城市密集建筑群明挖车站钻爆施工设计研究

杨宏伟

摘 要：本文以某地铁车站工程为例，深入探讨城市密集建筑群明挖车站钻爆施工设计。结合具体施工成果可以发现，设计能够较好保护周边建筑物。

关键词：地铁明挖车站;城市密集建筑群;钻爆施工设计

中图分类号：U231.3;TU312 文献标识码：A

0 引言

在石料开挖过程中，爆破法属于造价最低的施工方法，但该方法在城市密集建筑群附近的应用存在较高难度，这对地铁明挖車站钻爆施工设计提出较高挑战。为较好应对这种挑战，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1 工程概况

为提升研究的实践价值，以某地铁车站工程作为研究对象，工程主体围护结构采用钻孔桩+预应力锚索+岩石锚杆的形式，案例站段标准断面宽、长度分别为26.0 m、284.0 m，基坑深22.0 m。距离车站基坑右侧15 m为居民楼、商住楼，距离车站基坑左侧20 m为交通较为繁忙的市政道路。车站场区地形较为滨海堆积区，地形平坦，地势较低，地面高程4.40～6.60 m，第四系厚度1.6～4.9 m，主要为第四系全新统人工填土层、海相沼泽化层含淤泥中、粗砂、含有机质粉质黏土层。基岩主要为中生代燕山晚期花岗岩，局部煌斑岩呈脉状侵入，受构造作用的影响，本场区范围内局部发育碎裂岩及节理密集带。

2 城市密集建筑群明挖车站钻爆施工设计

2.1 明挖法施工设计

在案例工程深基坑施工过程中，需保证存在满足施工要求的实际降水量，地面处理质量也需要严格控制，同时需要做好对管线及建筑物的保护。在开挖案例工程基坑前需要进行施工降水，地下水位监测需要在开挖过程中严格开展，对于基坑开挖过程中暴露出的渗漏等问题要及时处理。结合基坑多层支护特点，案例工程采用纵向分段横向分层开挖设计，以15～20 m为分段长度，低于设计锚索腰梁支架50 cm的位置为分层高度。案例工程深基坑的开挖难度较高，具体的接力挖掘由挖掘机负责，辅以独特防塌技术和一定人工开挖作业，按照20 cm长度提前预留。

2.2 爆破方法选择

在城市密集建筑群明挖车站钻爆施工设计实践中，需开展安全振动速度测量，施工线和建筑物的位置关系属于测量重点，建筑物的高度和年代、地基类型、地基深度、结构设计、施工质量等均需要得到充分考虑。结合计算结果，可确定建筑结构抗震性能，同时可完成爆破安全振动速度的科学选择，该值过大会导致明挖车站钻爆施工对周边建筑物造成严重破坏，过小则会限制爆破技术发挥，这不仅会带来严重浪费，施工进度也会同时受到制约。结合爆破安全规程，需结合不同建筑物存在的安全允许振动速率规定，最终确定周边建筑物的安全振动速率，为具体设计提供依据。站场石方爆破方法选择需要完成各段最大药量确定，计算公式如式（1）所示，式中的R、Q、V、k、分别为建筑物与爆破中心距离、分段起爆最大药量、被保护建筑物允许质点振动速度、与地形等因素有关系数、爆破地震随距离衰减系数，其中取1.6，v取1 cm/s，k取180。

结合案例工程实际，站场石方爆破从坑底向下进行，具体选择浅孔小台阶爆破方法，从站场的一端到另一端完成爆破施工，站场四周需要设置减震孔，直径为35～65 mm，孔间距需要控制在25 cm内。在爆破参数的设计中，预裂爆破孔径、药柱直径、药柱孔径分别设置为42 mm、0.3～0.5 m、25 mm，药柱孔深、药量分别设置为1.0～3.0 m、0.6 kg。为实现对爆破振动速度的控制，设计选择同时在孔内、孔外起爆的方法，同截面同起爆段结合各部分到结构间允许振动速度确定最大装药量。基于100 m3的一次爆破规模，同一区段设置孔数在2个以上，基于要求，选择单孔单段、高孔、低孔户外雷管。低段、高段分别设置有预裂孔3个、6个，其中1个低段预裂孔与外排孔相连接，施工过程需首先完成爆破预裂，之后的依次爆破需要从大到小进行。

2.3 飞石控制措施

城市密集建筑群明挖车站钻爆施工需要考虑飞石控制措施选择，这是由于案例地铁车站工程附近存在道路和商住楼，为保证施工安全，需要对台阶标高进行检查，同时明确凹陷、裂缝、充填空隙等软弱区。需要确认挖掘机质量，并在基坑支护梁施工环节埋设对车分布的加强环，每28 m埋设28个，用钢丝绳（8 mm）固定，满足爆破施工需要。露天爆破会导致个别岩块飞散，这可能对周边建筑物、人员、设施设备造成严重威胁和破坏，个别飞石的飞散距离直接受到爆破方法、地质构造、地形、堵塞长度、孔网参数、堵塞质量等因素影响，按照同类工程经验，一般飞石距离为15倍炮孔直径。如案例工程浅孔爆破存在60 m的飞石距离，具体可选择以下几方面飞石控制措施：第一，合理设计。严格开展炮孔的测量验收，规避单耗失控问题，同时保证炮孔不朝向居民区;第二，科学应对软弱带、断层、张开裂隙。各药包的抵抗线需要在装药前进行细致核对，相应变化出现时需要对装药量进行修正，超量装药情况不得出现;第三，严把堵塞质量。需保证填塞密实和填塞长度满足设计要求;第四，人员分流引导。在明挖车站钻爆施工开始前，需做好周边人员分流引导并设置隔离措施，具体施工过程需要强化周边警戒力度;第五，全覆盖防护。施爆部位需要在爆破环节开展全覆盖防护，通过沙袋压孔，铁丝网覆盖于沙袋上，再将沙袋设置于铁丝网上，以此有效控制飞石。

2.4 爆炸减震措施

案例地铁车站工程施工设计选择预裂爆破减震技术，在开挖基岩的过程中需要完成等高线设计。在爆破基岩前，需要爆破处理主爆区，得到一定宽度贯通缝，以使开挖爆破带来的振动波能够由此反射和缓冲，挡土桩及保留岩体破坏也能够得到控制，同时需结合爆破深度在隔离带上钻出大量深孔，这些孔能够吸收和消耗传播到这个区域的爆炸性振动波大部分振动能量，隔离区后面区域受到的振动能够大幅降低。案例工程中部分爆破区距离建筑物较近，处于静态破碎状态的某些危险区域需要得到重视，如存在超标的检测结果，施工需选用静压破碎方式，保证周边建筑安全，保证周边环境受到的影响处于可控范围。防护设施与防爆区域间需要设置防震孔，间距需小于25 cm，直径控制在35～65 mm区间，选择单列或双列设计，这设计存在30%～50%的减振效果。设计还需要划分大爆破区为小爆破区，这对地震作用减少和爆破质量控制均能够发挥积极作用，在对爆破总量和爆破量的控制过程中，通过划分若干小分区开展爆破施工，同时爆破间隔控制为500～750 ms，地震影响能够进一步降低。城市密集建筑群明挖车站钻爆施工设计需要严格遵循《爆破安全规程》（GB6722—2014）要求，以此为依据针对性计算爆破地震波震动速度，即：

式（2）中的R、分别为被保护物与爆破点间的最近距离、与爆破点地质地形条件相关的指数，Q、K分别为最大单段爆破药量、与爆破点地质地形条件相关的系数，其中K、取值分别为180、1.6。振動测试也需要在试爆过程中开展，以此对K、取值进行修正，更好为城市密集建筑群明挖车站钻爆施工提供指导。考虑到案例地铁车站爆破作业存在较广作业地点且耗时较长，为保证周边建筑物安全，安全校核中爆破震动速度设定为1 cm/s，可得到表1所示的不同距离允许的最大起爆药量或同时起爆药量。

需严格遵循表1所示起爆药量开展爆破作业，在临近在建电线、通讯管沟、临时板房、建筑物的爆破作业中，爆破台阶高度需要适当降低，单孔装药量可同时通过分层开挖降低，必要时起爆可选择单孔单响方法，以此在安全范围内控制单响药量，具体的施工指导需要得到震动监测支持，保证城市密集建筑群明挖车站钻爆施工安全。施工设计使用微差爆破，存在较小的炸药单耗，由于需要开展露天爆破，为保证施工安全，需选择以下方法控制冲击波危害：第一，不得裸露爆破。施工过程不应存在过长的一次爆破炮孔间延时，避免后排变为裸露爆破的情况出现;第二，堵塞质量控制。第一排孔的堵塞质量需要严格控制，如较大后冲在工作面出现，堵塞长度需要得到保证，使用钻孔产生的岩屑对水炮孔进行堵塞，不得使用黄泥堵塞，避免堵塞不密实问题出现;第三，地质异常处理。对于张开裂隙、断层等地质异常处理，选择间隔堵塞方式，同时需保证过量装药不在大裂隙处出现。

2.5 设计成果

案例地铁车站明挖施工设计选择孔内外预裂延迟设计，使用三维爆破网，以2.16 kg控制单管最大起爆药量，保证存在20 m内的飞石安全距离。结合具体施工监测结果可以确定，施工过程存在0.91 cm/s的最大爆破振动峰值速度的，低于允许标准，存在35%以上的爆炸产生地震强度衰减率，通过将保护对象和主爆爆区通过预裂爆破形成的预裂分开，周边建筑物得到较好保护。在具体施工过程中，需要做好施工质量验收、参数随时调整、爆破前的宣传等工作，保证微差控制爆破优势充分发挥。

3 结论

综上所述，城市密集建筑群明挖车站钻爆施工设计需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的明挖法施工设计、爆破方法选择、飞石控制措施、爆炸减震措施等内容，则提供了可行性较高的设计路径。为更好开展明挖车站钻爆施工设计，爆破振动速度必须在设计中得到严格控制，新型爆破技术的积极应用也需要引起关注。

参考文献：

[1]冯小冬.地铁钻爆法施工对邻近建筑物的振动响应预测[J].地下空间与工程学报，2021（2）：580-589.

[2]贾海鹏，刘殿书，方真刚.地铁隧道钻爆法施工中敏感区间及安全药量确定[J].北京理工大学学报，2021（1）：23-29.