大型深基坑混凝土支撑爆破拆除方法研究

郑 钰

（无锡地铁集团有限公司，214021，无锡//高级工程师）

大型深基坑混凝土支撑爆破拆除方法研究

郑 钰

（无锡地铁集团有限公司，214021，无锡//高级工程师）

从基坑支撑拆除方案选择出发，对比分析了爆破拆除方法的优势以及适应性。详细阐述了爆破拆除整套方法中应采取的技术措施和组织管理措施，主要包括爆破参数选择、布孔设计、起爆网络布置、爆破振动粉尘控制、飞石防护等技术措施，以及爆破作业管理、火药品管理、应急及警戒预案等组织管理措施。工程案例实施结果表明：采取爆破拆除支撑，达到了预期效果，缩短了工期，加快了施工进度，满足了后续主体施工工期的需要，未对周边建筑物造成损害，可为以后类似工程提供一些技术参数和管理经验。

深基坑；支撑爆破；爆破设计；爆破控制

随着城市地下空间的开发，越来越多的超大型基坑工程逐渐出现。在基坑工程，尤其是软土地区的基坑工程中往往采用大体量的、密集的、大截面的钢筋混凝土内支撑结构，支撑体系一般起临时围护作用，在主体结构施工前这些临时支撑结构需要被拆除［1］。针对不同的基坑和支护方法有不同的拆除方法，在大型密集钢筋混凝土内支撑形式的深基坑工程中，目前广泛采用的爆破拆除已经成为了首选。爆破拆撑在工程上的应用是相当有效的，炸药爆破产生的瞬时巨大作用力对混凝土支撑结构的破坏效果不是其他方法能替代的［2］。支撑爆破拆除是一种在理论和实践上都比较成熟的控制爆破技术，但在支撑拆除时必须选择合适的爆破参数，并对爆破产生的负面效应进行验算，采取合适的防护控制措施，精确设计，严格管理，施工安全和工程质量才能够得到可靠的保证。

1 支撑拆除方案选择

目前基坑拆除方式主要有爆破拆除、机械拆除（液压锤）、人工拆除（风镐）、膨胀剂拆除、金刚链切割或绳锯无损切割等方法［3］，各个拆除方法均有其自身优点和缺点，如表1所示。

基坑支撑拆除方案的确定需综合考虑工程量、工期、周围环境等因素。目前超大型基坑越来越多，支撑和围檩的截面积大、配筋率高、总体积大、施工工期要求高，在确保安全的前提下，选择施工速度快、施工成本相对较低的爆破拆除方法是发展趋势。

2 爆破拆除方法及措施

爆破拆除的安全风险大、技术要求高，爆破实施前需对爆破参数进行合理的设计，并对设计参数进行安全验算以及对爆破过程中可能出现的爆破负效应采取防护控制措施，精心组织和管理，这样才能确保爆破安全顺利实施。

2.1 爆破参数设计

要根据支撑的形状、尺寸、强度、配筋、环境等相关特征的要求，有针对性地对爆破参数进行设计，主要包括布孔设计、药量设计、爆破网络设计。

表1 基坑支撑拆除方法对比

2.1.1 布孔设计及布置

在钢筋混凝土支撑的控爆拆除工程中，炮孔位置主要依据钢筋混凝土支撑的形状、尺寸、结构特征以及爆破具体要求等因素而定。一般采用垂直钻孔。在施工条件受限制时，亦可布倾斜孔或水平孔。炮孔可沿支撑梁的全长呈单排或多排均匀布置，亦可呈梅花形布置［4］。

布孔参数：孔深一般取梁高的三分之二，且外侧抵抗线控制在20～30 cm。孔距一般取a=80～100 cm，排距一般取b=20～30 cm；节点处等配筋率高的地方，排距、孔距适当减小。炮孔一般采用两种方式成孔：①预埋孔，即在支撑浇捣时埋入纸管，预留孔洞；②爆破前人工打孔。前者具有施工进度快、不影响基坑内其他施工作业等优点，故已在支撑爆破作业中广泛推广。

2.1.2 单孔药量设计

单孔药量q=kabH

式中：

a——药孔间距；

b——药孔排距；

H——支撑厚度；

k——系数，依支撑梁和围檩的配筋率选定，一般取0.7～0.9 kg/m3。

2.1.3 爆破网路设计

钢筋混凝土支撑控制爆破拆除起爆网路一般分电起爆系统和非电起爆系统两类。工程采用导爆管雷管和非电导爆管传爆网路。网路的连接采用“大把抓”链式结构网路。孔内采用高段毫秒延期导爆管雷管、孔外采用低段毫秒延期导爆管雷管延期起爆技术。

2.2 爆破安全验算

爆破是瞬间的能量释放过程，需对爆破产生的瞬间冲击波、振动以及爆破产生的飞石飞行距离进行验算，确保对周围的损害在可控范围内。

2.2.1 爆破振动计算

根据周围建筑物的抗震能力，由萨德夫斯基公式验算爆破振动速度：

式中：

V——爆破产生的垂直振速，cm/s；

Q——一次起爆最大段药量，kg；

R——保护目标与爆破段中心之间的最小距离，m；

A——与爆破点附近地质有关地震波衰减指数，取1.5～2.0；

K——与爆破点附近地质有关的系数，取30～50。

根据上述公式，计算的爆破振动速度应满足相应建筑物保护等级对振动速度控制的要求。

2.2.2 爆破冲击波

露天爆破冲击波安全距离计算公式为：

由于采用多炮孔分散装药，爆破作业又在深基坑内进行，故空气冲击波的影响可以忽略不计。

2.2.3 个别飞石

爆破飞石飞行距离计算公式为：

式中：

L——无防护条件下爆破飞石飞行距离，m；

qmax——最大炸药单耗，kg/m3。

2.3 爆破防护控制措施

爆破产生的负效应主要有爆破振动、爆破飞石等安全隐患以及扬尘、噪声等环境污染，需采取合理的控制措施减小爆破产生的负效应。

2.3.1 爆破振动控制措施

（1）减弱或消除爆破地震对周围建筑物影响的重要措施是采用毫秒微差分段爆破，控制一次起爆药量以控制震动速度，使其不超过许可的安全范围。

（2）通过合理安排起爆顺序减振。安排紧靠围檩的支撑梁上的装药先起爆，减少支撑梁爆破时的振动影响。

（3）围檩与环梁延期布置。围檩与环梁采用半秒延期雷管，进一步控制一次起爆药量。

（4）将支撑和围檩进行割断，爆破前将支撑与围檩连接处进行人工凿段或切割，隔离振动的传播。

2.3.2 爆破飞石控制

爆破飞石控制可以从两个方面进行控制，一方面从根源上进行控制，另一方面采取防护措施，控制飞石距离，从而控制飞石危害。

（1）在支撑梁和围檩上方和侧面搭设防护棚。

（2）适当增加炮孔深度（3～5 cm），减小飞石向上空方向飞出的速度和距离。

（3）严格控制炮孔位置，确保孔的正确位置，防止改变最小抵抗线方向，造成飞石失控无效。

（4）严格控制单孔装药量，炮孔要密实填塞，防止冲炮发生，爆破顺序采用由表及里的延期爆破顺序。

（5）对基坑内、外个别保护目标（如塔吊、玻璃幕墙等），要采取具体保护措施（如对贴近保护目标的炮孔少装药，在保护目标侧面搭设竹笆围档）。

2.3.3 扬尘控制措施

爆破粉尘是控制爆破负面效应的一个重要方面，可采取的主要措施较常见的有预先淋水、铺设水、喷淋系统降尘、雾炮降尘、洒水车降尘等［5］。

2.3.4 爆破噪声控制措施

从技术方面讲主要控制单次起爆药量；另一方面，爆破前充分做好周围居民的告知工作，减少周围居民紧张情绪，爆破时先燃放鞭炮，给居民以适应的时间，在鞭炮响的过程中起爆主网路［6］。

2.4 爆破管理及组织

只有精心组织和管理，爆破才能按照预定设计方案进行，管理者需做好施工作业组织、火工品管理以及周围警戒协调等工作。

2.4.1 爆破作业管理措施

（1）药包制作时，按指定场所进行，不准超出指定范围；制作和装填炸药时不准抽烟，场外设临时警戒人员，严禁外人进入。

（2）应按照设计的药量制作药包，不准随意增减，不同质量的药包、不同段别的雷管要分别放置，防止出错。

（3）装填炸药时，用木质填塞棒将药包轻送到孔底，填土时先轻后重，力求填满捣实，防止损伤脚线。

（4）线路联接时，按规定操作，防止错联、漏接，保证可靠起爆。

2.4.2 火工品管理措施

现场临时炸药库、雷管库房应单独设置。库房必须经当地公安部门检查合格后方可使用；库房按《拆除爆破安全实施规程》进行管理，由持证火工品保管人员双人值班保管，做好押运员、保管员、爆破员领用的出入库签字交接手续，认真填写《火工品使用明细表》，做到帐物相符。严格执行以下仓库保管制度。

（1）库房保管员必须严格执行“五双”制度（双人保管、双把锁、双本帐、双人发放、双人领取），严格保管好仓库物品，禁止交给他人代管。

（2）仓库保管员必须持有《爆炸物品保管员证》，熟悉爆炸物品的性能和技术要求，要将性质相抵触的爆炸物品分类、分库存放。

（3）每次爆破要按照设计量领取炸药，对于多余的炸药要随着爆破支撑同时销毁。

（4）无关人员不得进入库房，严禁在库房内吸咽和用火。

2.4.3 爆破警戒措施

（1）爆破前所有人员、机械、车辆和器材一律撤到指定的安全地点，安全警戒半径临时确定。

（2）每个警戒点的警戒人员必须严守岗位，除完成规定的警戒任务外，还要注意自身的安全。

（3）爆破的通信联络方式、信号、标记等规定，由爆破前的专门协调会商定。

（4）爆破后，由指定的爆破技术人员对现场进行检查，确认无险情后，方可解除警戒。

3 工程实例

无锡市轨道交通1号线工程胜利门站基坑位于无锡市胜利门广场，三面环路，一边靠近商业区。围护结构由四道支撑组成，其中第四道支撑为钢支撑，其余三道为钢筋混凝土支撑。每道钢筋混凝土支撑由圈梁、围檩及板撑组成，与格构柱共同形成一整体的围护系统。第二道、第三道钢筋混凝土的支撑、围檩和板撑，在基坑内部-4.8 m、-9.4 m处。基坑东面为中国农业银行、和平电影院及川虹火锅；基坑南面为工地临时简易办公房，距离支撑10 m；基坑西南面为站前商贸区，距离基坑40 m；基坑西侧隔一条中山路，为红豆大厦，距离基坑边缘55 m。基坑结构平面图如图1所示，支撑截面尺寸见表2。支撑的板撑厚度为300 mm。

图1 基坑结构平面图

表2 支撑截面尺寸表

综合考虑该基坑工期紧、周围建筑环境复杂、拆除工程量大等因素，最终该基坑第二、三道混凝土支撑及围檩拆除采用了全粉碎型控制爆破法。

3.1 爆破实施

布孔采用预埋管成孔的技术，按梅花型布置，孔距按800～1 200 mm、排距取250～350 mm，孔深取梁高的三分之二，抵抗线最小取200 mm左右。爆破实施中严格控制一次起爆最大段药量不超过3 kg，并安排紧靠围檩的支撑梁上的装药先起爆，孔内采用半秒延期导爆管雷管，采用高压脉冲起爆器引爆起爆网路。现场采取爆破飞石封闭的防护装置，爆破时在支撑和围檩上直接搭设钢管架，进行铺设竹排和固定在竹排上压一层的钢管（1.5 m×0.8 m格子），上覆一层安全网。爆破设计参数见表3，支撑防护如图2、图3所示。

表3 爆破设计参数表

图2 支撑爆破侧面防护

图3 支撑爆破顶部防护

3.2 爆破拆除效果

在支撑爆破拆除前做了充分的施工准备工作，并在爆破过程中严格执行爆破设计要求及爆破安全管理，本基坑支撑爆破得到了顺利实施，爆破基本达到了预期效果。爆破后照片如图4所示。

（1）爆破拆除加快了支撑和围檩的拆除进度，确保了施工工期。

（2）爆破振动控制在安全范围之内，未对周边建筑物造成损害。

（3）爆破飞石进行了有效的防护，爆破振动均得到了有效控制，未对周边未造成影响。

（4）钢筋和混凝土基本呈分离状态，混凝土块较均匀。

（5）支撑爆破拆除后，支撑的主筋并没有炸断，大的混凝土块基本上都在支撑的钢筋笼内，掉到结构板上的只有少部分混凝土块。爆破后，对于基坑内的结构板来说，是安全的。

（6）围檩装药采取多段延期的起爆形式，采用剥离的爆破方式，使爆破振动传播方向指向基坑中心，背离连续墙传播，从而大大减小爆破振动波对连续墙的影响。

4 结语

爆破技术在拆除深基坑工程支撑中的广泛运用，大大减轻了支撑拆除工程的劳动强度，显著地缩短了施工工期，从而创造出明显的经济和社会效益，其应用范围也日益扩大。但在具体实施过程中，必须选择合理的施工参数，对爆破产生的负面影响进行计算和评估，采取合理的保护措施，并且精心组织才能实现预期爆破效果。

［1］ 朱思闻.大型基坑钢混支撑爆破技术和动力响应研究［D］.上海：上海交通大学，2013.

［2］ 王小林，徐书雷，吴枫，等.国内外拆除爆破技术发展现状［J］.西安科技学院学报，2003，23（3）：270.

［3］ 李福清，蒋耀港，曾定波，等.不同基坑支撑拆除方式对比研究［J］.爆破，2011，28（3）：17.

［4］ 赵坤.软土深基坑钢筋混凝土支撑围护系统拆除爆破理论与实践［D］.上海：同济大学，2008.

［5］ 杜宗，杜华彬，段义明，等.城市核心地段钢筋混凝土内支撑爆破降尘措施［J］.爆破，2016，33（3）：132.

［6］ 陈冲.大型基坑内支撑体系爆破拆除技术［J］.探矿工程-岩土钻掘工程，2012，39（2）：80.

图4 爆破后实景

On Blasting Demolition Method for Reinforced Concrete Beam of Deep Foundation Pit

ZHENG Yu

In this paper，the advantages and adaptability of the blasting demolition method arecompared and analyzed.Technical measures,organization and management measures to be taken in the whole process of blasting demolition are described in detail，including blasting parameter selection，cloth holedesign，detonation network arrangementand blasting vibration dust control，fly ash protection and related technical measures,management，emergency and alert plans,as well as other organizational management measures. The implementation results of this method show that the blasting demolition supportand the expected effecthave been achieved.By adopting this method,the construction period is shortened，construction progress is accelerated，time for the follow-up main body construction is preserved with no damages forthe surrounding buildings.Therefore，some technical parameters and management experiences of this method can be provided for similar projects.

deep foundation pit；beam blasting；blasting design；blasting control

Author′s address Wuxi Metro Group Co.，Ltd.，214021，Wuxi，China

TU751.9

10.16037/j.1007-869x.2017.12.027

2017-9-22）