宋曉峰

(中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 北京 101300)

1 前言

城市生態(tài)敏感區(qū)是指構(gòu)成城市行政區(qū)域范圍內(nèi)具有一定生態(tài)環(huán)境價值的實際組成。該組成部分具有一定自我修復(fù)能力，當(dāng)其內(nèi)部或組成因素發(fā)生變化時，將對整個城市的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，因此需要對其進(jìn)行保護(hù)或合理規(guī)劃[1]。主要包括公園、人工濕地、城市綠地、城市水域、城市森林等。

本文依托東莞地鐵1號線一期工程2標(biāo)四工區(qū)，以濕地公園站為研究對象，對城市生態(tài)敏感區(qū)地鐵車站高強(qiáng)度基巖爆破施工技術(shù)進(jìn)行研究。做到既要保護(hù)好城市生態(tài)敏感區(qū)現(xiàn)狀，又要確保施工工藝從安全、工期、成本及可實施性方面達(dá)到要求，以得到適合該地區(qū)的最優(yōu)施工方案。

2 工程概況

濕地公園站地處東莞市大朗鎮(zhèn)，為地下二層島式車站，西接大朗站，東聯(lián)富民南路站。車站起點里程為右DK45+359.019，車站站臺中心里程為右DK45+516.119，車站終點里程為右DK45+598.619，車站長度為239.6 m。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬21.3 m；車站底板埋深16.6～19.5 m，未設(shè)置抗拔樁。車站擬采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用800 mm厚連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，兩端區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。濕地公園站位置如圖1所示。

圖1 濕地公園站平面示意

根據(jù)收集資料及勘察揭露，擬建工程揭露的巖土層有第四系、三疊系巖土層。

勘察最大揭露深度為46.5 m，依據(jù)《東莞市軌道交通1號線一期工程地質(zhì)分層系統(tǒng)表》，本場地勘探范圍內(nèi)揭露的巖土層有人工填土層、第四系沖洪積黏性土層、砂土層、三疊系巖層及混合花崗巖和片麻巖。巖石硬度系數(shù)f=8～12，巖石可爆性好。場地巖石開挖總量約20 000 m3。

3 確定基坑基巖爆破方案

隨著城市軌道交通迅速擴(kuò)展，城市軌道交通建設(shè)所面臨的周邊環(huán)境越來越復(fù)雜。線路選擇過程中不可避免地需要考慮經(jīng)濟(jì)的影響，地鐵車站作為線路選擇中最重要的一環(huán)，顯得尤為重要。在華南沿海地區(qū)進(jìn)行地鐵車站建設(shè)，不可避免地會遇見高強(qiáng)度基巖。針對基坑高強(qiáng)度基巖，明挖法施工中主要采用爆破和物理預(yù)處理兩種工藝。當(dāng)前階段比較成熟的工藝有:二氧化碳爆破、膨脹劑靜態(tài)爆破、靜態(tài)巖石預(yù)劈裂機(jī)爆破、鉆爆法等工藝。根據(jù)濕地公園站的地質(zhì)及周邊環(huán)境情況，結(jié)合工期、成本、質(zhì)量要求，濕地公園站基坑高強(qiáng)度基巖擬采取鉆爆法施工工藝。

4 基坑基巖爆破方案重、難點分析

4.1 對爆區(qū)周邊建(構(gòu))筑物保護(hù)

濕地公園站基坑西側(cè)周邊有高壓線鐵塔，基坑上方有6條高壓線通過，且周邊均有居民樓及商業(yè)住宅樓，城市既有市政管線與市政道路較復(fù)雜。且已完成的基坑支護(hù)也需做好成品保護(hù)，基坑巖石開挖對基坑壁、底板巖石平整度要求高是重、難點。

4.2 巖石爆破法,機(jī)械施工工期長、噪聲大、粉塵多,擾民嚴(yán)重

因基坑周邊施工環(huán)境復(fù)雜，基坑周邊有保護(hù)物和基坑支護(hù)，為保證周邊保護(hù)物和基坑支護(hù)的安全，在爆區(qū)基坑開挖時，石方采用控制爆破法開挖，因為鉆孔量大，機(jī)械使用量大，會導(dǎo)致施工工期長、噪聲大、粉塵多。

4.3 爆破振動及爆破飛石

本工程爆破環(huán)境復(fù)雜，距離居民樓及現(xiàn)有市政設(shè)施(管線)較近，施工中必須嚴(yán)格控制爆破振動和爆破飛石，對周邊保護(hù)物由第三方進(jìn)行實時振動監(jiān)測，防止意外飛石，確保周邊建筑物和人員、設(shè)備安全。

5 基坑基巖爆破施工技術(shù)

5.1 基坑基巖爆破總體施工順序

施工準(zhǔn)備→場地平整→測量放樣→鑿巖機(jī)鉆孔→安裝爆破設(shè)備并確認(rèn)→藥孔檢查→安裝炸藥→炮眼填充封閉堵塞→安全防護(hù)→控制爆破區(qū)石方控制爆破開挖→機(jī)械進(jìn)行巖石二次破碎。爆破區(qū)域交替循環(huán)施工，基坑壁四周石方配合支護(hù)分層分段開挖，施工中做好高落差部位的圍欄維護(hù)，防止高處墜落[2-4]。

5.2 基坑基巖爆破施工要點

根據(jù)濕地公園站周邊實際環(huán)境，場地工程地質(zhì)條件，工期要求以及施工技術(shù)現(xiàn)狀，當(dāng)基坑基巖處于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊緣5 m范圍內(nèi)且臺階高度小于5 m時，采用φ40～50 mm淺眼控制弱松動爆破法進(jìn)行施工；當(dāng)基巖不在上述范圍內(nèi)且臺階高度大于5 m時，采用φ76 mm控制爆破法進(jìn)行施工。具體施工要點如下:(1)爆破施工應(yīng)以國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程為依據(jù)，按主管部門審批通過的專項方案進(jìn)行施工；(2)爆破開挖擬采用淺眼+深孔控制爆破，拋擲方向避開主要保護(hù)建筑物和道路；(3)深孔爆破主要采用φ76mm鉆機(jī)鉆孔，爆破臺階高度大于5 m時，爆破采用φ76mm深孔微差控制爆破，爆破臺階高度小于5m時采用φ40～50mm淺眼控制爆破，適當(dāng)增大炮孔堵塞長度，采用平面覆蓋防護(hù)措施對爆破飛石予以防護(hù)(如圖2、圖3所示)，確保爆區(qū)附近建筑物和行人、車輛、設(shè)備安全[5-6]；(4)盡量利用土方開挖后形成的臺階面，巖石爆破移動方向為近距離無保護(hù)物方向。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，預(yù)計每天平均能爆破石方3 000～5 000m3，大塊巖石進(jìn)行二次破碎時，防止飛石；(5)前排孔間微差<50ms，排間微差<75ms。

圖2 覆蓋防護(hù)示意

圖3 覆蓋防護(hù)現(xiàn)場示意

5.3 基巖爆破設(shè)備配置

根據(jù)工程所在地的獨特性及城市生態(tài)敏感區(qū)對爆破施工要求，結(jié)合現(xiàn)有爆破設(shè)備及專業(yè)技術(shù)水平，基坑高強(qiáng)度基巖進(jìn)行爆破時采用YT-24鑿巖機(jī)、XAHS-365空壓機(jī)、FT35液壓鉆機(jī)、T20R液壓鉆機(jī)，具體機(jī)械配備如表1所示。

表1 機(jī)械設(shè)備資源配置

5.4 設(shè)計基坑基巖爆破參數(shù)

(1)炮眼直徑D:炮眼直徑有兩種，分別為D1=40～50 mm、D2=76 mm，采用垂直孔，配套相應(yīng)的PVC套管。

(2)炮眼參數(shù):炮眼孔距a取1.0～2.7 m，炮眼排距b取0.8～2.3 m，采用矩形或梅花形布置方式，如圖4所示[7]。

圖4 起爆網(wǎng)路設(shè)計

(3)炸藥單耗q:q=(0.3～0.5)kg/m3。

(4)臺階高度H:H在1～8 m間，根據(jù)現(xiàn)場實際確定。

(5)單孔裝藥量Q:Q=a×b×H×q。

(6)單段爆破最大炸藥消耗量:根據(jù)城市生態(tài)敏感區(qū)對爆破施工的要求，結(jié)合濕地公園站周邊建(構(gòu))筑物的空間關(guān)系，本方案單段爆破最大炸藥消耗量為24.8 kg。

(7)爆破試驗段:進(jìn)行正式爆破前，需選取部分區(qū)域進(jìn)行試爆破，并根據(jù)試爆破結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)調(diào)整，得到本方案所需最優(yōu)爆破參數(shù)，具體爆破參數(shù)如表2所示。

表2 臺階控制爆破參數(shù)

5.5 裝藥結(jié)構(gòu)與爆破網(wǎng)路設(shè)計

5.5.1 裝藥結(jié)構(gòu)

深孔和淺孔均采用連續(xù)(耦合)裝藥。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，深孔爆破基坑基巖擬采用孔底連續(xù)裝藥方式，乳化炸藥作為深孔起爆藥包，起爆藥包為直徑φ60 mm、長約40 cm的藥卷，并插入非電導(dǎo)爆管雷管。藥包放于孔內(nèi)距孔底相當(dāng)于裝藥長度1/3地方。淺眼爆破擬采用直徑φ32 mm，藥卷長約15～30 cm，人工連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，雷管直接引爆乳化炸藥[8-9]。

5.5.2 爆破網(wǎng)路設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和施工要求，炸藥采用乳化炸藥。雷管采用非電毫秒延期雷管[10-11]。

(1)起爆器材:采取1～15段毫秒非電導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行起爆，選用GM-S500型起爆器作為爆破起爆能源。

(2)爆破起爆秩序:根據(jù)爆破起爆時爆眼數(shù)量、工程地質(zhì)條件、現(xiàn)場地形地貌以及底盤最小抵抗線方向，采取V型或?qū)堑姆绞狡鸨，F(xiàn)場實際爆破根據(jù)試爆效果及時調(diào)整爆破參數(shù)后進(jìn)行。

(3)延期時間:每排爆破延遲時間為25～75 ms。

(4)爆破起爆網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)方式:爆破采用孔內(nèi)同段(>8段)，孔外為3段接力[12]。

(5)距離保護(hù)物較近的爆破區(qū)，為有效控制爆破振動，最大限度地減少單段炸藥量，可采用單孔單響和單孔多響(孔內(nèi)分段)的起爆網(wǎng)路。

6 其他措施

6.1 基坑基巖爆破監(jiān)測

爆破監(jiān)測是爆破方案能否順利實施的重要保障，主要是針對基坑已有圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑周邊原有建(構(gòu))筑物進(jìn)行監(jiān)測。本方案采用的監(jiān)測儀器為TC-4850型便攜式爆破測振儀，爆破監(jiān)測的實施由具有相應(yīng)資質(zhì)的第三方進(jìn)行。根據(jù)監(jiān)測反饋的結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場爆破參數(shù)的調(diào)整并最終達(dá)到最優(yōu)爆破參數(shù)。TC-4850型便攜式爆破測振儀和計算機(jī)組成的監(jiān)測系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場監(jiān)測示意

6.2 基坑基巖爆破防護(hù)

6.2.1 保證周邊建筑(構(gòu))物安全和成品保護(hù)的主要措施

(1)保證警戒范圍內(nèi)人員全部清理，在基坑爆區(qū)采用弱松動爆破法施工，同時通過爆破技術(shù)手段和加強(qiáng)防護(hù)等措施，最大限度地減少爆破振動和爆破飛石的危害。

(2)基坑支護(hù)邊線5 m范圍內(nèi)要提前進(jìn)行巖石淺眼弱松動爆破法施工及土方清運(yùn)，在基坑邊線形成減振帶，以保證爆破后基坑壁巖石平整穩(wěn)定的目的，同時起到減小爆破振動的作用。

(3)在采用控制爆破技術(shù)的爆破區(qū)采用微差控制爆破技術(shù)，控制單段炸藥量從而有效控制爆破振動，在距離保護(hù)物較近或臺階臨空面不佳等位置采用鋼板覆蓋，以防止意外飛石。

(4)對周邊保護(hù)物進(jìn)行爆破振動監(jiān)測，及時掌握爆破施工期間爆破振動對周邊房屋的影響，并用以指導(dǎo)爆破作業(yè)人員合理調(diào)整爆破參數(shù)。

6.2.2 解決淺眼爆破機(jī)械設(shè)備施工工期長、噪聲大、粉塵多,擾民嚴(yán)重的措施

(1)傳統(tǒng)工藝中，42 mm小孔主要靠人工鉆孔，人工鉆孔效率低、粉塵多、噪聲大、成本高。本方案采用進(jìn)口阿特拉斯全液壓鉆機(jī)，噪聲小，鉆孔效率高，每班可鉆孔400～600 m；配置了集塵裝置，可收集90%以上的鉆孔粉塵，有效降低環(huán)境污染，大大提高效率，保證工期，做到無塵鉆孔。

(2)采取配置霧炮和高壓電子水槍的灑水車降塵，合理安排作業(yè)時間，噪聲大的在白天施工，噪聲小的在夜間施工。同時嚴(yán)格按照夜間施工相關(guān)管理規(guī)定的時間安排施工，減少噪聲擾民。

6.2.3 降低爆破振動及控制爆破飛石的措施

(1)爆破前創(chuàng)造良好的爆破臨空面，可有效減小爆破振動和減少爆破飛石，爆破時爆破主導(dǎo)方向應(yīng)避開主要保護(hù)物。

(2)采用合理孔徑、孔深、微差爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制單段炸藥量，可有效控制爆破振動。

(3)采用鋼板加強(qiáng)覆蓋防護(hù)可有效防止意外爆破飛石危害。

7 結(jié)束語

本文系統(tǒng)介紹了城市生態(tài)敏感區(qū)高強(qiáng)度巖石爆破施工技術(shù)，并具體分析了該方案實施工程中的重難點并提出了相應(yīng)的處理措施；同時對方案實施過程中的施工順序、施工要點、爆破參數(shù)、爆孔布置及起爆方式等做了具體研究，取得了良好的工程效果，有一定的推廣價值。