唐開(kāi)富, 郭桂喜

(中國(guó)中鐵股份有限公司， 廣東廣州 510308)

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

南石路站是廣州軌道交通十一號(hào)線第25座車(chē)站，車(chē)站基坑明挖段長(zhǎng)326.2m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為20.3m，最大開(kāi)挖深度為25.9m?；娱_(kāi)挖采用明挖順做法施工，鉆孔灌注樁圍護(hù)+鋼管(混凝土)支撐聯(lián)合圍護(hù)，基坑內(nèi)管井降水，車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。基坑開(kāi)挖采取鉆爆開(kāi)挖與機(jī)械開(kāi)挖相結(jié)合的方式，根據(jù)地勘資料顯示，開(kāi)挖巖體大部分為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

圖1 車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面

1.2 施工周邊環(huán)境

車(chē)站站位所在地塊絕大部分位于已拆遷的廣州紙廠原廠區(qū)范圍內(nèi)，場(chǎng)地較為平整。周邊現(xiàn)狀：車(chē)站西端位于南石路以東廣州自行車(chē)飛輪廠用地內(nèi)，地勢(shì)局部比廣紙地塊低1m左右；站位中部北側(cè)為海珠區(qū)棣園村1～3層住宅；車(chē)站西端南側(cè)附近有一座110kv變電站，變電站圍墻距離主體基坑最近約為6.5m；變電站西側(cè)有一處高壓線塔，線塔距離主體基坑約10m。南石路周邊建筑物調(diào)查情況見(jiàn)表1，周邊環(huán)境詳見(jiàn)圖2、圖3所示。由此可見(jiàn)該地鐵車(chē)站基坑施工周邊環(huán)境復(fù)雜，開(kāi)挖爆破振動(dòng)控制與圍巖穩(wěn)定是工程施工中安全監(jiān)控的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

圖2 周邊環(huán)境現(xiàn)狀

圖3 周邊環(huán)境平面示意

1.3 鉆爆開(kāi)挖要求

(1)由于爆破開(kāi)挖基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，基坑開(kāi)挖要求進(jìn)行精心爆破設(shè)計(jì)并采取降震措施，依照GB6722-2014《爆破安全規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定，結(jié)合實(shí)際情況，將爆破振動(dòng)速度控制在4.0cm/s以內(nèi)。

(2)保護(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

(3)爆破后巖石塊度均勻，利于巖渣裝運(yùn)。

2 鉆爆開(kāi)挖方案

基坑開(kāi)挖遵循“豎向分層、縱向分段、先支后挖、由中間向兩端推進(jìn)”的施工原則，上部覆土和強(qiáng)風(fēng)化松散巖層優(yōu)先采用機(jī)械開(kāi)挖，下部堅(jiān)硬巖則采用爆破開(kāi)挖。在開(kāi)挖期間預(yù)留出渣車(chē)輛通道，以便于渣堆裝運(yùn)。根據(jù)開(kāi)挖基坑周邊環(huán)境與施工要求，嚴(yán)格控制該地鐵車(chē)站基坑鉆爆開(kāi)挖引起的爆破地震動(dòng)強(qiáng)度，并保證施工周邊人員與建(構(gòu))筑物安全是施工監(jiān)控的難點(diǎn)和重點(diǎn)。因此，選擇適當(dāng)?shù)你@爆施工工藝、嚴(yán)格控制單段最大起爆藥量以及合理選擇爆破參數(shù)和起爆網(wǎng)路，并在施工過(guò)程中加強(qiáng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，是基坑開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)與施工中優(yōu)先考慮的問(wèn)題。經(jīng)施工方案比較分析，該地鐵基坑開(kāi)挖采用淺孔臺(tái)階松動(dòng)爆破方案，主爆區(qū)起爆網(wǎng)路采用孔內(nèi)、孔外聯(lián)合網(wǎng)路，開(kāi)挖邊界部位采用預(yù)裂爆破，以最大限度地將爆破地震波強(qiáng)度降到安全許可限度內(nèi)?？紤]到施工現(xiàn)場(chǎng)照明線路較多，并且雜散電流較強(qiáng)，爆破器材選用國(guó)產(chǎn)新型導(dǎo)爆管雷管，以確保基坑鉆爆開(kāi)挖施工安全?；娱_(kāi)挖爆破遵循多打孔、少裝藥、多分段的施工原則，充分利用地震波的時(shí)空疊加相干作用，將爆破地震強(qiáng)度降低到最小。

表1 南石路站周邊建筑物統(tǒng)計(jì)

3 爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)基坑開(kāi)挖方案和爆破振動(dòng)控制要求，開(kāi)挖爆破區(qū)兩側(cè)墻打超前預(yù)裂孔，以阻隔爆破地震波的傳播，降低爆破震動(dòng)對(duì)周邊建筑物的擾動(dòng)。根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃、施工條件和設(shè)計(jì)的孔網(wǎng)參數(shù)，爆破工作線垂直車(chē)站基坑軸線布置，由中間向兩端推進(jìn)。爆破施工要求所用炸藥不含任何有毒物質(zhì)，爆炸性能穩(wěn)定，炮煙少，因此炸藥選用具有抗水性能的2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為32mm，藥卷密度為0.95～1.1g/cm3，爆速不小于3 200m/s。

3.1 主爆孔爆破參數(shù)

(1)開(kāi)挖深度：一般地分層開(kāi)挖深度(即臺(tái)階高度)H=3.0m，實(shí)際依據(jù)地形進(jìn)行調(diào)整。

(2)孔深與超深：孔深L=H+h，并隨地形變化而變化，其中超深h為開(kāi)挖深度的0.1～0.15倍，實(shí)際取h=0.3m。

(3)炮孔直徑：孔徑D按鉆孔設(shè)備確定，D=70mm。

(4)底盤(pán)抵抗線：根據(jù)巖性和臺(tái)階高度選取，底盤(pán)抵抗線Wd=(0.4～1.0)H，經(jīng)試爆取Wd=2.2m。

(5)孔距和排距：孔距a=(1.0～2.0)Wd，為施工方便，實(shí)際取a=2m，排距b=a/m，m為炮孔密集系數(shù)，取m=1.15，則b=1.8m。

(6)炸藥單耗q：根據(jù)巖性和巖石爆破塊度要求，經(jīng)過(guò)試爆，該項(xiàng)目砂質(zhì)泥巖中q=0.20kg/m3。

(7)單孔裝藥量：?jiǎn)慰籽b藥量按公式Q=qabL計(jì)算確定，單孔裝藥量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)孔深及自由面情況進(jìn)行調(diào)整。

(8)填塞長(zhǎng)度：填塞長(zhǎng)度L′=(0.8～1.0)Wd。

(9)裝藥結(jié)構(gòu)：采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。

炮眼布置采用梅花型，每次爆破5 排，每排孔數(shù)依開(kāi)挖區(qū)域面積調(diào)整確定。在開(kāi)挖區(qū)域兩側(cè)邊線位置各布置1排預(yù)裂孔，炮孔布置如圖4所示。

圖4 炮孔布置與起爆網(wǎng)絡(luò)

3.2 預(yù)裂孔爆破參數(shù)

預(yù)裂孔直徑與主爆孔相同，即D=70mm。預(yù)裂孔的超深應(yīng)大于主爆孔底部的垂直方向破裂半徑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定，即h0>(10～20)D[2]，實(shí)際取h0=0.7m。預(yù)裂孔采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，其不耦合系數(shù)為2.2，孔內(nèi)藥卷由導(dǎo)爆索串聯(lián)連接后接毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，以實(shí)現(xiàn)微差爆破。預(yù)裂孔線裝藥量按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

qx= 0.034 × [σc]0.63[a]0.67

(1)

式中：qx為預(yù)裂孔線裝藥密度(kg/m)；σc為巖石極限抗壓強(qiáng)度(MPa)；a為預(yù)裂炮孔間距(m)。

按如下經(jīng)驗(yàn)公式確定：

a= (8～12)D

(2)

式中炮孔直徑D=70mm，則其預(yù)裂炮孔間距應(yīng)為56～84cm，實(shí)際取值60cm。開(kāi)挖巖石的極限抗壓強(qiáng)度為38.5MPa，經(jīng)計(jì)算取qx=0.24kg/m。預(yù)裂孔填塞長(zhǎng)度為0.6～0.8m。

3.3 起爆網(wǎng)絡(luò)

為有效控制爆破地震效應(yīng)和爆破飛石，車(chē)站基坑開(kāi)挖爆破網(wǎng)路采用孔內(nèi)、孔外聯(lián)合延時(shí)網(wǎng)路，優(yōu)先起爆預(yù)裂孔，然后起爆主爆孔。主爆孔采用中心V型起爆，起爆器材選用新型國(guó)產(chǎn)高精度導(dǎo)爆管雷管，孔內(nèi)延期時(shí)間為250ms，孔外延期時(shí)間為9ms，排間延期時(shí)間為25ms，預(yù)裂孔超前第一個(gè)主爆孔100ms起爆。為嚴(yán)格控制單段最大起爆藥量，起爆點(diǎn)兩側(cè)炮孔延期時(shí)間錯(cuò)開(kāi)8ms，以保證各個(gè)炮孔逐次接力起爆。炮孔布置與起爆網(wǎng)路如圖3所示。

4 預(yù)裂減震效果分析

4.1 爆破振動(dòng)控制

該基坑開(kāi)挖工程要求爆破振動(dòng)速度控制在4.0cm/s以內(nèi)，于是爆破施工需嚴(yán)格控制單段最大起爆藥量。單段最大起爆藥量依據(jù)薩道夫斯基爆破振動(dòng)速度公式進(jìn)行測(cè)算：

(3)

式中：v為爆破振動(dòng)速度(cm/s)；Q為單段最大起爆藥量(kg)；R為爆源中心到被保護(hù)對(duì)象的距離(m)；K、a為與地質(zhì)條件等有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析，對(duì)于垂直振動(dòng)方向，K=89.2，a=1.59，則保護(hù)對(duì)象所允許的最大單段藥量見(jiàn)表2。

表2 被保護(hù)對(duì)象所允許的最大段裝藥量

由此可見(jiàn)，爆破近區(qū)單段許可的最大起爆藥量為2.30kg，而基坑開(kāi)挖爆破中實(shí)際單段最大起藥量為2.16kg，說(shuō)明裝藥設(shè)計(jì)符合爆破振動(dòng)控制要求。

4.2 減震效果驗(yàn)證

在爆破施工過(guò)程中，分別在4處重點(diǎn)被保護(hù)對(duì)象近爆區(qū)各點(diǎn)布置TC-4850型爆破測(cè)振儀，對(duì)爆破振動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所測(cè)最大爆破振動(dòng)速度范圍見(jiàn)表3。

表3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大爆破振動(dòng)速度范圍

可見(jiàn)，該車(chē)站爆破開(kāi)挖中所測(cè)得的爆破振動(dòng)速度均遠(yuǎn)小于工程要求的爆破振動(dòng)速度，符合基坑爆破安全施工標(biāo)準(zhǔn)，確保了基坑鉆爆開(kāi)挖不會(huì)對(duì)周邊建(構(gòu))筑物帶來(lái)危害。

5 結(jié) 論

(1)研究了復(fù)雜環(huán)境條件下城市地鐵車(chē)站基坑鉆爆開(kāi)挖的合理施工方案，該方案大幅度降低爆破振動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)而能夠防止基坑開(kāi)挖爆破施工對(duì)周?chē)ㄖ锖蛧鷰r等的破壞。

(2)該地鐵車(chē)站明挖段爆破開(kāi)挖工程爆破效果表明，基坑爆破所采用的孔內(nèi)、孔外延時(shí)的立體爆破網(wǎng)路不僅嚴(yán)格控制了單段最大起爆藥量，實(shí)現(xiàn)炮孔的相繼接力起爆。而且使爆破地震波在時(shí)間和空間上峰谷疊加，顯著降低爆破震動(dòng)強(qiáng)度和控制爆破飛石，這是復(fù)雜環(huán)境下行之有效的爆破控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基坑鉆爆開(kāi)挖的安全與高效。測(cè)點(diǎn)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，與單孔或排間起爆方式相比，采用立體爆破網(wǎng)路可使爆破振動(dòng)峰值降低近35 %。

(3)在城市復(fù)雜環(huán)境下的爆破施工中應(yīng)用預(yù)裂爆破技術(shù)是降低爆破震動(dòng)強(qiáng)度的有效措施。預(yù)裂爆破在主爆區(qū)與被保護(hù)對(duì)象之間形成的預(yù)裂縫阻隔了爆破地震波的傳播，從而有效保護(hù)施工區(qū)的周邊建筑物。

(4)預(yù)裂爆破與孔內(nèi)、孔外延時(shí)的立體爆破網(wǎng)路的聯(lián)合使用實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境下地鐵車(chē)站明挖段基坑鉆爆開(kāi)挖的減震技術(shù)。