葛 強(qiáng)

（中鐵十七局集團(tuán)有限公司 山西太原 030006）

1 引言

伴隨著城市基坑規(guī)模、深度的不斷發(fā)展，加之其復(fù)雜的周邊環(huán)境，對城市巖質(zhì)深基坑工程控制爆破開挖提出了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。高精度數(shù)碼電子雷管，基于其精準(zhǔn)的延時控制，配合科學(xué)的孔網(wǎng)參數(shù)可以起到逐孔起爆地震波主振相分離反相疊加的效果，從而達(dá)到干擾降振的目的［1-2］，已經(jīng)成為國內(nèi)外的主流控制爆破方法。郭華杰等［3］研究得出了電子雷管起爆時孔間及排間的延期間隔時間，及聯(lián)合爆破時爆源間的最佳延期時間間隔。鐘冬望等［4］結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證了逐孔起爆時孔間合理延期時間的公式，并且試驗(yàn)?zāi)M證明設(shè)置合理的孔間延期時間，采用逐孔起爆技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)分段振動干擾相消，實(shí)現(xiàn)錯峰降振。王作強(qiáng)等［5］研究認(rèn)為水間隔裝藥的綜合爆破效果優(yōu)于空氣間隔裝藥，大塊減少，炸藥單耗降低；該技術(shù)的應(yīng)用可節(jié)省炸藥10%～20%［6］。目前對基坑控制爆破的研究成果主要集中在爆破地震效應(yīng)和爆破參數(shù)的分析方面，張志毅等［7］探索建立了爆源近、中區(qū)新的峰值質(zhì)點(diǎn)振動速度計(jì)算公式。陳曉斌等［8］實(shí)驗(yàn)認(rèn)為爆破地震動遠(yuǎn)近距離范圍條件下衰減經(jīng)驗(yàn)公式中的衰減指數(shù)與系數(shù)均存在較大差別，而且質(zhì)點(diǎn)垂直方向的振動速度峰值最大。劉鶴冰等認(rèn)為爆破振動對地表建筑物的影響與該處最大振動速度有密切的關(guān)系［9］。宗琪等［10］認(rèn)為在巖石的松動爆破過程中，炮孔布置的合理密度系數(shù)m＝1～2之間爆破效果最佳。熊祖釗等［11］結(jié)合工程實(shí)例研究證明不耦合裝藥結(jié)構(gòu)和開挖減振溝均可以有效地降低爆破振動峰值。實(shí)際爆破中理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際的工程實(shí)踐，理論還有很多不足的方面值得進(jìn)一步的研究和分析，特別是在爆破振動的控制研究方面，還有很大探索空間。

重慶沙坪壩鐵路樞紐綜合改造工程站東路基坑爆破開挖項(xiàng)目，地處繁華鬧市區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，爆區(qū)水平豎直方向上均有待保護(hù)對象，基坑北側(cè)緊鄰多棟高層住宅，最近處只有9.7 m，基坑下方的軌道9號線沙小區(qū)間隧道洞頂與基坑最短距離僅為8 m，此外還有受影響的周邊道路和二期基坑樞紐結(jié)構(gòu)。基于爆區(qū)的復(fù)雜環(huán)境，合理的爆破方案設(shè)計(jì)和爆破振動的控制研究顯得尤為重要。本文重點(diǎn)研究數(shù)碼電子雷管控制爆破參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場振動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析振動衰減規(guī)律，研究總結(jié)鬧市區(qū)巖質(zhì)基坑開挖精細(xì)化爆破技術(shù)，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

2 工程概況與技術(shù)難點(diǎn)

2.1 工程概況

重慶沙坪壩交通樞紐綜合體包括綜合交通樞紐部分和物業(yè)開發(fā)兩部分，總建筑面積約776 654 m2，含綜合交通樞紐面積299 958 m2，物業(yè)開發(fā)面積約476 695 m2。該交通樞紐綜合體共用的建筑深基坑開挖范圍南北寬125 m，東西長560 m，平均開挖深度23 m，最深處達(dá)45 m，開挖面積約6×104m2，開挖方量約136×104m3。

該工程場地地形地貌簡單，場區(qū)巖土層從新至老依次為人工填土、粉質(zhì)黏土、粉砂巖、泥巖、砂巖，整個場地砂、泥巖為互層關(guān)系，其主要物理力學(xué)參數(shù)見表1、表2。溝槽低洼處的第四系人工填土，含一定量孔隙水，砂巖僅局部含少量地下水，地下水不發(fā)育。

表1 土體主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表2 巖石主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

樞紐工程站東路東段，起訖里程ZXK0＋860～ZXK1＋093，全長234 m。主要包含軌道交通9號線沙坪壩站基坑剩余部分長約41.1 m，寬約40 m，深度約34 m；站東路下穿道基坑長191.9 m，開挖寬約36m，深度約20 m；二期基坑施工時留置的基坑內(nèi)主便道以及便道影響的-6、-7層基坑。該部分深基坑土石方開挖量約26×104m3，其中土方約3.5×104m3，石方約22.5×104m3?；颖眰?cè)由東向西受基坑開挖影響的主要建筑為華宇大廈E棟、D棟、C棟商住樓及已建成的軌道交通九號線沙坪壩至小龍坎區(qū)間隧道。平面布置和典型斷面見圖1。

圖1 站東路部分基坑平面布置及典型斷面圖

2.2 技術(shù)難點(diǎn)

本基坑周邊環(huán)境極其復(fù)雜，安全風(fēng)險高。邊坡距離華宇高層最小水平距離僅9.7 m，爆破評估本工程屬于“城鎮(zhèn)十分復(fù)雜環(huán)境一般巖土 B級爆破”［12］，公安部門批復(fù)周邊建筑對爆破振速安全允許標(biāo)準(zhǔn)僅1 cm／s。爆破施工需確保周邊建構(gòu)筑物、人員、車輛等安全；對圍巖擾動不影響邊坡穩(wěn)定；同時盡可能降低對周邊環(huán)境的影響，爆破安全技術(shù)措施和管理要求非常高。

站東路施工總工期僅12個月，土石方開挖量達(dá)26×104m3，為確保結(jié)構(gòu)工程有效工期，土石方開挖工期需進(jìn)一步優(yōu)化、壓縮。

3 基坑開挖方案的優(yōu)化

3.1 原方案工效分析

按原方案采用普通電雷管控制爆破，單次最大爆破量只有50～60個孔，爆破方量約400 m3，每日爆破4次，方量約1 600 m3，按照工期要求每天出渣量要達(dá)到4 000～5 000 m3，需進(jìn)行10～13次爆破。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，只能在白天8：00～12：30和14：00～19：30時間段實(shí)施爆破，不能滿足每日爆破次數(shù)和出渣量。如增加單次爆破量，普通雷管又無法滿足爆破減震要求，會對周邊建筑結(jié)構(gòu)安全造成嚴(yán)重影響。為加快施工進(jìn)度，力爭2017年底與高鐵開通同步建成站東路并投入使用，需重新對本段土石方開挖施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 優(yōu)化方案

采取數(shù)碼電子雷管起爆技術(shù)解決普通非電導(dǎo)爆管雷管面臨的多孔同時起爆時振速疊加、振速超標(biāo)、無法大規(guī)模起爆等問題，通過數(shù)碼電子雷管逐孔起爆技術(shù)措施可對臨近既有建筑物的振速、飛石、揚(yáng)塵、噪聲等有效控制。因此，站東路基坑土石方采取數(shù)碼電子雷管爆破開挖技術(shù)。具體開挖方式：

（1）距離華宇大廈≤50 m范圍的區(qū)域爆破采用數(shù)碼電子雷管。

（2）距離華宇大廈＞50 m范圍的區(qū)域爆破采用電雷管。

此外工程非爆破開挖土石方量約4×104m3，其中機(jī)械開挖3.4×104m3，人工開挖約0.6×104m3。基坑開挖方式平面及剖面示意見圖2。

在基坑北側(cè)（臨近華宇地下室）設(shè)置5排減振孔，孔徑100 mm，間距200 mm，排距200 mm，呈梅花形布置，長度每邊大于基坑周邊長度0.5 m，每次鉆孔深度超過爆破深度1.5倍，爆破1層，用破碎錘鑿除（開挖）1層，采用多排減振孔與機(jī)械液壓錘鑿打同步施工。

3.3 開挖步驟

根據(jù)不同的開挖方式及基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高劃分施工區(qū)域和爆破順序，分3個高程范圍分層分區(qū)組織施工（見圖3）。

圖2 基坑采用不同開挖方式

（1）巖層分界線至高程236 m范圍，豎向分7～10層，平面分6個區(qū)進(jìn)行施工，按①④、②⑤、③⑥的順序?qū)嵤┍啤?/p>

（2）高程226.8～236.9 m范圍，豎向分4～5層，平面分5個分區(qū)進(jìn)行施工，按①⑤、③④、②的順序?qū)嵤┍啤?/p>

（3）高程219～226.8 m范圍，根據(jù)坑中坑分布分4個區(qū)進(jìn)行爆破開挖。①軌道9號線站臺層基坑，分3～15層進(jìn)場開挖；②軌道9號線-8層配套用房基坑，分3層進(jìn)行開挖；③公寓式辦公樓A棟-8層基坑，分2層進(jìn)行開挖；④站東路下穿道基坑內(nèi)臨時便道，分1～10層進(jìn)行開挖。

圖3 爆破開挖平面分區(qū)

4 精細(xì)化控制爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 孔網(wǎng)參數(shù)

本段距離建筑物50 m范圍內(nèi)的石方采用數(shù)碼電子雷管爆破開挖，臺階高度不大于2.8 m，孔網(wǎng)參數(shù)分為以下兩種情況：

（1）距東、北側(cè)建筑物10～30 m及距基底0.5～4 m范圍內(nèi)，鉆孔直徑42 mm，臺階高度1.5～2 m，鉆眼深度1.7～2.2 m，炮眼間距≤1.2 m。

（2）距北側(cè)建筑物30～50 m及距基底＞4 m范圍內(nèi)，鉆孔直徑42 mm，臺階高度2～2.5 m，鉆眼深度2.2～2.7 m，炮眼間距≤1.3 m。

不同臺階孔網(wǎng)參數(shù)如表3所示，裝藥結(jié)構(gòu)見圖4。

表3_爆破孔網(wǎng)參數(shù)

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)

4.2 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

選用數(shù)碼電子雷管和專用數(shù)碼電子雷管起爆器起爆，使用2＃巖石乳化炸藥。根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)和振動控制的難易程度選取起爆順序和起爆方向：臨空面設(shè)在基坑南側(cè)，起爆順序由南向北起爆，起爆網(wǎng)絡(luò)采用單孔順序起爆。為保證間隔時間精確，采用數(shù)碼電子雷管單孔順序微差起爆系統(tǒng)數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)間隔時間可根據(jù)需要任意設(shè)置，精度誤差僅為1 ms。各雷管腳線并聯(lián)接入起爆主線上，本工程采用的延時時差是孔間17 ms，排間102 ms，見圖5。

圖5 數(shù)碼電子雷管單孔順序微差起爆網(wǎng)絡(luò)（單位：ms）

5 爆破振動

5.1 振動控制標(biāo)準(zhǔn)

振速控制根據(jù)爆破規(guī)程結(jié)合本工程特點(diǎn)，對周邊高層建筑物和地下地鐵9號線結(jié)構(gòu)的爆破振動均控制在1.0 cm／s以內(nèi)。

5.2 爆破振動監(jiān)測方案

爆破振動監(jiān)測儀器采用TC-4850型爆破振動記錄儀，為獲得爆區(qū)周邊介質(zhì)的地震波傳播規(guī)律，沿爆區(qū)中心與保護(hù)物的方向上布置一條測線，按距爆破點(diǎn) 25、30、35、40、45 m布設(shè)，在不同距離測得振動速度。

5.3 監(jiān)測結(jié)果

通過對爆破期間實(shí)際監(jiān)測到的爆破質(zhì)點(diǎn)振動數(shù)據(jù)作為樣本進(jìn)行整理，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分類、篩選，選取16組數(shù)據(jù)采用薩道夫斯基公式進(jìn)行回歸分析（見表 4）。

表4_監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本

建立函數(shù)模型：Y＝C＋αX

采用回歸軟件分析結(jié)果見圖6。

圖6 K、α值回歸結(jié)果

根據(jù)回歸公式，α＝1.84；C＝2.31進(jìn)而求得k＝102.31＝204。

通過對場地地質(zhì)條件指數(shù)和衰減系數(shù)的計(jì)算，可以得到該場地條件下的地震波傳播規(guī)律為：

本次實(shí)際爆破k、α值選取基本合理。爆破振動均控制在1.0 cm／s以內(nèi)，距離建筑物50 m范圍內(nèi)的數(shù)碼電子雷管爆破開挖范圍，結(jié)合爆破振動衰減規(guī)律，可得最大單響藥量q＝2.7 kg。

將估算結(jié)果、實(shí)測結(jié)果及實(shí)際爆破控制振速進(jìn)行對比（見表5）。

表5_振速對比 cm／s

可以明顯看到，計(jì)算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果均滿足本次爆破安全振動要求。但是根據(jù)本次回歸分析結(jié)論得出的振動數(shù)據(jù)較實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)有了更進(jìn)一步的降低，更偏安全。因此對原有爆破方案進(jìn)行調(diào)整。

6 工程效果

基坑從2017年3月開始施工，同年6月全部爆破結(jié)束，整個爆破施工歷時90 d，前后大小爆破上百次，每次爆破方量約1 500 m3，平均每月完成爆破、挖裝、清運(yùn)12×104m3，爆破塊度符合裝運(yùn)要求，滿足現(xiàn)場運(yùn)力要求。爆破高程符合設(shè)計(jì)要求，滿足整體工期要求。

施工過程中的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，合理的爆破參數(shù)結(jié)合一系列的減振措施，減振效果明顯，降振值達(dá)到了40%，小于工程周邊建筑實(shí)際控制振速，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近的邊坡安全。飛石影像資料監(jiān)測記錄表明爆破飛石得到了有效控制與防護(hù)，爆破前后對場地的噴霧灑水有效降低了爆破灰塵。達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益和施工絕對安全雙向目標(biāo)，得到業(yè)主及周邊住戶的一致好評。

7 結(jié)論

合理的控制爆破技術(shù)是實(shí)現(xiàn)爆破施工高效益、高質(zhì)量、低危害的有效辦法。通過對沙坪壩鐵路樞紐綜合改造工程站東路基坑控制爆破開挖工程方案優(yōu)化以及后期結(jié)合實(shí)際情況對爆破參數(shù)和網(wǎng)路的優(yōu)化總結(jié)，結(jié)合本工程的施工過程及技術(shù)難點(diǎn)，對于鬧市區(qū)的基坑爆破主要做以下幾點(diǎn)總結(jié)：

（1）多打孔少裝藥、單次逐孔起爆錯峰振動，避免多排起爆能有效降低爆破振動。

（2）采用微差爆破能有效控制一次起爆最大藥量，把爆破振動控制在有效范圍內(nèi)，確保了周邊建筑和設(shè)施的安全。

（3）落實(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場振動監(jiān)測，根據(jù)工程實(shí)施過程中的實(shí)際變化情況及時進(jìn)行調(diào)整，保證爆破振動控制在允許范圍內(nèi)，避免引起與周邊居民及相關(guān)單位的糾紛。