地鐵車站豎井深基坑光面爆破施工技術(shù)

周可璋 周浩 盧寧 何中聯(lián) 王偉

【摘要】青島市地處山東半島南部，東、南瀕臨黃海。某地鐵車站地處青島市中心地帶，本車站采用暗挖法施工。車站豎井所在范圍的地質(zhì)以強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化輝綠巖為主，在中風(fēng)化巖層，需要對(duì)豎井深基坑采取爆破方式進(jìn)行開挖。由于周邊建筑物眾多，管線縱橫交錯(cuò)，豎井爆破需采取光面控制爆破施工技術(shù)。本文主要針對(duì)車站豎井的光面控制爆破進(jìn)行詳細(xì)闡述，對(duì)在硬質(zhì)巖層中采用光爆技術(shù)開挖深基坑提出相關(guān)的意見與建議。

【關(guān)鍵詞】??豎井??深基坑??光面爆破??沉降監(jiān)測(cè)

Applying?Smooth?Blasting?Technology?to?the?Deep?Holes?Excavated?in?the?Constructing?of?Subway?Stations

Zhou?Kezhang，Zhou?Hao，Lu?Ning，He?Zhonglian，Wang?Wei

（The?Fourth?Company?of?China?Eighth?Engineeing?Burrau?Ltd??Qingdao?266071?）

1、前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市將更多地向地下空間延伸，地鐵車站大部分修建在繁華市區(qū)，周邊建筑物林立，交通繁忙，故多采用暗挖法進(jìn)行車站的施工，為此需要通過施工豎井及風(fēng)道進(jìn)入車站主體結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)行車站主體結(jié)構(gòu)的開挖及二次襯砌施工。

青島某地鐵車站，位于繁華地段，為市中心商業(yè)區(qū)。豎井穿越地質(zhì)依次為素填土層、強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖層、中風(fēng)化輝綠巖層。在中風(fēng)化巖層地段，需要采取光面控制爆破技術(shù)進(jìn)行施工。在施工過程中克服了周邊建筑物的擾動(dòng)、地下管線的變形等影響因素，安全優(yōu)質(zhì)地完成了豎井施工任務(wù)。

2、工程概況

2.1工程簡(jiǎn)介

該地鐵站主體結(jié)構(gòu)位于馬路下方，采用暗挖中洞法施工。車站在兩端設(shè)置兩處風(fēng)井及風(fēng)道，在施工期間作為施工豎井及施工通道。1#豎井開挖尺寸為18.8*6.6m，深度為28m，采用倒掛井壁法施工。在豎井井口處設(shè)置一道1.5m寬、1m高的混凝土鎖口圈梁，以保證向下開挖過程中，能夠承擔(dān)豎井井身重量及爆破振動(dòng)荷載，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2.2工程及水文地質(zhì)

豎井范圍地貌為坡殘積臺(tái)地，后經(jīng)人工改造，場(chǎng)地由東向西緩傾，地面高程約22.26m。豎井地質(zhì)情況由上到下依次為素填土（22.26m～19.91m）、強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖（19.91m～8.20m）及中風(fēng)化輝綠巖（8.20m～-5.74m），局部受區(qū)域構(gòu)造影響，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育。中風(fēng)化輝綠巖的抗壓強(qiáng)度約35Mpa，輝綠色，塊狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈碎塊狀，錘擊易碎。巖體較破碎，局部較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。本場(chǎng)地地下水按賦存條件主要為孔隙水和基巖裂隙水，地下水位埋深約10m。

2.3結(jié)構(gòu)形式

豎井結(jié)構(gòu)形式為矩形，開挖尺寸為18.8*6.6m，豎井采用格柵鋼架+噴射混凝土支護(hù)體系。素填土層及強(qiáng)風(fēng)化巖層格柵間距為50cm/榀，打設(shè)Φ42錨管，注水泥水玻璃雙液漿，橫向間距1m/根;中風(fēng)化巖層間距為75cm/榀，打設(shè)Φ22砂漿錨桿，注水泥砂漿，橫向間距1m/根。

3、光面爆破施工方法

3.1光面爆破施工工藝流程

豎井光面爆破按以下流程進(jìn)行：

測(cè)量放樣→風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆眼→清孔→裝藥→引爆→通風(fēng)排煙→出渣→斷面測(cè)量（欠挖處理）→格柵安裝、初期支護(hù)→下一循環(huán)

3.2施工設(shè)備及爆破材料

1）鉆孔采用6臺(tái)YT-28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)同時(shí)進(jìn)行，一臺(tái)20m3空壓機(jī)供風(fēng)，炮孔直徑為42mm。風(fēng)鉆鉆進(jìn)速度為20cm/min，孔深1.2m約需6分鐘完成。監(jiān)測(cè)儀器為爆破測(cè)振儀1臺(tái)，型號(hào)為Vm-63型;精密水準(zhǔn)儀1臺(tái)，萊卡NDA03型;收斂?jī)x1把，YD-SLJ-3型。

2）炸藥采用2#巖石乳化炸藥，單個(gè)藥包重量為150g。采用不耦合裝藥，藥卷規(guī)格為外徑32mm，不耦合系數(shù)為1.3。

3）非電毫秒微差導(dǎo)爆管起爆，通過導(dǎo)爆管引爆安裝在藥卷中的雷管，引發(fā)藥卷爆破，從而爆破巖石。

3.3炮眼布置原則

1）先布置掏槽眼，角度與水平巖面約呈60°，但在巖層層理發(fā)育明顯時(shí)其方向應(yīng)盡量垂直于層理，以保證掏槽效果。掏槽眼比其他炮眼深40cm。掏槽眼在打設(shè)過程中要控制好角度，角度過大，可能造成掏槽無法形成，后續(xù)爆破無臨空面;角度過小，將可能造成兩側(cè)掏槽眼眼底串通，降低炸藥爆破威力【1】。

2）周邊眼嚴(yán)格按照開挖輪廓線布置，在硬巖中，周邊眼的眼底落在斷面開挖輪廓線外8cm左右，向外傾角約10度，眼口緊貼上一榀格柵噴射混凝土面布置;在軟巖中，周邊眼的眼底落在斷面開挖輪廓線內(nèi)5cm左右，以減小爆破時(shí)超挖量。對(duì)于局部欠挖部位，采用風(fēng)鎬人工修整，保證結(jié)構(gòu)厚度。

3）輔助眼的布置原則是外圍密，中間略大，并根據(jù)巖性軟硬程度合理調(diào)整炮孔間距。

3.4炮眼布置參數(shù)

在中風(fēng)化輝綠巖地層中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)前三次試爆情況，確定以下布置參數(shù)。周邊眼間距60cm，內(nèi)圈眼間距75cm，輔助眼及擴(kuò)槽眼間距90cm。排距70～90cm，如圖1。掏槽眼采用斜眼復(fù)楔形掏槽方式【2】，如圖2。掏槽眼內(nèi)側(cè)孔口間距為2.5m，外側(cè)孔口4.5m。掏槽眼深度1.6m，傾斜角度60°，其它眼深度均為1.2m。

圖1??豎井炮眼布置平面示意圖

圖2??掏槽眼布置示意圖

炮眼爆破參數(shù)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表???????表1

孔類

孔間距（mm）

孔深（m）

雷管段位

單孔裝藥量（g）

炮孔數(shù)（個(gè)）

周邊眼

600

1.2

13

150

42

11

42

內(nèi)圈眼

750

1.2

9

200

30

8

30

輔助眼

900

1.2

6

200

21

5

23

擴(kuò)槽眼

900

1.2

3

200

15

2

15

掏槽眼

1.6

1

300

10

總裝藥量（kg）

42.4

炸藥設(shè)計(jì)單耗（kg/m3）

0.37

3.5炮眼封堵

炮泥采用粘土和細(xì)砂拌合，比例為砂：粘土：水=3：1：1，含水量為15%～20%。一般以手握緊能使之成型，松手后不散開，且手上不沾水跡為宜。藥卷安放后應(yīng)立即進(jìn)行堵塞，首先塞入紙團(tuán)或塑料泡沫，以控制炮泥堵塞長(zhǎng)度，堵塞長(zhǎng)度控制在20～30cm左右。

3.6爆破網(wǎng)絡(luò)連接

起爆順序?yàn)橄忍筒垩郏瑪U(kuò)槽眼，然后輔助眼、內(nèi)圈眼，最后是周邊眼。

導(dǎo)爆管雷管選擇多段位毫秒微差起爆，由于基坑長(zhǎng)度較大，左右兩側(cè)選擇兩種段位導(dǎo)爆管雷管。掏槽眼1段，擴(kuò)槽眼2段、3段，輔助眼5段、6段，內(nèi)圈眼8段、9段，周邊眼11段、13段。

網(wǎng)絡(luò)連接采用并串并聯(lián)連接方式，約20個(gè)導(dǎo)爆管一束，然后采用導(dǎo)爆管引出地面，引爆裝置引爆。

4豎井監(jiān)控量測(cè)

4.1在施工過程中，進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目主要有地表沉降、洞周收斂、內(nèi)支撐水平位移、爆破振動(dòng)速度、周邊建筑物傾斜等【3】。爆破振動(dòng)速度是反映爆破設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。施工過程中采用TC-4850爆破測(cè)振儀（三通道）進(jìn)行振速測(cè)試。豎井累計(jì)進(jìn)行了21次振速測(cè)試，獲取63個(gè)振速分量值。主要分布范圍為：1.0cm/s以下4次;1.0cm/s～1.5cm/s之間54次;1.5cm/s～2.0cm/s之間5次。爆破振速基本控制在1.5cm/s以內(nèi)，爆破安全性很高。

4.2在豎井口范圍，按要求共布置68個(gè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)。從豎井開始施工時(shí)進(jìn)行初始監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為每天1次。本文選取兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別位于長(zhǎng)邊及短邊一側(cè)靠近豎井2m處，其時(shí)間-累計(jì)沉降曲線如圖3所示。CJ1點(diǎn)最大沉降量為31.23mm，CJ2點(diǎn)最大沉降量為23.18mm，施工期間基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

圖3??CJ1、CJ2時(shí)間-累計(jì)沉降量曲線圖

5、結(jié)論與建議

1）1#豎井施工過程中，共進(jìn)行了21次振速測(cè)試。結(jié)果為爆破質(zhì)點(diǎn)振速大部分控制在1.5cm/s以下，周邊30m范圍地面僅有微微震動(dòng)。由于全部在白天進(jìn)行爆破作業(yè)，對(duì)行人基本無影響。

2）豎井掏槽眼采用復(fù)楔形掏槽方式，大大加快了掏槽眼的作業(yè)時(shí)間，縮短了每循環(huán)的施工時(shí)間。

3）施工過程中遇到了巖石破碎帶及部分孤堅(jiān)石，及時(shí)調(diào)整了炮眼間距及藥量，爆破效果良好。中風(fēng)化巖層中，周邊眼殘眼率基本在70%以上，超欠挖量得到了有效控制。

4）監(jiān)控量測(cè)在豎井爆破施工過程中作用明顯。根據(jù)爆破振動(dòng)速度、地表沉降等數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析，可以及時(shí)掌握豎井結(jié)構(gòu)及周邊的地層變化情況，及時(shí)采取加強(qiáng)措施。

5）豎井長(zhǎng)邊方向沉降量與短邊方向比較，沉降量略大。主要原因?yàn)殚L(zhǎng)邊方向基坑凈空收斂較短邊略大，容易受爆破振動(dòng)的影響，對(duì)地層的擾動(dòng)較大。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王夢(mèng)恕等.北京地鐵淺埋暗挖法施工[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1989