复杂苛刻环境下爆破减振技术的应用

中交二公局第三工程有限公司，陕西 西安 710000

1 工程概况

深圳市城市轨道交通8号线一期工程起于莲塘站站后折返线，终至盐田站，途径深圳市罗湖区、盐田区，线路全长12.347km，全线采用地下敷设方式。线路穿越莲塘街道办、田心街道办周边多为20世纪80年代改革开放初期建设的房屋群，盐田港为新兴的商业区，地质岩性为中、微风化凝灰岩和花岗岩，由于工程实施前期爆破作业会对周边居民及商住造成影响，实施过程中经过与建设方、设计方的方案比选，决定采用电子数码爆破结合聚能水压爆破的方式进行爆破。

工程实施沙头角车站、盐田港车站基岩突起段落距离房屋最近仅3m，地铁深外高中站紧邻学校宿舍楼，莲梧区间下穿莲塘保障房、侧穿合正锦园，距离房屋最近不到2m（见图1、图2）。

图1 区间线路下穿、侧穿建筑物

图2 车站基坑与建构筑物关系

2 工程实施难点

工程实施前期采取的方案，即机械法开挖、静态开挖、普通控制爆破，取得的效果都不太明显。

（1）石方开挖采用机械开挖噪声较大、对周边环境影响较大。依据《声环境质量标准》（GB 3096—2008）的规定，以居住、文教机关为主的区域噪声最高排放限值白天为55dB，夜间为45dB。根据主要施工机械设备的噪声声级分级可知，机械开挖采用液压岩石破碎机的噪声声级如下：距声源1m处噪声声级值为83～93dB，距声源10～20m时噪声声级值为75～69dB；以上为多台设备作业时，噪声将叠加，叠加后为95dB。采用机械开挖时，若噪声排放值超过标准要求，将对周边居民、学校的生活环境造成不良影响。

（2）石方开挖采用机械开挖施工效率低、占用时间长。需石方开挖的岩层为中、微风化凝灰岩和花岗岩，根据室内试验，其饱和抗压强度范围值为42.9～139.4MPa，属较硬岩～坚硬岩，采用机械破碎效率低、占用时间长。

（3）静力破碎效率低，且成本高。采用静力破除对周边环境影响最小，但是因各工点石方量大，施工效率低，成本较高，不宜大规模使用。

（4）普通爆破器材的选取不能满足分段的要求。目前市场上毫秒延期制作装配工艺及精度指标难控制，导爆管段位多为1～15段，延期时间长达0～880ms。大区微差爆破需要多段等间隔的微差起爆，现场起爆跳段使用不能达到精准延时控制要求。

（5）普通爆破难以平衡功效和满足爆破振速不大于1cm/s的要求。采用普通爆破施工影响时间短，每天仅影响1～2次。根据《爆破安全规程》（GB 6722—2014），一般民用建筑物振速V≤2cm/s，而根据深圳地方爆破要求，爆破振速不得大于1cm/s，采用普通爆破需分区、分段，这样爆破作业功效将大幅度降低。

3 周边环境需求及地方要求

根据《爆破安全规程》（GB 6722—2014）中第13条的规定，对于一般民用建筑物安全爆破振速取1.5～2cm/s。该项目立项之初考虑工法为普通爆破或机械方式开挖，爆破振速不大于2cm/s。

进场后根据个别段落施工及周边环境评估，周边居民投诉较多，商业区玻璃幕墙较多，爆破振动对其影响较大，部分房屋因建造年代长，存在缺陷，同时根据深圳市公安局爆破施工的相关规定，在建筑物周边范围内进行爆破作业时其振速不得大于1cm/s。实际考虑人对震感的敏感度，控制安全爆破振速取值小于1cm/s。

4 减振技术的应用

该工程结合实际情况，在传统矿山法施工过程中采用了数码雷管结合聚能水压引爆方式的爆破应用技术，在明挖基坑中采用数码雷管引爆方式精准延时控制爆破技术，通过微差时间精准延时控制和装药方式的改变达到减振效果。

（1）电子数码雷管爆破。①精确控制起爆延时时间不受段别影响，在0～16s可任意设置时差，时差在0～100ms，偏差小于1ms，便于根据现场情况优化起爆网络，减少爆破产生的振动波。②通过精准控制单次爆破量，扩大了爆破规模，降低爆破振动。③明显改善了破碎块度，控制抛掷距离，减少了爆破振动，有效降低了爆破单耗，减少钻孔数量。④提高了爆破作业的安全性，避免出现大量地面传爆雷管，简化了起爆网路施工操作，可减少爆破器材数量。

（2）聚能水压爆破。利用水压爆破炮眼中的水，爆轰波在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆破能量几乎无损地传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎，而且聚能槽产生的高温、高压射流和水袋在爆炸作用下产生的“水楔”效应，会促使岩石初始裂缝延伸扩展加大且防止岩爆。同时爆炸波通过水的传播吸收了能量，有效降低了爆破振速。

5 工程实体的应用

5.1 萨道夫斯基经验公式预测计算

我国目前以保护对象所在地表质点峰值振速为爆破振动判据的主要指标，根据《爆破安全规程》（GB 6722—2014），按萨道夫斯基公式计算爆破时产生的地表质点峰值振速：

式中：V为地面质点峰值振速，cm/s；Q为炸药量，kg，其中齐发爆破为总药量，延迟爆破为最大一段药量；R为观测（计算）点到爆源的距离，m；k、α分别为与爆破点至计算点间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

结合该项目工程的特点，考虑地方要求及人对振动的敏感程度，振速取值V=1cm/s；该工程围岩为微风化凝灰岩，饱和抗压强度平均值为95.4MPa，属较硬岩～坚硬岩，取k=165、α=1.65。不同距离的振速和最大同段装药量见表1。

表1 不同距离的振速和最大同段装药量

5.2 莲梧区间矿山法爆破施工

莲梧区间工程多处下穿、侧穿居民楼，按照爆点距离建筑物R=30m（区间埋深20m）选取参数，控制单段最大装药量Q≤2.51kg即可满足要求。根据爆破孔网参数，全断面爆破施工中需要每2～3孔起爆，利用数码雷管结合聚能水压爆破精准延时实施控制。

现场Ⅲ级围岩采用全断面电子雷管结合聚能水压爆破精准延时微差爆破，开挖断面面积为41m2，布孔85～90个，循环进尺控制在2.2～2.5m，过程中调整炸药用量及布孔参数，且进行连续振速量测，对爆破效果进行评价分析。具体操作见图3～图6，数码电子雷管结合聚能水压爆破效果评价见表2。

图3 水袋加工

图4 聚能管加工

图5 装药后掌子面情况

图6 拱顶地表爆破振速监测

表2 数码电子雷管结合聚能水压爆破效果评价表

经综合分析，采用数码雷管结合聚能爆破后，炸药用量减少，爆破效果也能够满足要求，减振效果可以达到60%～80%，现场实际钻孔深度为2.2～2.5m，克服常规爆破单循环进尺0.8～1.0m，有效提高了施工功效。现场单循环断面有85～90个孔，数码雷管使用成本增加，在复杂特殊环境下使用时，考虑社会效益及和谐施工，经济上是合理的。

5.3 盐田港、沙头角、深外高中站明挖基坑爆破开挖

两个车站明挖基坑内基岩突起部分均为微风化凝灰岩，总结类似工程经验，结合该工程实际情况，采用浅孔电子数码微差松动爆破技术。爆破钻孔直径不宜选择过大，实际采用的钻孔直径d=42mm，通过控制单孔装药量和数码电子雷管精准延时起爆技术以实现降低爆破振动的综合控制。

试爆参数选取：台阶高度H=1.2～1.5m；最小抵抗线w=1.0m；孔距a=1.2m；排距b=1.0m；孔深L=1.5m；超深h=0.3m；炸药单耗，根据岩石性质取k=0.5kg/m3（试爆参数）；单孔装药量q=kabH=0.5×1.2×1.0×1.2=0.72kg；堵塞长度Ld＞0.7m；布孔方式采用梅花形布孔。

参考不同距离单段最大用量表，考虑基坑深度及围护结构的影响，随着布孔位置与建构筑的距离变化，取R=30m，控制单段最大用量Q≤2.51kg，这样就能满足振速要求，起爆网路在靠近围护结构侧控制最大4孔同段起爆。现场通过调整炸药单耗、孔网参数，实时监测振速情况，及时进行了爆破效果评价。具体操作及效果见图7～图9，数码电子雷管精准延时爆破试验评价见表3。

图7 数码雷管装药连线

图8 30m处爆破振速监测

图9 破碎效果

表3 数码电子雷管精准延时爆破试验评价表

爆破过程中，根据车站基坑围岩分布情况，将50m以外区域作为爆破试验区，分别测得不同距离和不同炸药单耗下的爆破振速值。通过试验区分析，孔间延迟时间控制在4～8ms，炸药单耗控制在0.4～0.45kg/m3，爆破破碎效果最佳，振速控制能够满足要求，一次爆破可以达到800个孔，单次爆破方量可以达到400～600m3，综合功效合理。

6 结束语

应用电子数码雷管结合聚能水压爆破技术，通过精准延时微差控制爆破，能够有效降低爆破振动30%～60%，降低炸药单耗8%～15%，解决越来越突出的社会和谐施工问题。数码电子雷管也存在一些不利因素，如成本高、操作复杂、技术难度大、使用不便捷等，其中单发数码电子雷管近百元的单价是目前数码电子雷管全面推广缓慢的主要原因。但在复杂特殊环境工程中，安全要求十分严格，特别是爆破振动控制苛刻的情况下，使用该项技术不仅可提高功效，从综合经济效益方面考虑也是合理的。