城市复杂环境下地铁车站明挖深基坑的控制爆破

1城市复杂环境下地铁车站明挖深基坑的控制爆破摘要：文章针对徐州市城市轨道1号线一期工程振兴路站深基坑开挖，属复杂环境下的石方控制爆破，通过控制爆破方案的选定，爆破参数的设计及相应控制措施等，保证了工程的顺利进行，确保施工质量及施工安全。关键词：地铁明挖车站深基坑；复杂环境；控制爆破1工程概况及周边环境1．1工程概况振兴路站位于振兴大道与珠山路交叉口附近，东西向布置于珠山路下，设计为地下二层岛式站台车站，全长194.0m，标准段外包宽度为19.5m，车站地面共设5个出入口（含1个预留口）和2组风亭。主体结构埋深约为原地面下13～20m，地势为西高东低，最大高差6.7m，总开挖方量为135627m³，采用放坡开挖，明挖顺做法施工。1．2地形地貌及地质情况场地地貌单元为剥蚀-溶蚀丘陵地貌，覆盖层为杂填土，厚度为0～5.4m，下伏基岩为寒武系灰岩，岩土层种类单一，但寒武系灰岩属于可熔岩地层，局部地段岩溶发育，基坑侧壁浅部岩土层为杂填土，其下为强风化寒武系灰岩、中等风化寒武系灰岩，基坑底部为中等风化灰岩，另外站西侧处地勘揭露为断层角砾岩，岩体较破碎、裂隙发育、易透水。1．3周边环境该工程正穿振兴大道，沿道路两侧分布有地下管线，主要分布有燃气管、排水管、电力管线、热力管、污水管及部分贯穿振兴大道的电信管道，埋深范围处于0.25～2.8m深度区域，管线改迁通过架空和地埋方式。西南侧紧临民房，最近处约144m，东北侧为新建工程施工现场驻地，最近处约40m，需采取防护措施及减振监测。车站北侧为振兴大道与中央大道交汇，交通繁忙，尤其通往高铁站的车流量较大，高铁站距离振兴路站约1200米。车站地表500m范围内分布有大量建（构）筑物。22爆破作业方案选择2．1方案确定通过现场实地详细勘察分析，结合场地条件，本工程决定采取顺次台阶法逐级放坡开挖爆破作业。（1）针对本车站工程地处城区复杂环境的特点，爆破作业采用减弱松动控制爆破方案。（2）为确保基坑取得良好的开挖轮廓效果，沿基坑面开挖线均匀布置预裂（光爆）孔实施预裂（光面）爆破。（3）对于一次开挖台阶高度小于3m的部位采用浅眼控制爆破；台阶高度大于4m的部位采用深孔控制爆破；小断面及小口径的井口部位开挖采用浅眼控制爆破。（4）为获得较好的破碎及松散爆破效果，采用宽孔距、短排距的布孔方式实施微差爆破。根据不同地质状况、挖深及自由面状况采用调节炸药单耗以保证爆破效果。（5）车站西侧断层角砾岩，岩体较破碎、裂隙发育地段开挖以大功率挖掘机硬挖及液压冲击镐解碎为主，辅以浅眼控制爆破方法开挖。（6）岩溶地段为确保安全及爆破效果，对成孔及装药采取特殊处理措施及必要的保护措施。2．2技术难点3（1）因周围环境复杂，必须严格控制爆破振动、飞石、空气冲击波、噪音、有毒气体等爆破危害，对紧临建（构）筑物、地下管网等采取必要的防护措施。（2）为防止过度爆破导致边坡坍塌、超欠挖严重，对边坡部位必须实施预裂（光面）爆破以保证开挖质量，爆破块度适中，以满足PC220挖掘机装车为准。（3）总开挖工期控制在6个月。3爆破设计与爆破参数3．1台阶要素的建立针对周边环境复杂的特点，基坑爆破自由面受限的约束条件，为获得较好的爆破控制条件，首次爆破选择东端开挖切口形成台阶自由面后再逐次循环台阶法深孔爆破，保证爆破飞石抛掷方向背离重要建（构）筑物方向,切口布孔爆破方案见下图：3．2深孔爆破参数选择（1）钻孔直径和钻孔角度4依据钻机性能、台阶高度、地质条件深孔爆破施工钻孔采用孔径为Φ90mm、最大钻进深度为30m的履带式潜孔钻机。考虑到开挖成型条件及爆区地形条件,采取倾斜钻孔,斜率为1：0.3,钻孔倾角即为改造自由面的体面倾角α=73°。（2）台阶高度该施工段内表层土履盖厚度不一,爆区地形起伏较大，挖深差异性大。综合考虑基坑坡面坡率的设计，初步考虑分两个台阶开挖,台阶高度4～8m。（3）炸药单耗、超钻深度、孔深及计算抵抗线取调节炸药单耗q=0.30～0.45Kg/m3，为了减少对周边环境的影响，提高作业工效，该深孔爆破选用成型的药筒Φ70mm乳化炸药直接装入炮孔，采取微差网络控制单响药量的爆破作业形式。超钻深度△h本施工段内岩石解理裂隙发育，△h=0.7m。倾斜钻孔孔深h：h=H/sinα+Δh=H/sinα+0.7最小抵抗线W：W=(25～40)d取W=b*sin（arctan1/0.3）底盘抵抗线Wb：qmpW/9.0b（4）孔网参数孔距确定：α=(0.8～1.2)W，取α=4.0m；排距确定：b=(0.8～1.0)α，取b=3.0m。3．3浅眼爆破参数选择（1）孔径D浅：D浅＜50mm，取孔径D浅为42mm；（2）孔深L浅：L浅≤3.0m；（3）间距a浅：a浅=（0.8～1.2）W，取为1.0～1.5m；（4）排距b浅：b浅=(0.8～1.0)a浅，取为1.0～1.5m；（5）堵塞长度L2浅：L2浅=(1/2～1/3)L浅；（6）单耗q浅：根据施工现场岩石的硬度情况，一般取q浅=0.25～0.5kg/m3，本工程取q浅=0.25～0.3kg/m3；3．4预裂（光面）爆破参数选择（1）孔径：D预＞50mm，实际取D预=90mm；（2）孔深L预：L预根据边坡对应钻孔点的开挖坡面长度选取；（3）超深h预：h预=0.5～1.0m；5（4）炮孔倾角α预：α预，沿设计边坡坡面布孔，α预=73°；（5）最小抵抗线(光爆保护层厚度)Wmin：Wmin=(10～20)d，取Wmin=1.8m；（6）孔间距a预：a预=(0.6～0.8)Wmin，取a预=1.2m；（7）线装药密度qx：qx=0.75kg/m；3．5起爆网路设计为了减少爆破有害效应，提高爆破岩石破碎的质量，提高装载效率，深孔爆破主要采用：孔内微差复式起爆网路，孔内、外微差复式起爆网路及逐孔微差复式起爆网路的系统大“V”型微差爆破技术。具体的起爆时间间隔、起爆顺序及微差效果设计如下：（1）起爆间隔时间的选择根据经验公式：Wt△毫秒延期雷管分段最小微差间隔为25ms，但根据经验微差间隔时间不能小于50ms，才能避免引起震动叠加，减少爆破地震的危害。因此本次深孔爆破网路的起爆间隔时间选定为50ms。（2）起爆顺序本工程需严格控制单响药量以及爆破飞石以保证安全作业，结合现场可提供的雷管段别及节约成本的考虑，采取类似“雁行列”逐孔起爆技术，按照孔内统一高段S1.孔外孔间低段（ms1、ms3、。。。ms11），排间高段ms13的结构模式实施非电微差爆破，网络结构示意图见下图：63．6单响药量的控制采用非电力起爆网络，网路按照斜对称起爆顺序进行连接。各爆区根据周边环境的不同，单次引爆相应的炮孔数量及最大炸药量。单响最大药量可根据下式计算：33)(KVRQ车站处需重点保护的是西南侧144米处的民房，将R=144、V=2代入以上公式计算得到Q单=882.42kg，网络联接时分段毫秒延期雷管单段带动的药量控制在882.42kg以内；采用逐孔起爆技术，最大单响药量控制在20kg左右，远小于计算允许最大单响药量，不会对保护对象产生振动破坏。为获得准确的K、a值，工地现场实际振动检测，通过回归分析修正K、a值。3．7装药及堵塞装药施工时，应首先核对孔深，再核对每孔的药量及炸药品种，然后清理孔口附近的浮渣、石块。打开孔口做好装药准备后，要再次核对雷管段别，才可进行装药。对于孔深小于8m的炮孔，采用连续装药，即将所需的炸药均装在炮孔底部。对于孔深大于8m的炮孔，采取上、下层间隔装药，炮孔底部装计算药量的2/3，之后，用堵塞介质隔开，再装其余的1/3。堵塞长度L2按下式确定：L2=(20～40)d深孔防飞石爆破取L2≥1.2w，w为最小抵抗线，为获得更好的飞石控制爆破“雁行列”模式导爆管雷管网络结构示意图7效果，取L2=3～3.5m。各炮孔的堵塞长度可根据现场实际情况进行适当的调节。堵塞材料可用泥土或钻孔时排出的岩粉，但其中不能混有大于30mm的岩块或土块。堵塞时不得将雷管的脚线拉的过紧，以防止其被堵塞材料损坏。堵塞过程要不断检查起爆线路，防止因堵塞损坏起爆线路而产生盲炮事故。3．8爆破安全距离验算（1）爆破个别飞石安全距离按照规程要求，浅眼爆破最小安全允许距离为300m，深孔爆破最小安全距离为200m，因此对于离爆区临近的建筑物应进行爆破飞石的防护。露天台阶爆破飞石飞散距离可按下式计算f=d（40/2.54）取d=90代入计算得f=90（40/2.54）=141.73（m）（2）爆破地震效应根据爆破最大段药量计算爆破地震对周围建（构）筑物的影响程度，可按下式计算：13()aQVKR=本工程根据周围环境情况及允许条件对Q进行了最大控制。4爆破安全4．1基坑周边围岩保护基坑开挖爆破时，主要安全隐患是爆破振动对基坑边缘的破坏和雨天造成基坑上部滑坡，为此采取如下措施：基坑边缘钻减振孔和采取光面孔爆破，对基坑边缘预留区的保护。通过减振孔和光面爆破两种措施减小了爆破振动向外传播的振速，使得基坑开挖爆破振动对基坑保留边缘的破坏大大减小；同时加强对基坑边缘巡查力度，及时对爆后围岩进行锚喷支护等工作。在临近基坑围岩周边区域爆破时，严格控制单响药量并采取“雁行列”逐孔起爆方式。4．2防尘措施严格安装《建设工程扬尘污染防治规范》的要求，做好爆破防尘、运输防尘和防炮烟污染工作：结合飞石防护方案，在爆体防护上洒水湿润，是爆体防护具有降尘和防污染效果。道路防尘采用洒水和随时清扫的方法，每天爆破与清运后8对道路清扫以控制扬尘。4．3爆破振动根据《爆破安全规程》，振动速度按下面公式计算：v=K（Q1/3/R）a式中：v为最大振动速度，cm/s，K、a是与爆破条件、方法、传播介质等相关的系数和指数，通过现场前8次爆破监测取得的数据，进行K、a拟合得K=89.39、a=1.49；Q为最大段齐爆药量，Kg；R为爆心到临近北保护物的距离，m。经计算，不同距离和v=2.3m/s时的Q取值如下：R/m101520253035404550Q/Kg0.632.115.009.7716.8926.8240.0357.0078.19在安全允许振速2.0~2.5cm/s的情况下，本工程又采用打减振孔（光面孔）与开挖减振沟等防震措施，有效避免了爆破振动危害，同时在施工过程中，还进行了全程跟踪振动监测及对比试验监测，为设计施工过程中K、a值拟合，试爆、参数的调整等提供了详尽的相关数据。5爆破效果及总结5．1爆破效果整个爆破施工历时180天，爆破次数达到了118次，做到了精心组织施工、周密警戒工作，整个爆破施工过程安全无事故，周边建筑物安好无损，爆破块度符合装运要求，达到了经济效益和施工绝对安全双向目标。5．2总结（1）针对城区的基坑爆破，坚持多打孔少装药，尽量避免多排起爆，减小爆破振动；同时加强振动测试工作，为施工提供第一手数据，指导施工，避免引起周边居民及相关单位的纠纷。（2）针对城区的基坑爆破，采用大孔径与浅孔排炮想结合的爆破，同时对基坑周边采取光面爆破（利用减振孔）、开挖减振沟（打减振孔）相结合的方式，这样既能有效加快爆破进度又能在一定程度上减小爆破振动（多组振动检测数据表明）。（3）采取全封闭式施工组织及管理，及整个施工现场利用现有防护架、施工围墙全封闭管理，减少与外界相互干扰。