地铁明挖基坑工程爆破施工技术控制措施

屈振岩

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

基坑工程是集地质工程、岩土工程、结构工程和岩土测试技术于一身的系统工程，其设计和施工成为岩土工程学科的主要研究课题之一。对深基坑爆破开挖的研究一直受到国内外不少学者的青睐，学者在岩石爆破机理及岩石爆破振动对邻近建筑物所产生的影响方面进行大量的研究。

1 工程概况

思源站为13.5 m 站台双层岛式车站、箱型框架结构。车站主体结构总长为199.8 m，宽度22.2 m，基坑深约18 m，采用明挖法施工。车站主体结构基坑分两期施工，待一期施工回填完毕后恢复道路路面及交通，再进行第二期及附属施工，两期施工分界处设置隔离桩。

2 水文地质情况

思源站施工场地地下水以其含水介质可分为松散层孔隙水和基岩裂隙水两类。基坑水量总体较小。施工范围内地层主要为第四系全新统（Q4）和侏罗系中统沙溪庙组（J2S）沉积岩组成。

3 施工技术

3.1 工艺原理

通过孔位的布置、孔深等参数调节爆破的作用效果，将排间毫秒延期与孔间毫秒延期相结合，利用单段、多段炸药的时间差，分时对炸药起爆进行设置，使炮孔与炮孔之间、炸药与炸药之间相互作用、相互制约从而达到爆破效果的控制作用[1]。分时间、隔时间的选择主要与岩石性质、抵抗线、孔位布置、减振目标做为计算依据，通过现场实践，根据孔位的布置顺序，通常炸药起爆分时时间间隔控制在25～500 ms，既能够达到预期爆破效果，又能有效控制飞石、振动和后冲作用。分时爆破工作原理如图1 所示。

3.2 施工方法

3.2.1 施工准备

钻眼前，测量人员按爆破设计进行布孔，标出炮眼位置，其误差不得超过5 cm。

3.2.2 钻孔

结合现场环境，孔位按照梅花型布置，间距控制在1～1.5 m。倾斜钻孔时严格控制角度，钻孔倾斜度不大于15°，确保钻孔质量、数量满足设计计算要求。台阶及炮孔布置如图2 所示。

图2 台阶及炮孔布置

3.2.3 质量检查

（1）按照炮眼布置图正确钻孔。

（2）炮眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5 cm。

（3）当开挖面凹凸面较大时，应按实际情况，调整炮眼深度，使所有炮眼眼底在同一垂直面上。

（4）钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查，并做好记录，有不符要求的炮眼须重新钻，经检查合格后，才能装药起爆[2]。

3.2.4 清洗炮孔

装药前，采用小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑清理干净，确保孔道畅通能顺利装药。

3.2.5 装药

在确认炮孔清洗完成并验收合格后，方可进行装药工作。采用两种装药结构形式，基坑边坡炮眼采用间隔装药形式，基坑内部炮眼采用连续装药形式。装药结构如图3 所示。

图3 装药结构

连续装药结构药包每孔药包安放完成后，再用木质炮棍轻轻压紧。间隔装药结构药包，用导爆索间隔的把药卷加工成药串。装药完成后进行炮孔堵塞，使炸药在受约束条件下充分爆炸，堵塞长度不得小于炮眼深度的1/3。堵塞材料首先采用炮泥（砂∶黏土∶水=3∶1∶1），堵塞密实。

3.2.6 线路连接

采用毫秒延期逐孔顺序起爆，各段位分时间隔间隔参数见表1。

表1 各段位时间间隔参数

爆破段位分配、孔位连线及爆破延时如图4 所示。

图4 爆破段位分配、孔位连线爆破延时示意

3.2.7 线路建成

将整个起爆网络中每4～5 个起爆孔分为一组，将每组的导爆雷管与地表传爆管雷管采用电工胶带反向捆扎联接，最后将地表传爆雷管与具有良好绝缘性和柔软性的铜芯母线连接。

3.2.8 爆破

（1）爆破时严格执行预警、起爆、解除三种统一信号，确保警戒区域内无人员、机械设备。

（2）采用TC-4850 爆破振动测试仪进行监测，起爆前安装在需周边需保护建构筑物上，爆破完成后直接在一期上读取X方向、Y 方向、Z 方向振速读数并准确记录。

（3）爆破过程中，每个炮孔的起爆都相对独立，每个炮孔的临空面增多，夹制作用减小，破碎效果好。

3.2.9 效果评价

爆破结束后，对该次爆破效果进行评价，主要从爆破振速、断面超欠挖情况、爆破飞石情况、爆渣大块率、爆堆是否集中，认真总结分析原因，有针对性的对爆破参数进行优化调整，使爆破达到最优效果[3]。

3.2.10 爆破参数修正

（1）爆破振速增大或超限，可采取减小装药量、增加分段、减小最大单次齐爆量等措施。

（2）断面超欠挖，可采取调整孔深、孔间距、增加欠挖或减小超挖部位的装药量。

（3）爆破飞石较多，可采取减小装药量、调整爆破最小抵抗线距离、炮被压载等措施。

3.3 主要参数

爆破孔位的位置、方向和深度等参数都直接影响爆破效果。基坑爆破在露天土岩的台阶上进行，工作面以台阶形式推进，每隔台阶至少有两个自由面。在台阶水平面进行钻孔、装药、堵塞及起爆。爆破时岩石沿倾斜的自由面的方向剥落，形成新的倾斜自由面。

关于装药中心到自由面的最短距离，底盘抵抗线W 底表示炮孔底中心支台阶底部坡脚的距离，为了降低装药结构高度，钻孔时需要超钻△h。爆破参数应根据施工现场的具体条件，通过现场试验修正，取得最佳参数值。其中单位炸药消耗量根据岩体坚固系数可参照表2 来选择确定。

表2 爆破炸药单耗量

另外，单孔装药量通常采用以装药长度控制和装药体积控制两种方法，分时爆破控制采用体积计算方法。单排单孔炸药量

可如式（1）所示：

式（1）中，q 为单自由面爆破炸药单耗，单位kg/m3；V 为单个炮孔爆下的岩石体积，单位m3；e 为能量换算系数，根据常用炸药换算系数表查得，取1.0。

3.4 排间毫秒延期起爆时间间隔

间隔时间主要与岩石性质、抵抗线、岩体移动速度以及对破碎效果和减振要求等因素有关。地铁基坑规则爆破时，毫秒延期间隔时间为25～500 ms。

3.5 监控量测

基坑控制爆破实施过程中，加强基坑监控量测。在基坑常规监测的项目基础上增设爆破振动监测。监测变化速率平均值见表3。

表3 监测控制

4 结语

对工程在实际爆破开挖时基坑邻近市政管线、构建筑物的爆破振速开展现场试验、监测。将数值计算结果与实测振动数据的对比分析，初步获得的地表振动参数的数值、炮孔直径、炮孔深度、炮孔间距和排距以及装药量等基本设计参数，爆破参数及施工方法可为类似工程提供宝贵经验。