基坑开挖小台阶松动爆破技术实践

郝健 吴克刚 付高阳

摘要：基于某建筑工程基坑爆破开挖实践，围绕提高开挖效率、降低成本消耗、确保围岩安全的目标，在基坑开挖小台阶松动爆破中，通过因地制宜布设掏槽孔、先期掏槽创造自由面、合理设计孔网参数、优化爆破施工工艺、实施光面控制爆破等措施，有效加快开挖施工进度，节约施工成本，控制爆后石渣块度，形成较好的开挖成果面，确保了支护结构和围岩安全稳定。

关键词：基坑； 开挖； 台阶； 松动爆破

中图分类号：TU751.9文献标志码：B

0引言

建筑物基坑爆破開挖一般自上而下分层推进，普遍具有自由面少、夹制作用大、场地狭窄等特点，施工开挖方式、钻爆顺序、石渣块度、成果面平整度等对施工进度具有十分重要的影响。爆破开挖不仅要重视工程经济效益，还要保证基坑围岩的稳定，控制爆炸应力波对围岩的损伤和破坏，避免爆破对支护结构和持力层产生影响。应当根据爆破开挖工程实际，基于价值工程的理念，运用科学精细的爆破技术，合理确定开挖工序，优化爆破工艺，较好地兼顾工程经济效益和社会效益。本文基于某建筑工程基坑爆破开挖实践，探讨了基坑开挖小台阶松动爆破中若干施工工序、工艺问题，在工程应用中取得了较好的效果，可为相关类似工程提供有益的借鉴参考。

1工程概况

某建筑工程基坑开挖东西向长度为210 m、南北向宽度20.7 m、深度约12 m。地层为中等风化砾岩，紫红色碎屑结构，中厚层状构造，泥质、钙质胶结，岩屑成分主要为硅质或灰质，砾径3.00～30.00 mm。岩石坚固系数f为4～6。基坑施工区域位于城镇郊区，四周空旷，无建筑物、高压线、市政管线等制约因素，爆破有害效应的控制条件相对宽松。

2爆破设计方案

根据施工设备和现场条件，为确保在规定的工期内完成爆破开挖，计划分6个台阶自上而下分层爆破，台阶开挖深度约2.2 m，每层台阶先从东侧掏槽形成自由面，由东向西多排孔爆破推进，工作面全部形成后每天爆破工程量约1 500 m3。采用浅孔宽孔距松动爆破施工，临近坑壁采用光面爆破技术，周边预留1.0 m光爆层，光爆孔距离基坑维护桩0.2 m左右，在主爆孔之后延时起爆。为使基础岩层平整，基底预留0.5 m左右的岩层厚度，采用人工和机械相结合的方法进行破碎。主体采用90 mm潜孔钻机，掏槽孔、光爆孔采用40 mm风钻，钻孔利用内燃12 m3/min空压机供风。采用防水乳化炸药装药，通过非电导爆管延期起爆技术进行微差松动爆破。

2.1掏槽孔爆破设计参数

为了创造更好的爆破开挖自由面条件，减少主爆孔爆破开挖时的夹制作用，提高爆破开挖效率，有效保护基坑周边支护结构，确保围岩完整性不受爆破影响，每层台阶先从东侧掏槽，开挖一条南北长度为20.7 m、东西宽度约为2 m、深度为2.2 m的沟槽，实施一次成型掏槽爆破，掏槽孔既要先于主爆孔爆破形成预期自由面，又要保证基坑东侧坑壁和围护结构的安全。沟槽爆破临空面少、夹制作用特别明显，需适当减小孔排距，增加炸药单耗。临近基坑壁自东向西依次布置1排垂直的周边孔、1排垂直的掏槽孔、3排倾斜的掏槽孔，倾斜掏槽孔和垂直掏槽孔孔底交叉。主要爆破参数为：

（1）钻孔方向θ：周边孔，θ=90°，中间孔θ=72°（孔斜约为3∶1）。

（2）钻孔直径D/mm：D=40。

（3）炮孔深度L/m： L=2.2。

（4）炮孔超深△H/m：△H=0.4。

（5）基坑周边孔孔距a1/m：a1=0.4。

（6）基坑周边孔排距b1/m：b1=0.4。

（7）中间孔孔距a2/m：a2=0.6。

（8）中间孔排距b2/m：b2=0.6。

（9）炸药单耗K/kg/m3： K=0.8。

（10）中间孔单孔装药量Q1/kg：Q1=Ka2b2（L+△H）=0.75。

（11）周边孔单孔装药量Q2/kg：Q2=Ka1a1（L+△H）=0.33。

2.2主爆孔爆破设计参数

在基坑一侧掏槽爆破形成新的自由面后，基坑开挖主爆孔由东向西依次布置，主爆孔爆破参数主要按台阶松动爆破考虑，着眼便于钻孔、便于装填、便于连网、便于装运，尽量缩短工期，减少消耗，提高效率，科学确定爆破开挖设计方案，主要孔网参数见表1。

2.3光爆孔爆破设计参数

光面爆破在基坑开挖中应用的目的是减少超欠挖，减小对基坑四周支护结构和岩体的影响，有利于围岩和边坡稳定，使开挖成果面平整美观，减少后期修整和支护工程量。临近坑壁部位采用光面爆破参数为：

（1）钻孔直径D/mm：D=40；

（2）光爆层厚度E/m：E=1.0，主爆孔先爆后预留；

（3）炮孔深度L/m： L=2.2；

（4）炮孔超深△H/m：△H=0.3；

（5）最小抵抗线W1/m：W1=（15～25）D，取0.85；

（6）孔距a1/m：a1=（0.6～0.8）W1，取0.6；

（7）炸药单耗K1/（kg/m3）：根据岩性取0.25；

（8）线装药密度q1/（kg/m）： q1=K1a1W1=0.13；

（9）单孔装药量Q1/kg： Q1=q1L=0.32。

装药量根据维护桩距离、爆破效果和实测震动数据适当修正调整。

2.4装药结构

掏槽爆破中间孔、周边孔均采用中间间隔分段装药，底部线装药密度约 0.9 kg/m，中上部线装药密度约0.6 kg/m，炮孔填塞长度约0.8 m。主爆孔采用分段装药，孔底部装药量应适当加大，顶部装药量适当减弱，填塞长度约0.7 m。光爆破孔内采用不耦合装药，将药卷与导爆索绑在一起再绑在竹片上，形成药串，有竹片的一侧靠在保留区的一侧，药串到位后，用纸团、编织袋等松软的物质盖在药柱上，然后用砂、岩屑等松软材料逐层填塞捣实，填塞长度约0.7 m。底部线装药密度大于中间部分线装药密度，中间部分线装药密度大于顶部线装药密度。

岩土工程与地下工程郝健， 吴克刚， 付高阳： 基坑开挖小台阶松动爆破技术实践

2.5起爆网络

掏槽孔采用塑料导爆管起爆网路，每层开挖的掏槽孔单独连网一次起爆后，根据掏槽爆破情况布置主爆孔和周边孔。主爆孔和光爆孔均采用塑料导爆管接力式孔外毫秒延期起爆网路，主爆孔先于光爆孔起爆。接力式起爆网路中所有的传爆雷管均采用毫秒延期雷管进行微差延时，炮孔内采用相同瞬发雷管作为起爆元件。采用微差起爆技术的关键是确定合理的起爆间隔时间，使先爆炮孔刚好形成爆破漏斗，且爆岩已明显脱离岩体，形成0.8～1 cm的贯穿裂缝，此时后一组炮孔立即起爆，利用新自由面以达到反射拉伸波破碎的效果。根据所用毫秒延期导爆管雷管段别的实际情况以及类似工程实践经验，起爆间隔时间一般取25～75 ms，本工程间隔时间取50 ms。

3爆破开挖效果

掏槽孔爆破后按预定方案形成开挖自由面，基坑周边围护结构和围岩未受到破坏，为主爆孔起爆创造了很好的条件。主爆孔起爆后基本无根底残留，爆破石渣块度在0.6 m3至1.2 m3之间，便于机械装运。光爆孔在基坑周边形成较为平整的坑壁，有效控制了超欠挖量，减少了后续施工工程量。

4结论建议

（1）基坑开挖小台阶松动爆破实践中，先期实施沟槽爆破，合理设计掏槽爆破孔网参数，预先起爆掏槽孔，既有效掏槽又不破坏支护结构和围岩，能够为后续爆破开挖创造自由面，达到较好的爆破效果，提高施工效益。

（2）实施小台阶分层爆破开挖过程中，主爆孔的爆破参数应根据工程地质条件，在小范围试爆的基础上不断改进优化炸药单耗、孔网布置、装药结构、起爆顺序等参数，能够有效提高开挖效率，消除根坎，控制渣堆块度，便于机械挖运。

（3）在临近基坑壁位置预留光爆层，按照光面爆破的技术要求实施控制爆破，能够较好地控制超欠挖量，保护支护结构和基坑围岩，利于施工安全、节约后续投入。

参考文献

［1］汪旭光.爆破设计与施工［M］.北京：冶金工业出版社，2011.

［2］汪旭光.爆破手册［M］.北京：冶金工业出版社，2010.10.

［3］席正明，吴春蓉.爆破作业［M］.成都： 四川大學出版社，2016.11.

［作者简介］郝健（1975—），男，硕士，高级工程师，从事土木工程建设、施工及管理工作。