城市地下工程微振爆破工法

城市地下工程微振爆破工法一、前言随着我国经济迅猛发展，城市将更多地向地下空间发展，在人口密集、建筑物林立的城市闹市区进行地下爆破开挖施工亦将越来越多，其中面临的一个首要问题是，如何在不影响地表居民生活、地表建筑物安全的前提下进行地下空间开挖。近几年来，中铁隧道工程局在城市地铁等地下工程施工中，组织科学技术攻关，经过不断总结与提高，形成了一套在城市地下空间进行减振爆破开挖的施工技术，成功地应用于广州地铁一号线杨体暗挖区间开挖、林河村暗挖区间开挖以及公园前站盖挖逆筑段基坑内石方开挖，取得了明显的经济效益和社会效益。其中，杨体区间施工获广东省科技进步一等奖，公园前站施工获铁道部一等奖。经总结，形成本工法。二、工法特点1．将爆破振动控制在要求范围之内，确保地表建筑物的安全。2．低噪音，消除居民的恐惧心理和不适感。3．光面爆破成形好，减少超挖量。4．采用微振爆破开挖，减少对保留围岩的扰动，避免掉块、塌方等。三、适用范围1．城市闹市区中地铁区间开挖，车站基坑开挖。2．重点文物、古迹附近的地下工程修建。3．在已建结构物旁、结构物内进行地下工程开挖，例如隧道扩建、改建等。4．软弱围岩、不良地质的山岭隧道或地下工程爆破开挖。四、施工工艺城市地下工程开挖需要控制爆破振动对地表建筑物的危害，故施工时应尽可能多地采用综合减振措施，降低振动速度，并利用测振仪进行安全振动监测。1．施工工艺流程(见图1)。图1工艺流程2．关键技术。(1)采用分部、分台阶开挖、多次装药爆破技术。(2)采用能最大程度减振的掏槽眼布置形式，合理的毫秒雷管段别进行微差爆破。(3)实施光面爆破。(4)建立一套完整的爆破振动监测系统，进行信息化施工。3．操作要点。(1)爆破开挖顺序(见图2)。将掏槽区尽量靠近断面底部，以增大掏槽爆破时爆源至地表的距离，减轻掏槽爆破对地表建筑物的振动影响，然后对预留光爆层进行光面爆破。掏槽所在区域(Ι区)每炮循环进尺1m左右，中间层(Ⅱ区)每炮循环进尺2m左右，预留光爆层(Ш区)厚1m左右，每炮循环进尺2m左右，掏槽所在区+中间层同时起爆与掏槽所在区+光爆层同时起爆轮流进行。图2爆破开挖施工顺序(2)掏槽爆破。隧道掘进能否减轻爆破振动，关键在于掏槽爆破能否成功。掏槽爆破若失败，爆碴未抛掷出去，80％的爆炸能量将以振动波的形式传播出去，则掘进无进尺，地表振动量大。视围岩的软硬程度采取不同的掏槽形式。、①直眼掏槽。直眼掏槽主要适用于硬岩爆破，掏槽眼布置在正方形1.2m×l.2m范围内，见图3。使用2#岩石乳化炸药，装药参数见表1，均为集中装药。图3直眼掏槽形式表1直眼掏槽装药参数在中心孔四周距中心孔约为0.2m设4个空孔，即内圈空孔，孔深约为1m，必要时可再在距中心孔0.6m的小正方形四周上设置4个空孔，即外圈空孔。掏槽区炮眼首先单独起爆，在掏槽部位出现一个深1m、半径为0.4m的空洞后，再对I区其他炮眼装药起爆。②斜眼掏槽。斜眼掏槽主要适用于软岩爆破，炮眼布置形式与起爆顺序见图4。使用2#岩石乳化炸药，装药参数见表2。图4斜眼掏槽形式表2斜眼掏槽装药参数在中心浅孔之间钻深1.2m左右的垂直空孔。图4的掏槽炮眼先单独起爆，成功后再进行扩槽眼、辅助眼爆破。深1.2m的主斜掏槽眼分层间隔装药：底部装药2.5条，上层装药1.5条，中间用炮泥堵塞，以分散最大单段装药量。(3)光面爆破。对预留光爆层实施光面爆破。爆破参数：眼深1～2.2m，眼间距0.5m，装药集中度0.15～0.19kg／m，眼底集中装药。(4)爆破振动监测。爆破振动监测是本工法的重要组成部分，是检验设计与施工正确与否、控制爆破振动危害的有效手段。监测系统见图5。图5爆破振动监测系统框图①测点布置。研究爆破地震动波传播规律通常是沿爆破区径向或环向布置1条或几条地表测线或1条隧道内测线，径向测点按对数曲线布置，测点应放在同一地层或基础上，每一测点最好能同时测3个方向量。观测爆破振动对建筑物影响的测点则应布置在被测地表建筑物附近的地表、基础或建筑物上。②量测数据的处理。应用公式V=K(Q1／3／R)α及一元回归法对所测得的数据进行回归分析，得到与介质、地形有关的系数K、α，从而可得到质点振速V的衰减规律，然后根据上式、允许最大振动速度、爆心距R，反算出允许的一次起爆药量Q。将得到的振速与安全判据(有关规程所规定的允许振动速度值)相比较，可以判断建筑物、构筑物是否安全。若所测得的振动速度值大于允许值时，则应采取减振措施。五、机械设备及仪器(见表3)表3机械设备及仪器六、劳动组织采用不定时循环作业制，按2班配备的劳动组织见表4。表4按2班配备的劳动组织七、质量标准1．开挖质量标准。(1)硬岩隧道。爆后围岩稳定，无剥落现象，围岩扰动深度小于0.5m，平均线性超挖量小于8cm(最大点超挖量小于15cm)，炮眼利用率90％以上。(2)软岩隧道。爆后围岩稳定，无大的掉块或坍塌，平均线性超挖量小于10cm(最大点超挖量小于20cm)，炮眼利用率达到100％，炮眼痕迹保存率≥50％。2．爆破振动管理基准。本工法采用爆破振动量测数据作为信息化管理目标。《爆破安全规程》(GB6722—86)已对各类建筑物允许振动速度作出规定，见表5。表5建筑物的允许振动速度值由于是在城市闹市区进行地下爆破，本工法规定地表最大振动速度值应限制在3cm／s以下。3．爆破噪声管理标准。爆破噪声管理基准为90dB。八、安全措施除严格遵循《铁路隧道新奥法指南》第十一节和《爆破安全规程》的有关规定外，尚需采取以下安全措施：1．离工作面约50m处挂设用铁丝编排的厚草帘或废旧轮胎片阻波墙。不爆破时卷起，爆破时放下，以阻挡爆破冲击波，减弱噪声。2．竖井口盖上能吸收冲击波、声波的多孔性材料，上面再用铁丝网压住。3．合理安排爆破时间，尽量把爆破安排在爆区附近居民上班时间进行，避免在晚23：00至早晨7：00之间进行爆破作业。4．爆破时在地表用哨声示警，让居民有一个心理准备，不致于被惊吓。5．作好工地围挡工作，布置好警戒。九、效益分析本工法较好地解决了在城市闹市区进行地下工程爆破开挖所带来的振动效应问题，与非减振暗挖法相比，微振爆破避免了对地面建筑物的破坏，直接经济效益在数千万元以上，例如可以减少建筑物的修理费、保险赔偿费等。微振爆破减弱了爆破振动，实测减振率达到了30％～40％。十、工程实例广州市地铁一号线杨箕一体育西路区间隧道全长2380单线m，埋深7.64～17.64m，最大开挖高度为6.48m，最大开挖宽度为6.5m，通过的地层属Ⅲ、V类围岩，隧道开挖过程中几乎集中了所有的技术难题，其中涉及到暗挖通过天河村密集居民区、交通繁忙的中山一路、广州大道3层简支混凝土立交桥等问题。为了确保地面建筑物和地中构筑物的安全，采用了微振爆破暗挖施工技术，成功地将地表振动速度值控制在2.0cm／s左右，为在城市硬岩地层中修建地铁奠定了基础。广州市地铁一号线体育中心站一广州东站区间有一段隧道需从林河村密集居民区民房下方通过，原设计拆迁民房以明挖法通过，后因拆迁费用昂贵，不得已才改为暗挖法通过。林河村暗挖区间隧道埋深特浅，拱顶离地面仅为3.5～7.5m。在微振爆破已在杨体区间成功应用的基础上，经过对开挖顺序、装药结构等调整，进一步采用综合减振措施，成功地将地表振速度值控制在3.0cm／s以下，顺利地通过了地表房屋林立的林河村。实践再次证明，微振钻爆暗挖法在城市闹市区施工是安全、可靠、可行的。广州市地铁一号线公园前车站盖挖逆筑段基坑需在已做好的结构内进行石方微振开挖。由于待爆石方距站台层楼板、钢管柱等结构较近，用普通爆破法势必对已建结构造成损伤。采用微振爆破技术，将顶板、中楼板、钢管柱、连续墙等处的振动速度值控制在5cm／s以内，结构完好无损，安全、顺利地完成了石方开挖任务。新闻来源：《土木建筑-国家级工法汇编》一、前言随着我国经济迅猛发展，城市将更多地向地下空间发展，在人口密集、建筑物林立的城市闹市区进行地下爆破开挖施工亦将越来越多，其中面临的一个首要问题是，如何在不影响地表居民生活、地表建筑物安全的前提下进行地下空间开挖。近几年来，中铁隧道工程局在城市地铁等地下工程施工中，组织科学技术攻关，经过不断总结与提高，形成了一套在城市地下空间进行减振爆破开挖的施工技术，成功地应用于广州地铁一号线杨体暗挖区间开挖、林河村暗挖区间开挖以及公园前站盖挖逆筑段基坑内石方开挖，取得了明显的经济效益和社会效益。其中，杨体区间施工获广东省科技进步一等奖，公园前站施工获铁道部一等奖。经总结，形成本工法。二、工法特点1．将爆破振动控制在要求范围之内，确保地表建筑物的安全。2．低噪音，消除居民的恐惧心理和不适感。3．光面爆破成形好，减少超挖量。4．采用微振爆破开挖，减少对保留围岩的扰动，避免掉块、塌方等。三、适用范围1．城市闹市区中地铁区间开挖，车站基坑开挖。2．重点文物、古迹附近的地下工程修建。3．在已建结构物旁、结构物内进行地下工程开挖，例如隧道扩建、改建等。4．软弱围岩、不良地质的山岭隧道或地下工程爆破开挖。四、施工工艺城市地下工程开挖需要控制爆破振动对地表建筑物的危害，故施工时应尽可能多地采用综合减振措施，降低振动速度，并利用测振仪进行安全振动监测。1．施工工艺流程(见图1)。图1工艺流程2．关键技术。(1)采用分部、分台阶开挖、多次装药爆破技术。(2)采用能最大程度减振的掏槽眼布置形式，合理的毫秒雷管段别进行微差爆破。(3)实施光面爆破。(4)建立一套完整的爆破振动监测系统，进行信息化施工。3．操作要点。(1)爆破开挖顺序(见图2)。将掏槽区尽量靠近断面底部，以增大掏槽爆破时爆源至地表的距离，减轻掏槽爆破对地表建筑物的振动影响，然后对预留光爆层进行光面爆破。掏槽所在区域(Ι区)每炮循环进尺1m左右，中间层(Ⅱ区)每炮循环进尺2m左右，预留光爆层(Ш区)厚1m左右，每炮循环进尺2m左右，掏槽所在区+中间层同时起爆与掏槽所在区+光爆层同时起爆轮流进行。图2爆破开挖施工顺序(2)掏槽爆破。隧道掘进能否减轻爆破振动，关键在于掏槽爆破能否成功。掏槽爆破若失败，爆碴未抛掷出去，80％的爆炸能量将以振动波的形式传播出去，则掘进无进尺，地表振动量大。视围岩的软硬程度采取不同的掏槽形式。、①直眼掏槽。直眼掏槽主要适用于硬岩爆破，掏槽眼布置在正方形1.2m×l.2m范围内，见图3。使用2#岩石乳化炸药，装药参数见表1，均为集中装药。图3直眼掏槽形式表1直眼掏槽装药参数在中心孔四周距中心孔约为0.2m设4个空孔，即内圈空孔，孔深约为1m，必要时可再在距中心孔0.6m的小正方形四周上设置4个空孔，即外圈空孔。掏槽区炮眼首先单独起爆，在掏槽部位出现一个深1m、半径为0.4m的空洞后，再对I区其他炮眼装药起爆。②斜眼掏槽。斜眼掏槽主要适用于软岩爆破，炮眼布置形式与起爆顺序见图4。使用2#岩石乳化炸药，装药参数见表2。图4斜眼掏槽形式表2斜眼掏槽装药参数在中心浅孔之间钻深1.2m左右的垂直空孔。图4的掏槽炮眼先单独起爆，成功后再进行扩槽眼、辅助眼爆破。深1.2m的主斜掏槽眼分层间隔装药：底部装药2.5条，上层装药1.5条，中间用炮泥堵塞，以分散最大单段装药量。(3)光面爆破。对预留光爆层实施光面爆破。爆破参数：眼深1～2.2m，眼间距0.5m，装药集中度0.15～0.19kg／m，眼底集中装药。(4)爆破振动监测。爆破振动监测是本工法的重要组成部分，是检验设计与施工正确与否、控制爆破振动危害的有效手段。监测系统见图5。图5爆破振动监测系统框图①测点布置。研究爆破地震动波传播规律通常是沿爆破区径向或环向布置1条或几条地表测线或1条隧道内测线，径向测点按对数曲线布置，测点应放在同一地层或基础上，每一测点最好能同时测3个方向量。观测爆破振动对建筑物影响的测点则应布置在被测地表建筑物附近的地表、基础或建筑物上。②量测数据的处理。应用公式V=K(Q1／3／R)α及一元回归法对所测得的数据进行回归分析，得到与介质、地形有关的系数K、α，从而可得到质点振速V的衰减规律，然后根据上式、允许最大振动速度、爆心距R，反算出