大型深基坑混凝土支撐爆破拆除方法研究

鄭 鈺

（無錫地鐵集團有限公司，214021，無錫//高級工程師）

大型深基坑混凝土支撐爆破拆除方法研究

鄭 鈺

（無錫地鐵集團有限公司，214021，無錫//高級工程師）

從基坑支撐拆除方案選擇出發，對比分析了爆破拆除方法的優勢以及適應性。詳細闡述了爆破拆除整套方法中應采取的技術措施和組織管理措施，主要包括爆破參數選擇、布孔設計、起爆網絡布置、爆破振動粉塵控制、飛石防護等技術措施，以及爆破作業管理、火藥品管理、應急及警戒預案等組織管理措施。工程案例實施結果表明：采取爆破拆除支撐，達到了預期效果，縮短了工期，加快了施工進度，滿足了后續主體施工工期的需要，未對周邊建筑物造成損害，可為以后類似工程提供一些技術參數和管理經驗。

深基坑；支撐爆破；爆破設計；爆破控制

隨著城市地下空間的開發，越來越多的超大型基坑工程逐漸出現。在基坑工程，尤其是軟土地區的基坑工程中往往采用大體量的、密集的、大截面的鋼筋混凝土內支撐結構，支撐體系一般起臨時圍護作用，在主體結構施工前這些臨時支撐結構需要被拆除［1］。針對不同的基坑和支護方法有不同的拆除方法，在大型密集鋼筋混凝土內支撐形式的深基坑工程中，目前廣泛采用的爆破拆除已經成為了首選。爆破拆撐在工程上的應用是相當有效的，炸藥爆破產生的瞬時巨大作用力對混凝土支撐結構的破壞效果不是其他方法能替代的［2］。支撐爆破拆除是一種在理論和實踐上都比較成熟的控制爆破技術，但在支撐拆除時必須選擇合適的爆破參數，并對爆破產生的負面效應進行驗算，采取合適的防護控制措施，精確設計，嚴格管理，施工安全和工程質量才能夠得到可靠的保證。

1 支撐拆除方案選擇

目前基坑拆除方式主要有爆破拆除、機械拆除（液壓錘）、人工拆除（風鎬）、膨脹劑拆除、金剛鏈切割或繩鋸無損切割等方法［3］，各個拆除方法均有其自身優點和缺點，如表1所示。

基坑支撐拆除方案的確定需綜合考慮工程量、工期、周圍環境等因素。目前超大型基坑越來越多，支撐和圍檁的截面積大、配筋率高、總體積大、施工工期要求高，在確保安全的前提下，選擇施工速度快、施工成本相對較低的爆破拆除方法是發展趨勢。

2 爆破拆除方法及措施

爆破拆除的安全風險大、技術要求高，爆破實施前需對爆破參數進行合理的設計，并對設計參數進行安全驗算以及對爆破過程中可能出現的爆破負效應采取防護控制措施，精心組織和管理，這樣才能確保爆破安全順利實施。

2.1 爆破參數設計

要根據支撐的形狀、尺寸、強度、配筋、環境等相關特征的要求，有針對性地對爆破參數進行設計，主要包括布孔設計、藥量設計、爆破網絡設計。

表1 基坑支撐拆除方法對比

2.1.1 布孔設計及布置

在鋼筋混凝土支撐的控爆拆除工程中，炮孔位置主要依據鋼筋混凝土支撐的形狀、尺寸、結構特征以及爆破具體要求等因素而定。一般采用垂直鉆孔。在施工條件受限制時，亦可布傾斜孔或水平孔。炮孔可沿支撐梁的全長呈單排或多排均勻布置，亦可呈梅花形布置［4］。

布孔參數：孔深一般取梁高的三分之二，且外側抵抗線控制在20～30 cm。孔距一般取a=80～100 cm，排距一般取b=20～30 cm；節點處等配筋率高的地方，排距、孔距適當減小。炮孔一般采用兩種方式成孔：①預埋孔，即在支撐澆搗時埋入紙管，預留孔洞；②爆破前人工打孔。前者具有施工進度快、不影響基坑內其他施工作業等優點，故已在支撐爆破作業中廣泛推廣。

2.1.2 單孔藥量設計

單孔藥量q=kabH

式中：

a——藥孔間距；

b——藥孔排距；

H——支撐厚度；

k——系數，依支撐梁和圍檁的配筋率選定，一般取0.7～0.9 kg/m3。

2.1.3 爆破網路設計

鋼筋混凝土支撐控制爆破拆除起爆網路一般分電起爆系統和非電起爆系統兩類。工程采用導爆管雷管和非電導爆管傳爆網路。網路的連接采用“大把抓”鏈式結構網路?？變炔捎酶叨魏撩胙悠趯П芾坠?、孔外采用低段毫秒延期導爆管雷管延期起爆技術。

2.2 爆破安全驗算

爆破是瞬間的能量釋放過程，需對爆破產生的瞬間沖擊波、振動以及爆破產生的飛石飛行距離進行驗算，確保對周圍的損害在可控范圍內。

2.2.1 爆破振動計算

根據周圍建筑物的抗震能力，由薩德夫斯基公式驗算爆破振動速度：

式中：

V——爆破產生的垂直振速，cm/s；

Q——一次起爆最大段藥量，kg；

R——保護目標與爆破段中心之間的最小距離，m；

A——與爆破點附近地質有關地震波衰減指數，取1.5～2.0；

K——與爆破點附近地質有關的系數，取30～50。

根據上述公式，計算的爆破振動速度應滿足相應建筑物保護等級對振動速度控制的要求。

2.2.2 爆破沖擊波

露天爆破沖擊波安全距離計算公式為：

由于采用多炮孔分散裝藥，爆破作業又在深基坑內進行，故空氣沖擊波的影響可以忽略不計。

2.2.3 個別飛石

爆破飛石飛行距離計算公式為：

式中：

L——無防護條件下爆破飛石飛行距離，m；

qmax——最大炸藥單耗，kg/m3。

2.3 爆破防護控制措施

爆破產生的負效應主要有爆破振動、爆破飛石等安全隱患以及揚塵、噪聲等環境污染，需采取合理的控制措施減小爆破產生的負效應。

2.3.1 爆破振動控制措施

（1）減弱或消除爆破地震對周圍建筑物影響的重要措施是采用毫秒微差分段爆破，控制一次起爆藥量以控制震動速度，使其不超過許可的安全范圍。

（2）通過合理安排起爆順序減振。安排緊靠圍檁的支撐梁上的裝藥先起爆，減少支撐梁爆破時的振動影響。

（3）圍檁與環梁延期布置。圍檁與環梁采用半秒延期雷管，進一步控制一次起爆藥量。

（4）將支撐和圍檁進行割斷，爆破前將支撐與圍檁連接處進行人工鑿段或切割，隔離振動的傳播。

2.3.2 爆破飛石控制

爆破飛石控制可以從兩個方面進行控制，一方面從根源上進行控制，另一方面采取防護措施，控制飛石距離，從而控制飛石危害。

（1）在支撐梁和圍檁上方和側面搭設防護棚。

（2）適當增加炮孔深度（3～5 cm），減小飛石向上空方向飛出的速度和距離。

（3）嚴格控制炮孔位置，確?？椎恼_位置，防止改變最小抵抗線方向，造成飛石失控無效。

（4）嚴格控制單孔裝藥量，炮孔要密實填塞，防止沖炮發生，爆破順序采用由表及里的延期爆破順序。

（5）對基坑內、外個別保護目標（如塔吊、玻璃幕墻等），要采取具體保護措施（如對貼近保護目標的炮孔少裝藥，在保護目標側面搭設竹笆圍檔）。

2.3.3 揚塵控制措施

爆破粉塵是控制爆破負面效應的一個重要方面，可采取的主要措施較常見的有預先淋水、鋪設水、噴淋系統降塵、霧炮降塵、灑水車降塵等［5］。

2.3.4 爆破噪聲控制措施

從技術方面講主要控制單次起爆藥量；另一方面，爆破前充分做好周圍居民的告知工作，減少周圍居民緊張情緒，爆破時先燃放鞭炮，給居民以適應的時間，在鞭炮響的過程中起爆主網路［6］。

2.4 爆破管理及組織

只有精心組織和管理，爆破才能按照預定設計方案進行，管理者需做好施工作業組織、火工品管理以及周圍警戒協調等工作。

2.4.1 爆破作業管理措施

（1）藥包制作時，按指定場所進行，不準超出指定范圍；制作和裝填炸藥時不準抽煙，場外設臨時警戒人員，嚴禁外人進入。

（2）應按照設計的藥量制作藥包，不準隨意增減，不同質量的藥包、不同段別的雷管要分別放置，防止出錯。

（3）裝填炸藥時，用木質填塞棒將藥包輕送到孔底，填土時先輕后重，力求填滿搗實，防止損傷腳線。

（4）線路聯接時，按規定操作，防止錯聯、漏接，保證可靠起爆。

2.4.2 火工品管理措施

現場臨時炸藥庫、雷管庫房應單獨設置。庫房必須經當地公安部門檢查合格后方可使用；庫房按《拆除爆破安全實施規程》進行管理，由持證火工品保管人員雙人值班保管，做好押運員、保管員、爆破員領用的出入庫簽字交接手續，認真填寫《火工品使用明細表》，做到帳物相符。嚴格執行以下倉庫保管制度。

（1）庫房保管員必須嚴格執行“五雙”制度（雙人保管、雙把鎖、雙本帳、雙人發放、雙人領取），嚴格保管好倉庫物品，禁止交給他人代管。

（2）倉庫保管員必須持有《爆炸物品保管員證》，熟悉爆炸物品的性能和技術要求，要將性質相抵觸的爆炸物品分類、分庫存放。

（3）每次爆破要按照設計量領取炸藥，對于多余的炸藥要隨著爆破支撐同時銷毀。

（4）無關人員不得進入庫房，嚴禁在庫房內吸咽和用火。

2.4.3 爆破警戒措施

（1）爆破前所有人員、機械、車輛和器材一律撤到指定的安全地點，安全警戒半徑臨時確定。

（2）每個警戒點的警戒人員必須嚴守崗位，除完成規定的警戒任務外，還要注意自身的安全。

（3）爆破的通信聯絡方式、信號、標記等規定，由爆破前的專門協調會商定。

（4）爆破后，由指定的爆破技術人員對現場進行檢查，確認無險情后，方可解除警戒。

3 工程實例

無錫市軌道交通1號線工程勝利門站基坑位于無錫市勝利門廣場，三面環路，一邊靠近商業區。圍護結構由四道支撐組成，其中第四道支撐為鋼支撐，其余三道為鋼筋混凝土支撐。每道鋼筋混凝土支撐由圈梁、圍檁及板撐組成，與格構柱共同形成一整體的圍護系統。第二道、第三道鋼筋混凝土的支撐、圍檁和板撐，在基坑內部-4.8 m、-9.4 m處?；訓|面為中國農業銀行、和平電影院及川虹火鍋；基坑南面為工地臨時簡易辦公房，距離支撐10 m；基坑西南面為站前商貿區，距離基坑40 m；基坑西側隔一條中山路，為紅豆大廈，距離基坑邊緣55 m。基坑結構平面圖如圖1所示，支撐截面尺寸見表2。支撐的板撐厚度為300 mm。

圖1 基坑結構平面圖

表2 支撐截面尺寸表

綜合考慮該基坑工期緊、周圍建筑環境復雜、拆除工程量大等因素，最終該基坑第二、三道混凝土支撐及圍檁拆除采用了全粉碎型控制爆破法。

3.1 爆破實施

布孔采用預埋管成孔的技術，按梅花型布置，孔距按800～1 200 mm、排距取250～350 mm，孔深取梁高的三分之二，抵抗線最小取200 mm左右。爆破實施中嚴格控制一次起爆最大段藥量不超過3 kg，并安排緊靠圍檁的支撐梁上的裝藥先起爆，孔內采用半秒延期導爆管雷管，采用高壓脈沖起爆器引爆起爆網路?，F場采取爆破飛石封閉的防護裝置，爆破時在支撐和圍檁上直接搭設鋼管架，進行鋪設竹排和固定在竹排上壓一層的鋼管（1.5 m×0.8 m格子），上覆一層安全網。爆破設計參數見表3，支撐防護如圖2、圖3所示。

表3 爆破設計參數表

圖2 支撐爆破側面防護

圖3 支撐爆破頂部防護

3.2 爆破拆除效果

在支撐爆破拆除前做了充分的施工準備工作，并在爆破過程中嚴格執行爆破設計要求及爆破安全管理，本基坑支撐爆破得到了順利實施，爆破基本達到了預期效果。爆破后照片如圖4所示。

（1）爆破拆除加快了支撐和圍檁的拆除進度，確保了施工工期。

（2）爆破振動控制在安全范圍之內，未對周邊建筑物造成損害。

（3）爆破飛石進行了有效的防護，爆破振動均得到了有效控制，未對周邊未造成影響。

（4）鋼筋和混凝土基本呈分離狀態，混凝土塊較均勻。

（5）支撐爆破拆除后，支撐的主筋并沒有炸斷，大的混凝土塊基本上都在支撐的鋼筋籠內，掉到結構板上的只有少部分混凝土塊。爆破后，對于基坑內的結構板來說，是安全的。

（6）圍檁裝藥采取多段延期的起爆形式，采用剝離的爆破方式，使爆破振動傳播方向指向基坑中心，背離連續墻傳播，從而大大減小爆破振動波對連續墻的影響。

4 結語

爆破技術在拆除深基坑工程支撐中的廣泛運用，大大減輕了支撐拆除工程的勞動強度，顯著地縮短了施工工期，從而創造出明顯的經濟和社會效益，其應用范圍也日益擴大。但在具體實施過程中，必須選擇合理的施工參數，對爆破產生的負面影響進行計算和評估，采取合理的保護措施，并且精心組織才能實現預期爆破效果。

［1］ 朱思聞.大型基坑鋼混支撐爆破技術和動力響應研究［D］.上海：上海交通大學，2013.

［2］ 王小林，徐書雷，吳楓，等.國內外拆除爆破技術發展現狀［J］.西安科技學院學報，2003，23（3）：270.

［3］ 李福清，蔣耀港，曾定波，等.不同基坑支撐拆除方式對比研究［J］.爆破，2011，28（3）：17.

［4］ 趙坤.軟土深基坑鋼筋混凝土支撐圍護系統拆除爆破理論與實踐［D］.上海：同濟大學，2008.

［5］ 杜宗，杜華彬，段義明，等.城市核心地段鋼筋混凝土內支撐爆破降塵措施［J］.爆破，2016，33（3）：132.

［6］ 陳沖.大型基坑內支撐體系爆破拆除技術［J］.探礦工程-巖土鉆掘工程，2012，39（2）：80.

圖4 爆破后實景

On Blasting Demolition Method for Reinforced Concrete Beam of Deep Foundation Pit

ZHENG Yu

In this paper，the advantages and adaptability of the blasting demolition method arecompared and analyzed.Technical measures,organization and management measures to be taken in the whole process of blasting demolition are described in detail，including blasting parameter selection，cloth holedesign，detonation network arrangementand blasting vibration dust control，fly ash protection and related technical measures,management，emergency and alert plans,as well as other organizational management measures. The implementation results of this method show that the blasting demolition supportand the expected effecthave been achieved.By adopting this method,the construction period is shortened，construction progress is accelerated，time for the follow-up main body construction is preserved with no damages forthe surrounding buildings.Therefore，some technical parameters and management experiences of this method can be provided for similar projects.

deep foundation pit；beam blasting；blasting design；blasting control

Author′s address Wuxi Metro Group Co.，Ltd.，214021，Wuxi，China

TU751.9

10.16037/j.1007-869x.2017.12.027

2017-9-22）