趙占軍

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，050081，石家莊∥副教授)

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微振動淺孔控制爆破在基坑開挖中的應(yīng)用

趙占軍

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，050081，石家莊∥副教授)

某地鐵盾構(gòu)始發(fā)井處基坑巖層屬于堅(jiān)硬裂隙巖,巖石呈塊狀或巨塊狀,采用非炸藥爆破方式施工很難對石方進(jìn)行開挖,且該基坑緊鄰小區(qū)建筑物及交通要道,炸藥爆破極易對周邊環(huán)境和安全造成影響，因此在基坑開挖中采用了微振動淺孔控制爆破方法。介紹了采用微振動淺孔控制爆破的技術(shù)方案(包括爆破參數(shù)選擇、爆破施工流程及相關(guān)工作)和安全防護(hù)措施。爆破振動監(jiān)測及數(shù)據(jù)處理分析表明，采用微振動淺孔控制爆破技術(shù)并制定嚴(yán)密可靠的安全防護(hù)措施，能夠有效控制爆破飛石、噪聲及沖擊波,是一種安全、經(jīng)濟(jì)、有效的施工方法。

基坑開挖; 微振動; 控制爆破; 安全防護(hù)

Author′s address Department of Architectural Engineering, Shijiazhuang Vocational Technology Institute,050081，Shijiazhuang，China

1 工程概況

1.1 工程簡介

西麗湖站位于南山區(qū)深圳市野生動物園南側(cè)、西湖林語名苑北側(cè)麗水路上，是深圳市軌道交通7號線工程的起點(diǎn)站,包括站前單渡線及站后折返線,車站全長608.812 m,結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)段寬19.4 m。在盾構(gòu)始發(fā)井基坑處,需要爆破開挖的區(qū)域沿麗水路方向自東向西長25.45 m,南北寬28.8 m,開挖深度14.7 m。根據(jù)始發(fā)井地段地質(zhì)資料可知，距地面2 m以下均為微風(fēng)化花崗巖,巖體呈塊狀、巨塊狀,節(jié)理裂隙較發(fā)育。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,該場地微風(fēng)化花崗巖的飽和單軸抗壓強(qiáng)度范圍為42.9～104.1 MPa,標(biāo)準(zhǔn)值為72.6 MPa,為堅(jiān)硬巖,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

1.2 周邊環(huán)境

西麗湖站盾構(gòu)始發(fā)井基坑處于南山區(qū)麗水路與麗山路的交界地帶，附近行人較多,車流量較大,且車站主體結(jié)構(gòu)南側(cè)距西湖林語名苑建筑群的最近距離為10.41～13.02 m。具體位置見圖1。

圖1 爆破區(qū)域周邊環(huán)境圖

1.3 爆破要求

(1) 由于爆點(diǎn)距離西湖林語小區(qū)建筑非常近,故需要周密制定爆破參數(shù)及采取安全防護(hù)措施,以嚴(yán)格控制爆破振動、爆破飛石，以及爆破噪聲、爆破粉塵等,達(dá)到保證周邊建筑、來往行人和車輛安全的目的。

(2) 在保證安全的前提下確保工程質(zhì)量,爆破后巖石大塊率及循環(huán)進(jìn)尺符合設(shè)計(jì)要求[1]。

2 技術(shù)方案

2.1 方案選取

現(xiàn)場在采取微振動淺孔控制爆破方法之前,曾采用過靜態(tài)破碎劑開挖、液壓鉆機(jī)引孔配合液壓錘破碎、巖石劈裂機(jī)等施工方法,但均因成本太高、工效太低、噪聲太大,完全不能滿足施工進(jìn)度需要。為了滿足西麗湖站盾構(gòu)始發(fā)井基坑石方開挖工程節(jié)點(diǎn)工期要求及保證爆破安全,采用微振動淺孔控制爆破方法,并結(jié)合爆破振動監(jiān)測來驗(yàn)證爆破振動速度。

2.2 爆破參數(shù)

根據(jù)地形地質(zhì)情況及相關(guān)技術(shù)要求,初步擬定了西麗湖站始發(fā)井段石方微振動爆破試驗(yàn)參數(shù)，如表1所示。

表1 西麗湖站始發(fā)井段微振動淺孔控制爆破參數(shù)表

3 爆破施工方法

(1) 爆破施工流程:施工準(zhǔn)備→場地清理→測量

放線→鉆孔→清孔→驗(yàn)孔→裝藥→堵塞→連網(wǎng)→爆破面被服→網(wǎng)絡(luò)檢查→警戒→起爆及噴霧除塵→爆后安全檢查→撤除警戒→清理爆渣→挖運(yùn)→下一循環(huán)。

(2) 炮眼布置:炮眼布置必須符合“炮眼深度按設(shè)計(jì)進(jìn)行控制,周邊眼沿著設(shè)計(jì)開挖輪廓線布置[2]”的規(guī)定。炮眼布置如圖2所示。

圖2 炮眼布置示意圖

(3) 裝藥：裝藥前，對炮孔進(jìn)行嚴(yán)格檢查及處理；裝藥時(shí),爆破員需在技術(shù)人員的指導(dǎo)下,按設(shè)計(jì)裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥,且采取孔底密實(shí)裝藥；裝藥后，要檢查是否裝藥到位。為避免炮孔裝藥不密實(shí)的現(xiàn)象[3],需用炮棍對炮孔進(jìn)行梳理,以保證裝藥質(zhì)量。

(4) 炮孔堵塞：根據(jù)最小抵抗線、孔徑和現(xiàn)場具體施工條件等因素確定堵塞長度。炮孔堵塞要密實(shí),堵塞長度要大于最小抵抗線。為了減小爆破產(chǎn)生的振動,保護(hù)臨近建筑物,炮孔采用水包+藥包+水包+炮泥的方式進(jìn)行堵塞(見圖3)。此外,堵塞時(shí)要特別注意保護(hù)起爆線,以防由于起爆線破損而導(dǎo)致產(chǎn)生啞炮。

圖3 炮孔堵塞及裝藥示意圖

(5) 起爆網(wǎng)絡(luò)：采用電-非電起爆網(wǎng)絡(luò)(見圖4),孔內(nèi)分段裝Ms1、Ms3、Ms5、Ms7、Ms9段導(dǎo)爆管,孔外采用Ms13段延時(shí),毫秒電雷管激發(fā)起爆。采用此種起爆方式可控制最大單響起爆藥量,降低爆破振動危害,提高爆破質(zhì)量和工作效率。

4 安全防護(hù)措施

4.1 爆破飛石和沖擊波防護(hù)

(1) 進(jìn)行主動防護(hù)。采用砂袋+竹排+炮被+1.5 m厚黏土覆蓋爆點(diǎn)，以控制爆破飛石及減小沖擊波。如圖5所示。

(2) 爆破前交通疏導(dǎo)及爆破后啞炮排查。爆破前，對周邊行人及車輛進(jìn)行疏導(dǎo)并設(shè)置警戒崗；爆破后，由相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)入爆區(qū)檢查,確認(rèn)無啞炮后方可解除警戒,以保證爆點(diǎn)周邊區(qū)域行人及車輛安全。

(3) 正確進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)。石方爆破開挖時(shí),合理規(guī)劃開挖順序和設(shè)計(jì)臨空面,爆破孔封堵段長度不得小于最小抵抗線,且最小抵抗線的設(shè)置方向盡量避開南側(cè)西湖林語生活小區(qū)。

圖5 主動防護(hù)覆蓋爆點(diǎn)后全貌

4.2 爆破振動防護(hù)

結(jié)合爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)及保護(hù)對象地理位置分析,本工程爆破振動主要防護(hù)對象為車站南側(cè)的西湖林語小區(qū)建筑物。為保證爆破安全及人們的正常生活、辦公不受影響，擬采用毫秒微差單孔單聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接爆破,以實(shí)現(xiàn)微振動控制爆破的目的:有效控制最大單響起爆藥量,有效降低爆破振動危害。

根據(jù)深圳市公安局的要求,西麗湖站爆破振動安全控制標(biāo)準(zhǔn)按1 cm/s控制。根據(jù)GB 6722—2011中允許最大單段起爆藥量的計(jì)算公式,微差爆破時(shí)的最大單段爆破藥量Qmax可按下式計(jì)算:

(1)

式中：

R——建筑物距爆源中心的距離；

v——距建筑物允許的地面振動速度；

a——與傳播途徑、距離、地質(zhì)、地形等因素有關(guān)的系數(shù)；

檢測結(jié)果表明，本次施工路段施工后的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)，均滿足規(guī)范要求。英達(dá)就地?zé)嵩偕夹g(shù)得到了廣東廣惠高速公路有限公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的肯定，認(rèn)為此次施工完全體現(xiàn)了質(zhì)量效益高、環(huán)境社會效益好、經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)、節(jié)能減排等優(yōu)勢，并要求在以后的養(yǎng)護(hù)工作中積極的采用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝。

K——與介質(zhì)特性、爆破方式等有關(guān)的系數(shù)。

參考深圳市相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn),取K=143.17,a=1.79,由式(1)得到允許的最大單段起爆控制藥量如表2所示。在施工之前，需要根據(jù)爆點(diǎn)和鄰近建筑物之前的實(shí)測距離,通過表2來確定最大起爆藥量[5]。

表2 爆點(diǎn)和建筑物間的距離、振動速度及起爆藥量關(guān)系表

5 爆破效果

5.1 爆破直觀效果

在微振動淺孔控制爆破方法及“砂袋+竹排+炮被+1.5 m厚黏土覆蓋層”安全保護(hù)措施的共同作用下,該次爆破在安全控制及工程質(zhì)量控制兩方面都取得了較好的效果。通過第一時(shí)間對爆破后區(qū)域的觀測發(fā)現(xiàn):

(1)爆破區(qū)域內(nèi)沒有出現(xiàn)飛石,僅有少量炮煙,且爆破過程中噪聲較小。說明該爆破方法消除了爆破過程中可能產(chǎn)生的飛石、噪聲及粉塵等不良因素,從根本上保障了周邊建筑及來往行人、車輛的安全,達(dá)到了預(yù)期的效果,如圖6所示。

圖6 爆破過程中場景

(2)爆破后,通過計(jì)算得出巖石大塊率為8%;巖石清理完成后,爆區(qū)位置巖面平整度較好，且爆破尺寸和高程滿足設(shè)計(jì)要求,如圖7所示。

圖7 清理巖石后爆破點(diǎn)場景

5.2 爆破振動測試

5.2.1 爆破監(jiān)測概況

為了驗(yàn)證爆破施工的效果,沿西湖林語小區(qū)同排方向距離爆點(diǎn)中心10 m、30 m、60 m、80 m、100 m分別布置一套TC—4850 N爆破振動記錄儀,每個(gè)測點(diǎn)均布置4個(gè)通道,如圖8所示。其他區(qū)域視現(xiàn)場具體情況增設(shè)。

爆破之后對各個(gè)測點(diǎn)所搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到圖9所示波形圖。爆破振動監(jiān)測結(jié)果見表3。

圖8 爆破振動監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

由表3可知,各測點(diǎn)振動最大速度均不超過1.0 cm/s,說明爆破效果較好,未對周邊建筑物表面產(chǎn)生任何破壞,也滿足相關(guān)部門對爆破施工的理論要求。從圖9中也可以直觀地看出,各測點(diǎn)每個(gè)通道的最大振動速度均未超過1.0 cm/s。

圖9 各監(jiān)測點(diǎn)爆破振動波形圖

測點(diǎn)編號距爆心水平距離/m傳感器靈敏度/(mV/cm)質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度/(cm/s)爆破振動主頻率/Hz爆破振動時(shí)刻/s測點(diǎn)11029.000.392250.00.0010測點(diǎn)23029.000.248938.50.0075測點(diǎn)36029.000.1792100.00.7880測點(diǎn)48029.00未觸發(fā)測點(diǎn)510029.00未觸發(fā)

5.2.2 爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及回歸分析

在爆破振動監(jiān)測的過程中,難免存在人為、儀器、環(huán)境等影響因素,所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會相應(yīng)地受到影響、存在誤差,繪制的振動速度-距離曲線則會出現(xiàn)波動性,從而給預(yù)測和評價(jià)工作造成困難?？筛鶕?jù)爆破振動測試數(shù)據(jù),擬合出爆源距離和振動速度之間的關(guān)系式。其函數(shù)模型的基本關(guān)系式為:

f(x)=a+b ln x

(2)

式中:

a,b——常數(shù);

f(x)——測點(diǎn)瞬時(shí)振動速度;

x——測點(diǎn)距爆心的距離。

將表3中的數(shù)據(jù)代入式(2)進(jìn)行擬合分析得:

f(x)=6.651-1.199 ln x

(2)

函數(shù)模型的相關(guān)性系數(shù)r=0.971。

數(shù)據(jù)擬合情況如圖10所示。

圖10 爆破振動速度預(yù)測模型圖

r達(dá)到0.971,說明該函數(shù)曲線與真實(shí)數(shù)據(jù)具有較高的擬合精度。因此，采用該函數(shù)表示爆破振動速度的變化情況，可對振動速度的衰減特性起到較好的預(yù)測作用。從圖10也可以看出，該函數(shù)的圖形非常貼切地反映了數(shù)據(jù)的變化趨勢。

根據(jù)薩道夫斯基公式:

(3)

式中:

v——振動速度;

K,α——與爆源至監(jiān)測點(diǎn)間的爆破條件、地質(zhì)條件等有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù);

Q——單耗;

R——爆源到監(jiān)測點(diǎn)的距離。

在TC—4850 N型爆破振動測試儀附帶的分析軟件中代入所測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合回歸分析，得出K=32.65,α=1.48,說明爆破效果較好,滿足爆破相關(guān)規(guī)定的要求，且對爆點(diǎn)周邊各區(qū)域的振動速度起到良好的預(yù)測作用。

6 結(jié)語

在復(fù)雜環(huán)境條件下,采用微振動淺孔控制爆破技術(shù)并與具體針對性的安全防護(hù)措施相結(jié)合開挖基坑,收效非常明顯,爆破產(chǎn)生的沖擊波、飛石、噪聲等均得到了有效控制,不僅對鄰近建筑物進(jìn)行了成功保護(hù),也保障了周邊行人及車輛的安全[6],且具有較好的施工質(zhì)量,能保證工期順利進(jìn)行,是一種安全、經(jīng)濟(jì)、有效的施工方法。但在具體應(yīng)用中，還要結(jié)合現(xiàn)場和場外的具體情況制定周密的技術(shù)方案。筆者對于后續(xù)施工生產(chǎn)提出以下幾點(diǎn)思考:

(1) 爆破區(qū)域緊鄰西湖林語小區(qū)，周邊行人多、車流量大,爆破施工時(shí)要嚴(yán)格遵循“淺眼、密孔、小藥量、微振動、嚴(yán)覆蓋”的原則,對爆破振動、飛石、噪聲、粉塵等進(jìn)行控制,以保護(hù)小區(qū)建筑物及保證施工周邊區(qū)域行人的人身及財(cái)產(chǎn)安全。

(2) 在每次爆破前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況、出露巖石、爆破環(huán)境等條件作出相應(yīng)的爆破設(shè)計(jì)，并對爆破參數(shù)作出相應(yīng)的調(diào)整,以保證施工質(zhì)量和施工安全。

(3) 結(jié)合初步計(jì)算,在距離小區(qū)建筑物15 m以內(nèi)區(qū)域進(jìn)行爆破作業(yè)需采用0.309 kg單段起爆藥量，方可滿足相關(guān)規(guī)定,但這樣會導(dǎo)致施工進(jìn)度非常慢且爆破成本高。為此,需考慮在距開挖邊線80 cm左右位置,沿西湖林語小區(qū)建筑物一側(cè)采用液壓鉆布置兩排減震孔,以在保證安全的同時(shí)保證施工質(zhì)量及爆破效果。

[1] 王立國.復(fù)雜環(huán)境下石方控制爆破[J].工程爆破,2005,11(3):40.

[2] 付天杰,郭峰.特堅(jiān)硬巖石基坑淺孔控制爆破技術(shù)[J].工程爆破,2011,17(2):31.

[3] 柳軍城,王圣彬.微震動爆破技術(shù)在軟弱松散圍巖中的應(yīng)用[J].西部探礦工程,2002(4):73.

[4] 余健.盾構(gòu)始發(fā)井基坑爆破施工技術(shù)[J].廣東水利水電,2011(6):54.

[5] 劉長革.密平路石方路塹開挖控制爆破[J].工程爆破,2002,8(6):52.

[6] 朱朝祥,蔡偉,楊建軍.深基坑爆破開挖技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用[J].爆破,2009,26(4):49.

Application of Micro Vibration Short-hole Controlled Blasting in Foundation Pit Excavation

ZHAO Zhanjun

The foundation pit rock of the shield starting well on a certain metro line is tough fractured rock in block or giant lump shape, and is hard to excavate by non-explosive blasting. But the explosive blasting will easily impact on the surrounding environment and the safety in close distance between the blasting site and the community construction. In this paper, a micro vibration short-hole controlled blasting with reliable safeguard is introduced, including the selection of blasting parameters, the blasting construction process and other related works. The vibration monitoring and data processing analysis show that this technology can effectively control the blasting slungshot, noise and shock wave, therefore is a safe, economic and effective technology.

excavation of foundation pit; micro vibration; controlled blasting; safeguard

TU 94+1

10.16037/j.1007-869x.2016.04.017

2014-09-21)