h預(yù)：h預(yù)=0.5～1.0m；（4）炮孔傾角α預(yù)：α預(yù)，沿設(shè)計(jì)邊坡坡面布孔，α預(yù)=73°；（5）最小抵抗線(光爆保護(hù)層厚度)Wmin：Wmin=(10～20)d，取Wmin=1.8m；（6）孔間距a預(yù)：a預(yù)=(0.6～0.8)Wmin，取a預(yù)=1.2m；（7）線裝藥密度qx：qx=0.75kg/m；3．5起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)為了減少爆破有害效應(yīng)，提高爆破巖石破碎的質(zhì)量，提高裝載效率，深孔爆破主要采用：孔內(nèi)微差復(fù)式起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)、外微差復(fù)式起爆網(wǎng)路及逐孔微差復(fù)式起爆網(wǎng)路的系統(tǒng)大“V”型微差爆破技術(shù)。具體的起爆時(shí)間間隔、起爆順序及微差效果設(shè)計(jì)如下：（1）起爆間隔時(shí)間的選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：毫秒延期雷管分段最小微差間隔為25ms，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)微差間隔時(shí)間不能小于50ms，才能避免引起震動(dòng)疊加，減少爆破地震的危害。因此本次深孔爆破網(wǎng)路的起爆間隔時(shí)間選定為50ms。（2）起爆順序本工程需嚴(yán)格控制單響藥量以及爆破飛石以保證安全作業(yè)，結(jié)合現(xiàn)場可提供的雷管段別及節(jié)約成本的考慮，采取類似“雁行列”逐孔起爆技術(shù)，按照孔內(nèi)統(tǒng)一高段S1.孔外孔間低段（ms1、ms3、。。。ms11），排間高段ms13的結(jié)構(gòu)模式實(shí)施非電微差爆破，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖見下圖：““雁行列”模式導(dǎo)爆管雷管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖3．6單響藥量的控制采用非電力起爆網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)路按照斜對稱起爆順序進(jìn)行連接。各爆區(qū)根據(jù)周邊環(huán)境的不同，單次引爆相應(yīng)的炮孔數(shù)量及最大炸藥量。單響最大藥量可根據(jù)下式計(jì)算：車站處需重點(diǎn)保護(hù)的是西南側(cè)144米處的民房，將R=144、V=2代入以上公式計(jì)算得到Q單=882.42kg，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接時(shí)分段毫秒延期雷管單段帶動(dòng)的藥量控制在882.42kg以內(nèi)；采用逐孔起爆技術(shù)，最大單響藥量控制在20kg左右，遠(yuǎn)小于計(jì)算允許最大單響藥量，不會(huì)對保護(hù)對象產(chǎn)生振動(dòng)破壞。為獲得準(zhǔn)確的K、a值，工地現(xiàn)場實(shí)際振動(dòng)檢測，通過回歸分析修正K、a值。3．7裝藥及堵塞裝藥施工時(shí)，應(yīng)首先核對孔深，再核對每孔的藥量及炸藥品種，然后清理孔口附近的浮渣、石塊。打開孔口做好裝藥準(zhǔn)備后，要再次核對雷管段別，才可進(jìn)行裝藥。對于孔深小于8m的炮孔，采用連續(xù)裝藥，即將所需的炸藥均裝在炮孔底部。對于孔深大于8m的炮孔，采取上、下層間隔裝藥，炮孔底部裝計(jì)算藥量的2/3，之后，用堵塞介質(zhì)隔開，再裝其余的1/3。堵塞長度L2按下式確定：L2=(20～40)d深孔防飛石爆破取L2≥1.2w，w為最小抵抗線，為獲得更好的飛石控制爆破效果，取L2=3～3.5m。各炮孔的堵塞長度可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。堵塞材料可用泥土或鉆孔時(shí)排出的巖粉，但其中不能混有大于30mm的巖塊或土塊。堵塞時(shí)不得將雷管的腳線拉的過緊，以防止其被堵塞材料損壞。堵塞過程要不斷檢查起爆線路，防止因堵塞損壞起爆線路而產(chǎn)生盲炮事故。3．8爆破安全距離驗(yàn)算（1）爆破個(gè)別飛石安全距離按照規(guī)程要求，淺眼爆破最小安全允許距離為300m，深孔爆破最小安全距離為200m，因此對于離爆區(qū)臨近的建筑物應(yīng)進(jìn)行爆破飛石的防護(hù)。露天臺(tái)階爆破飛石飛散距離可按下式計(jì)算f=d（40/2.54）取d=90代入計(jì)算得f=90（40/2.54）=141.73（m）（2）爆破地震效應(yīng)根據(jù)爆破最大段藥量計(jì)算爆破地震對周圍建（構(gòu)）筑物的影響程度，可按下式計(jì)算：本工程根據(jù)周圍環(huán)境情況及允許條件對Q進(jìn)行了最大控制。4爆破安全4．1基坑周邊圍巖保護(hù)基坑開挖爆破時(shí)，主要安全隱患是爆破振動(dòng)對基坑邊緣的破壞和雨天造成基坑上部滑坡，為此采取如下措施：基坑邊緣鉆減振孔和采取光面孔爆破，對基坑邊緣預(yù)留區(qū)的保護(hù)。通過減振孔和光面爆破兩種措施減小了爆破振動(dòng)向外傳播的振速，使得基坑開挖爆破振動(dòng)對基坑保留邊緣的破壞大大減??；同時(shí)加強(qiáng)對基坑邊緣巡查力度，及時(shí)對爆后圍巖進(jìn)行錨噴支護(hù)等工作。在臨近基坑圍巖周邊區(qū)域爆破時(shí)，嚴(yán)格控制單響藥量并采取“雁行列”逐孔起爆方式。4．2防塵措施嚴(yán)格安裝《建設(shè)工程揚(yáng)塵污染防治規(guī)范》的要求，做好爆破防塵、運(yùn)輸防塵和防炮煙污染工作：結(jié)合飛石防護(hù)方案，在爆體防護(hù)上灑水濕潤，是爆體防護(hù)具有降塵和防污染效果。道路防塵采用灑水和隨時(shí)清掃的方法，每天爆破與清運(yùn)后對道路清掃以控制揚(yáng)塵。4．3爆破振動(dòng)根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，振動(dòng)速度按下面公式計(jì)算：v=K（Q1/3/R）a式中：v為最大振動(dòng)速度，cm/s，K、a是與爆破條件、方法、傳播介質(zhì)等相關(guān)的系數(shù)和指數(shù)，通過現(xiàn)場前8次爆破監(jiān)測取得的數(shù)據(jù)，進(jìn)行K、a擬合得K=89.39、a=1.49；Q為最大段齊爆藥量，Kg；R為爆心到臨近北保護(hù)物的距離，m。經(jīng)計(jì)算，不同距離和v=2.3m/s時(shí)的Q取值如下：R/m101520253035404550Q/Kg0.632.115.009.7716.8926.8240.0357.0078.19在安全允許振速2.0~2.5cm/s的情況下，本工程又采用打減振孔（光面孔）與開挖減振溝等防震措施，有效避免了爆破振動(dòng)危害，同時(shí)在施工過程中，還進(jìn)行了全程跟蹤振動(dòng)監(jiān)測及對比試驗(yàn)監(jiān)測，為設(shè)計(jì)施工過程中K、a值擬合，試爆、參數(shù)的調(diào)整等提供了詳盡的相關(guān)數(shù)據(jù)。5爆破效果及總結(jié)5．1爆破效果整個(gè)爆破施工歷時(shí)180天，爆破次數(shù)達(dá)到了118次，做到了精心組織施工、周密警戒工作，整個(gè)爆破施工過程安全無事故，周邊建筑物安好無損，爆破塊度符合裝運(yùn)要求，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益和施工絕對安全雙向目標(biāo)。5．2總結(jié)（1）針對城區(qū)