复杂环境下某深基坑爆破开挖技术应用

张文龙，陈少辉，郑文富

(广东中人爆破工程有限公司， 广东 广州 510000)

复杂环境下某深基坑爆破开挖技术应用

张文龙，陈少辉，郑文富

(广东中人爆破工程有限公司， 广东 广州 510000)

介绍了繁华市区内某地铁车站深基坑爆破开挖工程。采用中深孔控制爆破开挖方式，精细化爆破施工管理方法，确保了市区周围复杂环境的安全，达到了基坑爆破质量的要求，最大限度控制了飞石、振动和粉尘的危害，加快了地铁施工进度，为今后复杂环境下地铁深基坑爆破开挖提供了经验和借鉴。

深基坑开挖；中深孔爆破；精细化管理

0 引 言

随着国民经济的不断发展，我国地铁建设事业也逐步加快。城市规模不断扩大，交通面临严峻的形式，在不占用地面空间的情况下，地铁成为解决交通问题最佳的选择，同时，由于地铁建设往往在闹市区进行，施工工期长，其中基坑的施工占用大量工期，并且爆破会对周围环境产生一系列影响，尤其是振动、飞石和噪声，甚至会影响周围居民的正常生活，因此，如何在复杂环境下加快地铁基坑施工进度、满足地铁车站基坑爆破施工进度和安全、降低危害成为亟待解决的问题。

本文采用中深孔控制爆破开挖方式，结合精细化的爆破施工管理方法，在广州地铁21号线2标天河公园站车站基坑爆破开挖工程展开技术应用，在施工过程中，结合监测数据，并通过不断调整爆破参数，实现了中深孔爆破技术在地铁基坑施工中应用的可行性，以及采用覆盖方法，降低振动措施，并确保了周围环境的安全。

1 工程概况

1.1 车站简介

天河公园站南接员村站，北联棠东站，是本线的第2个车站，为21，11，13号线的换乘站。车站位于黄埔大道与天府路交汇十字路口东北侧天河公园地块内，沿天府路南北向布置。车站全长415.00 m，21号线标准段宽53.1 m，基坑深约18 m ，13号线与21号线交叉节点基坑深度约29.9 m，13号线为一岛两侧地下三层车站，标准段宽为34 m，车站基坑开挖深度为20.01 m。车站主体围护结构采用800 mm厚地下连续墙及Ф1200 mm钻孔桩加内支撑形式，21，11号线标准段设3道混凝土支撑，13号线标准段共设四道支撑，第一道为混凝土支撑，第二至四道为钢支撑结合混凝土支撑。21，11号线与13号线交叉节点基坑采用3道混凝土圆形内支撑形式，第四道采用钢支撑结合混凝土支撑支护。石方工程量约50万m3，占地长415 m,宽53.1～100 m。

1.2 水文地质条件

车站地质属瘦狗岭以南的红层基岩区，基坑内爆破区域岩层从上到下主要以砾岩和泥质粉砂岩为主。车站地下水按赋存方式主要分为上层滞水、第四系松散土层孔隙潜水、基岩层风化裂隙水。

1.3 场地类别与地震烈度

根据天河公园站岩土工程勘查报告，确定建筑场地类别为Ⅱ类(按建筑抗震设计规范)。本站抗震设防类别为乙类；地震作用按本地区抗震设防6度，抗震措施按7度考虑，抗震等级为三级。

1.4 爆破周围环境

天河公园站基坑爆破区域为21号线，环形基坑内及13号线。21号线基坑正西侧15 m处是天府路，正西面37 m处是天河区政府，西北方向最近距离65 m处为居民区，69 m为天府路加油站。21号线基坑爆破区域正南方向上距离黄埔大道高架桥最近为56 m，南面29 m处是黄埔大道。13号线方向上南侧18 m处为项目部办公室，距离20 m处是生活区，东面184 m处是广州阳光酒店，基坑周围环境如图1所示。

2 工程的重点及难点

由于天河公园车站基坑处于黄埔大道和天府路交叉位置，周围建筑物居多，两条道路车流量非常大，又有许多行人经过，要严格控制爆破飞石、振动和粉尘危害，做到文明施工，为了满足设计施工安全，必须针对工程重难点提出相应措施。本工程的重点是对支撑梁系统及孔桩护壁的保护，对爆破危害包括飞石、振动和粉尘的控制。针对性采取的措施主要有:

(1) 对基坑两侧护壁及支撑梁的立柱保护，采取在界面钻凿密集空孔减震、预留设保护层采取特殊爆破方法[1]。

(2) 对于控制飞石的问题，首先在孔口压两层沙袋，上面覆盖一层厚铁皮，最上部覆盖1～2层建筑纱网。

(3) 基坑内需要爆破的开挖量大，开挖深度大，爆破开挖要满足进度要求，以使基坑不要裸露太久。采用松动爆破降低炸药单耗，其次是单孔逐段起爆，减少单一次最大起爆药量，实现控制爆破振动、飞石在安全范围内。

(4) 钻机上装设捕尘器，必须保证其完好状态下钻孔作业。爆破前采用基坑内洒水、基坑顶部使用喷水、淋水装置最大限度降低粉尘污染。

(5) 本次基坑爆破噪声大，黄埔大道和天府路车流量、人流量大，警戒压力大，采取有效的警戒措施，基坑四周布置警戒点。

图1 基坑爆破周围环境图

3 爆破总体方案

经多次论证分析，本工程总体采用中深孔台阶精细爆破开挖方式[2]，辅以浅孔爆破，并在施工过程中进行振动监测，为爆破参数设计和参数优化提供依据。具体方案如下：

(1) 工作面沿东、西走向布置，分别向南、北方向推进，分层、分段爆破。同时开工的工作面必须是两个以上，便于爆破施工和石渣清运平行作业，组织快速施工。基坑开挖总体设计布置四个爆破作业面(见图2) 。

(2) 工作面的开挖顺序(见图3)：上部表土清运完毕，即进行测量工作，标定爆破范围和爆破深度。顶部工作面用液压炮机和挖掘机平整，达到钻机可以平顺行走的要求。然后利用浅孔施工布置炮孔拉槽爆破。具体拉槽布置在A2和B2区，以拉糟段为自由面，爆破后清理渣土。A3区以A2临空面为自由面，向北方向推进；B3区以B2区为自由面向南方向推进每段工作面前期。

(3) 基坑主体爆破。台阶高度控制在7～10 m之间，工作面长度等于基坑横断面的宽度，炮孔布置如图4所示。

(4) 靠近地下连续墙爆破施工[3]。为了保护基坑侧壁的支撑梁和护壁，根据实际情况，增加布置1～2排减震孔，每隔一个孔装药设为保护层炮孔，装药量可适当减少，采用不耦合间隔装药结构(见图5)。

4 爆破参数设计

4.1拉槽爆破参数[4]

拉槽区域A2和B2采用42 mm手风钻进行开挖，分两次爆破开挖形成长宽均为4 m，深度为4 m的拉槽空间，爆破具体参数见表1。

图2 开挖总体布置

图3 工作面开挖顺序

图4 炮孔布置

图5 减震炮孔装药结构

钻孔孔径d/mm炮孔孔深L/m最小抵抗线W/m炮孔孔距a/m炮孔排距b/m平均单耗K/(kg·m3)单孔药量Q/kg4221110．40．8

4.2中深孔爆破参数[5]

(1) 台阶高度取H=10 m；炮孔直径d=76 mm；钻孔倾斜度θ=75°；药卷采用60 mm；最小抵抗线W=(25-30)d；底盘抵抗线W1=(1.2-1.3)W，根据经验取值W1=2.0 m，超深h=1.0 m；炮孔深度L=H+h=11 m；

(2) 孔距a=(1.25-1.5)W1，取a=3 m；排距b=1.25W1，则b=2.5 m；炮孔回填高度h1=1.5W1，取h1=3.0 m；单耗取0.3～0.35 kg/m3，单孔药量Q=qabH，则Qmax=26.2 kg。

在实际施工中根据基坑由上到下的地质情况不同，适当进行孔网参数的调整，达到最佳的爆破效果。中深孔装药结构示意图如图6所示。

图6 中深孔不耦合装药

4.3保护层爆破参数[6￣7]

为了保护基坑侧壁的支撑梁和护壁，增加布置1～2排减震孔；减震孔每隔一个孔装药设为保护层炮孔，装药量可适当减少，采用不耦合间隔装药，采用导爆索串联起来。

(1) 台阶高度取H=10 m；炮孔直径d=76 mm；钻孔倾斜度θ=75°；药卷采用60 mm；最小抵抗线W=(25-30)d；底盘抵抗线W1=(1.2-1.3)W，根据经验取值W1=2.0 m，超深h=1.0 m；炮孔深度L=H+h=11 m；

(2) 孔距a=(1.25-1.5)W1，取a=2.5m；排距b=W1，则b=2.0 m；炮孔回填高度h1=1.5W1，取h1=3.0 m；单耗取0.25 kg/m3，则Q2=12.5 kg。

5 起爆网路设计

主爆破区域采用孔内外分段的单孔单响非电毫秒延期起爆网路，即孔内采用ms-13雷管，孔外采用ms-3，ms-4，ms-5接力传爆，起爆网路如图7所示。采用这种网路的目的是减小单段起爆药量，最大限度减小爆破振动，同时增加岩石破碎效果。

预裂孔孔内采用ms-5，孔外采用ms-3串联接力，保证预裂孔比主炮区先响，创造预裂面。

具体起爆网络图设计如图7所示。

图7 起爆网络图

6 爆破安全防护措施

(1) 飞石的防护[8￣9]。一是近体防护：在所有的装药炮孔孔口加压两个重量不小于20 kg的沙袋，在加压一层铁皮防护的基础上盖一层建筑纱网。二是远体防护：在支撑梁上拉一层建筑纱网，防止个别飞石冲出基坑之外。三是对于朝向基坑西侧的连续墙地脚处采用液压炮机破碎处理。

(2) 降低粉尘措施。一是施工前在在基坑工作面进行适当洒水。二是爆破前15 min基坑顶部使用喷水、淋水装置降低粉尘。

(3) 降低振动措施。一是基坑两侧采用两排减震孔，并将爆破最小抵抗线方向控制在安全方向上。二是爆破网络采用单孔单响设计，最大程度降低爆破振动。

7 爆破安全校核

爆破振动的传播和衰减规律采用以下公式计算[10]：

v=K(Q1/3/R)α

(1)

式中，K，α为地质地形参数，K=150，α=1.75；Q为最大一段爆破药量，取Q=26.2 kg；R为需要保护建筑物到爆源中心的最近距离，取R=37 m。

代入式(1)，经计算，v=1.82 cm/s，根据《爆破安全规程》[10]规定，本次爆破振动对周围的建筑物是安全的。

8 爆破效果与结论

2016年4月至10月的爆破施工作业完成了一、二期西侧基坑开挖工程，爆破安全，无飞石飞出基坑，爆破振动监测数据无超标满足安全要求，爆破效果良好。经过几个月的爆破施工验证了在精细爆破施工管理下采用中深孔爆破技术在城镇复杂环境下应用是可行的，既控制了爆破飞石，降低了爆破振动引起的危害，又在很大限度上降低了粉尘污染，做到了安全高效，文明施工，提高地铁施工进度，为今后复杂环境下城市地铁车站基坑开挖提供了技术参数借鉴。

[1]王 璞,陈志刚,张道振,等.市区复杂环境下深基坑开挖控制爆破[J].工程爆破,2010(01):35￣39.

[2]夏裕帅,朱振江,林文利,等.开挖火车站大楼基坑的精细爆破控制技术[J].工程爆破,2015(02):21￣24，39.

[3]尹志清,王建军.减振技术在地铁基坑爆破开挖中的应用[J].采矿技术,2016,16(02):84￣86.

[4]李洪伟,邓 军,颜事龙,等.复杂环境下楼房深基坑岩石控制爆破安全技术[J].爆破,2016(02): 83￣86.

[5]汪旭光.中国典型爆破工程与技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[6]杜忠龙,张风华,符小海,等.城市复杂环境基坑深孔控制爆破开挖[J].工程爆破,2014(04):38￣40，33.

[7]朱朝祥,蔡 伟,杨建军.深基坑爆破开挖技术在地铁工程中的应用[J].爆破,2009(04):49￣52.

[8]项 斌,吴 义,陈艳春,等.复杂城市环境下石方爆破安全防护技术[J].西部探矿工程,2016(07):1￣4，8.

[9]杨仕教,张文龙,郑建礼.复杂环境下3座塔形框架结构景观房的控制爆破拆除[J].爆破器材,2016 (01):51￣55.

2017￣06￣08)

张文龙(1989-)，硕士，广东中人爆破工程有限公司，助理工程师，从事爆破设计与施工,Email:1030168410@qq.com。