淺談城市敏感地帶明挖基坑弱爆破施工技術

一、工程概況

位于徐州市的城市軌道交通3號線南三環站附屬結構區段內下伏基巖為中風化泥灰巖及中風化灰巖，無活動斷裂、滑坡、泥石流等不良地質，但基底局部有巖溶等不良地質，綜上所述，本站附屬結構地質條件較好。

該車站位于三環南路與北京北路交叉口，車站四周范圍內均有居民建筑。為減少爆破施工對周邊環境及居民生活的影響，所以弱爆破施工技術就顯得尤其重要。

二、爆破原則及方案綜述

根據規范及設計要求，在爆破施工中既要保證基坑的凈空及基坑圍巖的自穩性，又要確保周邊環境的穩定，不能對支護結構、管線等造成破壞。故保證巖體完整性，縮短工期，增加效益等方面是確定爆破施工方案的重難點。為確保以上爆破目標的實現，擬采用分段分層開挖法、臺階法配合弱爆破進行施工。

施工方案為：

（1）本車站明挖基坑，從車站兩端向中部掘進，將基坑分為左右兩部分，先挖一側，當先開挖的一側前進一定距離時，再開挖另一側。如此循環，直至開挖結束。

（2）施工期間，全面考慮周邊環境及居民，避免施工振動過大，對環境造成破壞，或威脅居民生命安全。因此，要適當調整爆破參數，并優整孔網幾何參數。

（3）輪胎鋼絲編織炮被覆蓋兩層，確保可以阻擋飛石。

三、參數選擇、爆破設計

（一）參數選擇

影響弱爆破因素包括多種，一般來說，孔距離、鉆孔直徑是主要影響因素。影響裝藥參數主要有四種，分別為孔底裝藥密度、不耦合系數、裝藥密度、臺階高度，正常情況下，臺階高度400cm 最為適宜。孔距離用a 表示，孔距系數用n 表示，孔直徑用d 表示，計算公式為n=a/d，從機械設備實用性角度來講，d 參數約42mm。線裝藥密度——q'、孔底裝藥密度——q''，弱爆破孔距系數取值范圍為8～12 時，視巖石情況具體確定孔距系數值，如果巖石質地較硬，則取值為12，計算得知孔距離為51cm。

同主爆行距用w 表示、孔距系數用m表示，關系式為m=a/w，其中孔距系數作為判斷主爆對弱爆破效果影響的重要因素。室外施工時，孔距系數取值范圍為0.5～1.0，取值為0.5 時，經公式代入求得同主爆行距為1.02m。

不耦合系數值定為1.7，它由炮孔直徑與所用炸藥直徑的比值定，經公式求得炸藥直徑為φ25。

表1 預裂孔參數

根據這一公式計算求得線裝藥密度q'=（1～6）d（g/m），堅石情況下，其系數取5，由上式得：q'=5×42=210g/m3。孔深淺不一，所以q"動態變化：當L=400cm 時q"=q'=210g/m3。

（二）爆破設計

爆破設計內容包括兩方面，第一方面即炮孔布置，弱爆破從中間向周圍鉆眼，中間先爆破形成臨空面后再向周圍進行爆破。站在淺孔爆破角度來講，應妥善處理炮孔與臨近主炮孔間關系。具體來說，基于坡面邊界線設定預裂孔、合理設置孔距離，孔深淺以施鉆高度、開挖面標高差值為依據，如以下鉆孔方式布置圖。針對主爆區進行爆破設計時，既要注意起爆順序，又要鋪設起爆網，接下來設計主炮孔。第二方面即設置預裂爆破設計參數，根據相關理論完成下述參數設定。

四、參數選擇、設計——主炮孔

合理控制爆破參數，這是提高爆破效率、優化爆破效果的重要條件，同時，能對城市敏感地帶明挖基坑有效施工有促進作用。

第一，設計鉆孔直徑，根據施工現場現狀準備施工設備或機械工具，直徑首定參數為4.2cm，孔底部標高預留距離約0.24m，待階段性開挖工作結束后，要想完成連續開挖目標，勢必要借助水平眼實現這一目的。

第二，適當控制臺階高度，根據爆破需要調整底盤抵抗線高低，巖石質地硬度較大時，底盤抵抗線參數取值范圍為1.5～1.8m。

表2 主炮孔參數

第三，炸藥單耗q 距離此處建筑較近，取值范圍3～0.6kg/m3。

第四，設計炮眼間距a，a=（1.0～2.0）W和a=（0.5～1.0）L聯合取較小值，得a=1.5～1.8m，并依據現場實際情況進行調整。

第五，設計炮眼排距b，取值范圍為1.2～1.5m，參照孔直徑、炸藥爆破力、巖石消耗等參數予以調整。填塞長度以20～40孔徑為依據，即0.8～1.7m，根據實際情況而定。

第六，單孔裝藥量，參照Q=qaWH、Q=KqabH 確定裝藥量，其中增加系數用K表示，最終完成預裂孔一排、主炮孔四排設定任務。根據布點高度具體確定，當高度為400cm 時，爆破參數（主炮孔參數）如表2所示。

五、主炮孔安全驗算

具體指飛石距離驗算、爆破震動速度驗算。

根據飛石距離驗算公式：

——Rfmax=40/2.54×d=40/2.54×4.2=66.1m，v=k(Q—√3R)αv=K(Q3R)α。爆破震動速度驗算時，質點爆破震動速度、爆心至計算點距離、炸藥量、衰減系數、巖石地質相關系數分別用v、R、Q、α、k 表示，其中k 取值100、α 取值1.4，南三環站與貝殼賓館間距離為：

18v=100×(0.31/3/18)1.4=0.997cm/s＜1.2cm/s。

當爆破震動速度安全值為2cm/s，結合本站情況爆速安全值取值為1.2cm/s。梯段高度為四米時，兼顧線路縱斷面，并考慮橫斷面標高值增減，據此選用適宜規格爆破器材，最終準確計算預裂孔參數、主炮孔參數，這既能保證施工時間，又能優化施工質量。梯段高度小于四米、排數小于五排時，適當調整炮眼炮孔距離、堵塞長度，使最小抵抗線在線路縱向。

六、爆破施工

爆破施工具有高風險、復雜性、系統性特點，要想順利完成施工任務，應按照一定順序完成施工任務。

一般來說，施工人員對爆破施工活動全過程分析，事前做好準備工作，待準備就緒后進行爆破設計，參照設計方案測量放線，隨后鉆眼、裝藥、起爆、運輸，有序啟動循環爆破活動。

本段施工邊坡高約25～30m，參照設計要求選用不同開挖方式，一般來說，基坑左右側使用臺階開挖方式，高度少于四米且路基頂面標高預留0.25m 時，主要實施一次開挖到位方法，并預留碎落臺；高度超過四米時，實施分臺階鉆孔方法。需注意的是，鉆孔環節適當控制預裂炮孔深度，視情況調整邊坡高度。分層處留置工作平臺，寬度控制為2m，接下來完成下部邊坡預裂開挖任務，開挖期間，從碎落臺及其上部入手，然后堅持逐層開挖原則，避免碎石外散。

鉆孔過程中，嚴控鉆孔精度，順邊坡線方向保證孔口緊密度，將蓋層殘渣及時清除，確保鉆機運轉面穩定作業。與此同時，妥善固定測防孔，保證測放孔在0.3m 以內。預裂孔能否達到預期效果，務必借助斜鉆孔設備合理確定預裂孔參數，且方向與設計方向相同，比例為1 ∶0.75，施鉆方向應垂直于開挖面，孔底在相同底板平面，且中心偏離設計坡面小于孔底1%。主炮孔采用垂直鉆孔，方向與設計方向相同。起爆操作遵循下圖順序。

圖1 起爆網絡與起爆順序示意圖

下圖中，起爆器先將第一排的左側的1、3、5、7、9 孔逐個起爆，然后再逐個起爆第一排右側的1、3、5、7、9 孔，接著逐個起爆第二排右側的1、3、5、7、9 孔，接著逐個起爆第二排左側的1、3、5、7、9孔，然后再逐個起爆第三排左側的1、3、5、7、9 孔，最后逐個起爆第三排右側的1、3、5、7、9 孔。同一排每個孔起爆間隔50ms，相鄰排之間起爆間隔100ms。

七、安全措施

明挖基坑弱爆破施工時，從技術措施、安全措施兩方面入手。技術措施包括：保證隧道輪廓線準確性和平穩性，根據孔眼合理確定施鉆位置；適當改變施鉆角度，使其與基坑開挖面保證90°，并根據具體要求做出調整；穩固鉆機架，保證入孔口位置精確度，避免施工中誤差，進而增加施工風險；參照相關作業要求及具體程序設定鉆機，盡最大可能控制卡鉆孔精度；同一平面上平衡地眼位置，確保各孔深度滿足交底施工需要；鉆孔完成后，確保孔口安全性，將其有效覆蓋，避免碎石調入孔內。

從安全角度出發，施工人員以相關規程為依據，盡可能降低安全事故發生幾率，即便出現違章行為，根據這一規程予以懲處；堅持精細化管理原則，做好全過程檢查工作，降低瞎炮及亂放炮發生率；炮前全面防護、炮后認真檢查；炮后及時處理開挖面，將碎石清理干凈；居民區爆破施工時，應保障居民安全，在適當位置設置屏障，如增設鋼絲網，需注意的是，設置靠近最近炮眼2m 處，鋼絲網之間緊密連接，盡可能保障居民財產及生命安全。