南昌西站微風化泥巖開挖技術

鄭 明

中鐵建工集團有限公司 上海 200331

1 工程概況

南昌西站項目所在的地質環境較為特殊，除開表層部分黏土外，下部絕大部分為微風化、中風化泥巖層，土質堅硬，對進度形成嚴重影響，需要開發一種既能保證周圍土體不受影響，又能有效控制承臺開挖尺寸，還能加快進度、保證質量的新技術。因此，結合地質及設計特點，應用鉆爆結合承臺開挖施工，取得了良好的效果。

2 工藝原理

2.1 爆破原理

旋挖鉆機鉆完孔、挖機將場地略做平整后，爆破用氣腿式鑿巖機或潛孔鉆機進入場地鉆炮孔，炮孔呈梅花形布置，采用線形連續裝藥結構，上口堵塞嚴密，用非電導爆管起爆網路。爆破方式一般采用淺孔爆破和深孔臺階爆破兩種。

2.2 淺孔爆破

臺階高度在5 m以下時，選用氣腿式鑿巖機鉆孔。其他作業參數為：

（a）臺階高度H根據鑿眼作業條件及鑿眼設備狀況，確定取H=2 m；

（b）鉆孔直徑D的大小，主要取決于鉆孔機械、臺階高度以及巖石的性質，本工程采用7655風動鑿巖機，Φ40 mm鉆頭；

（c）傾角結合圖紙設計的邊坡比及巖體穩固情況，鉆孔形式采用傾斜孔，傾角為75°；

（d）超鉆深度h和鉆孔深度L，超鉆深度h是為了克服底板阻力，使爆破后不留巖坎，本工程超鉆深度按0.3 m計算；鉆孔深度L=2.4 m。

（e）底盤抵抗線w1，本工程底盤最小抵抗線取w1=1.0 m。

（f）炮孔間距a的確定為取a=1.5 m。

（g）排距b的確定為b=1.0 m。

（h）單孔裝藥量計算為Q=0.9 kg

2.3 深孔臺階爆破

本工程的爆破開挖臺階高度在5 m以上時，鉆孔設備選用性能卓越的潛孔鉆機，爆破方式為松動爆破。其主要參數如下所示。

（a）鉆孔直徑：D=115 mm；

（b）臺階高度：H=5～10 m；

（c）鉆孔深度L：L=H+h；

（d）鉆孔傾角為80°～90°。

（e）最小抵抗線：本工程對Φ115 mm孔，W取3～4 m 。

（f）底盤抵抗線Wd：根據經驗75°～85°的坡度一般取值范圍為3.5～4 m；

（g）孔距：a=（0.8～1.5）W；

（h）排距：b=W；

（i）前排鉆孔裝藥量：Q=KHWa；

（j）后排鉆孔裝藥量：Q=（1.1～1.2）KHab，K為單位炸藥消耗量，比照同類工程，取0.30～0.40 kg/m3；

（k）超鉆：本工程取0.5～1.5 m；

（l）堵塞長度 ：ΔL=（1.0～1.2）W。

3 施工工藝流程及操作要點[1-8]

3.1 工藝流程

施工準備（機械及承臺開挖的計劃制定）→場地平整→承臺放線→旋挖鉆機鉆孔→平整場地、炮孔測定放線→鉆機鉆孔、吹孔→裝藥、堵塞、起爆網路布置→爆破→測量放線（確定承臺邊線位置）→承臺基坑土方挖除及四周基坑壁修整→四周基坑壁噴射混凝土→坑底標高復查及基槽底人工清理→基槽驗收→承臺墊層混凝土澆筑

3.2 操作要點

3.2.1 旋挖鉆機鉆孔

旋挖鉆機沿著測量工放好的承臺邊線在承臺四周鉆出一圈隔離孔，保證相鄰鉆孔相連，使中間區域隔離開，最大程度地確保中間區域爆破時不對基坑外圍土體產生影響，鉆孔深度根據圖紙承臺深度而定（圖1）。

圖1 鉆爆結合工藝平面示意

3.2.2 布孔、裝藥和堵塞方式

布孔方式采用梅花形布孔，如圖2。

圖2 梅花形布孔

裝藥結構采用線形連續裝藥結構。用Φ90 mm的乳化炸藥卷做起爆藥包，其余也用乳化炸藥，每孔裝2 個乳化炸藥起爆體；間隔裝藥孔內裝4 個起爆藥包，裝藥結構如圖3。

圖3 裝藥結構

堵塞采用砂黏土堵塞并用炮棍輕輕搗實，對有水炮孔，應進行排水處理或采用防水裝藥。

3.2.3 起爆網路

為了減少外界雜散電流、感應電流、射頻電流等可能引起的早爆或誤爆事故，采用非電導爆管起爆網路，導爆管與導爆管之間用四通或雷管等連接件相連。導爆管引出爆區用電雷管起爆（圖4）。

圖4 雷管布置示意

根據本工程特點，采用排-排，孔-孔之間分別微差起爆技術，無論深孔還是淺孔爆破，原則上采用單孔一響的聯結形式。本工程中孔內使用10 段以上非電毫秒雷管，孔外采用3～5 段雷管接力傳爆。為提高準爆性，孔內外采用雙發毫秒非電雷管。

這種方法綜合了排間順序和斜線起爆的優點，大塊率低，可以有效地控制爆破地震波對相鄰邊坡的破壞，并減少飛石。當微差時間超過50 ms時，爆破能達到最佳效果。本次爆破所選取的微差時間間隔為50～110 ms。

如果爆破振動測試所得的數據顯示振動超標，則改用孔內分段的逐孔起爆網路。

3.2.4 裝藥、堵塞

（a）堵塞長度：深孔爆破堵塞長度控制在3.5 m以上，最小不少于3.0 m。淺孔爆破控制在2/3 倍的孔深，一般不少于1.5 m。

（b）裝藥：裝藥前必須認真核查孔口標識卡，嚴格按照標識卡要求進行裝藥，裝藥時應將炸藥用木質器具慢慢搗入孔內，對于堵塞的孔眼用竹竿搗通。裝藥時應將每孔雷管段別標識卡放在孔外，以便檢驗。

（c）堵塞質量：裝藥后將剩余部分炮孔全部堵塞，堵塞材料就地取用鉆巖巖粉或采用山土，堵塞要緊密，并注意保護線路不受損壞。

3.2.5 基坑壁噴射混凝土

采用混凝土護坡的形式對已修整完的基坑壁進行支護。噴射混凝土強度C20，厚度50 mm；混凝土配合比為水泥∶砂∶石＝1∶2∶2，噴射混凝土中添加水泥質量3%的噴射混凝土速凝劑。

4 結語

南昌西站站房承臺基底持力層選擇微、中風化巖層，大基坑土方約為82 萬m3，工程于2010年8月開工，2013年9月竣工。成功運用了鉆爆結合承臺開挖技術，在保證工程質量、縮短工期、節約成本方面取得了顯著的效果，取得了良好的社會效益和經濟效益。

利用打樁用旋挖鉆機沿承臺邊線鉆孔，形成一圈隔離孔，有效地將基坑周圍土體與內部土體隔離開，在采用爆破技術對中間土體進行破碎，而對周圍土體不產生影響，然后用挖掘機對四周基坑壁進行修整及挖除內部土體，形成光滑平整面作為承臺混凝土的胎膜。本工法的主要難度在于如何確定在中風化泥巖中使用最合理的火藥量、火藥埋深、藥孔間距，使泥巖在爆破后形成的顆粒大小能夠直接通過挖機開挖，不需要進行二次破碎，最大程度加快施工進度。