緊鄰構(gòu)筑物豎井開挖鉆機(jī)引孔及控制爆破施工技術(shù)研究

張慶華

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司 山西太原 030024)

1 引言

地鐵工程在發(fā)達(dá)城市或人口密集的城市得到迅速發(fā)展，在緩解城市交通壓力、減少噪聲和污染、提高城市土地使用率、倡導(dǎo)綠色快捷出行等方面發(fā)揮了積極作用[1]。但是地鐵施工常常修筑在城市已有道路下方，尤其是在修筑地鐵緊急疏散樓梯井、無(wú)障礙電梯井的過程當(dāng)中，豎井施工緊鄰城市道路兩旁已有建(構(gòu))筑物，爆破振動(dòng)對(duì)已有建(構(gòu))筑物擾動(dòng)較大。因此，如何安全、快速地完成豎井施工為車站主體施工提供通道就顯得極為重要。本文以貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線10標(biāo)北京西路站1號(hào)、2號(hào)緊急疏散樓梯井施工為依托，進(jìn)行緊鄰重要建(構(gòu))筑物豎井控制爆破開挖施工關(guān)鍵技術(shù)研究，為豎井施工保工期、保安全、保質(zhì)量提供技術(shù)支持。

2 工程概況

貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線北京西路站位于北京西路下方，與北京西路相交大致呈南北向布置。在馬王廟站-三橋站展線位置，沿南北向下穿北京西路。北京西路站總平面布置見圖1。

圖1 北京西路站總平面

考慮到1號(hào)緊急疏散樓梯緊鄰醫(yī)院及居民樓、2號(hào)緊急疏散樓梯緊鄰貴州省三環(huán)機(jī)械廠，采用控制爆破開挖，因與建(構(gòu))筑物距離過近，爆破振速無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求；加密炮眼布設(shè)、減少單孔裝藥量爆破效果又不理想，工期較長(zhǎng)且工程中阻工現(xiàn)象頻繁，無(wú)法滿足工期要求。

3 施工重難點(diǎn)分析及對(duì)策

貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線10標(biāo)在施工時(shí)對(duì)緊鄰地下建(構(gòu))筑物進(jìn)行專項(xiàng)鉆爆設(shè)計(jì)以控制爆破振動(dòng)、爆破飛石等爆破有害效應(yīng)，在保證開挖深度及爆破效果的同時(shí)，有效地將爆破振速控制在1 cm/s以內(nèi)；并根據(jù)豎井開挖尺寸及開挖區(qū)域內(nèi)圍巖等級(jí)，利用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行引孔作業(yè)。引孔完成后渣土回填至孔內(nèi)，豎井開挖區(qū)域呈“蜂窩煤”狀。在未引孔區(qū)域打設(shè)炮眼，裝藥爆破，爆破面積小，炮眼數(shù)量減少、裝藥量減少。借助孔內(nèi)虛渣和延時(shí)爆破，減小爆破產(chǎn)生的彈性波的頻率及振幅，從而使爆破產(chǎn)生的彈性波對(duì)地面振動(dòng)效應(yīng)減小，爆破振動(dòng)得到控制。同時(shí)，旋挖鉆引孔產(chǎn)生的輪廓，有效控制了爆破邊界，從而很好地控制了超欠挖現(xiàn)象[2-4]。

施工中通過變換施工技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過多個(gè)循環(huán)的豎井控制爆破開挖現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)，確定了適用于緊鄰重要建(構(gòu))筑物豎井控制爆破開挖施工技術(shù)。

4 緊鄰重要建(構(gòu))筑物豎井施工技術(shù)

貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線10標(biāo)1號(hào)、2號(hào)緊急疏散樓梯豎井緊鄰重要建(構(gòu))筑物，為最大限度減少施工對(duì)周邊重要建(構(gòu))筑物的影響，在開挖過程中采用旋挖鉆引孔+控制爆破施工技術(shù)。在豎井開挖區(qū)域內(nèi)采用旋挖鉆機(jī)引孔，可根據(jù)施工要求多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)；爆破作業(yè)只需在未引孔區(qū)域進(jìn)行，減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，節(jié)約了工期，間接減少了成本費(fèi)用，同時(shí)減少了對(duì)周邊重要構(gòu)筑物的影響。

4.1 緊鄰重要建(構(gòu))筑物豎井旋挖鉆引孔施工工藝

旋挖鉆引孔施工工藝流程見圖2。

圖2 旋挖鉆引孔 施工工藝流程

4.1.1 施工準(zhǔn)備

施工前除應(yīng)熟悉施工場(chǎng)地工程地質(zhì)資料和水文地質(zhì)資料外，還需將鄰近區(qū)域內(nèi)的地上及地下管線(高壓線、管道、電纜)、地下構(gòu)筑物、危險(xiǎn)建筑、實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)上的差別等資料也要準(zhǔn)備齊全，確保不影響現(xiàn)場(chǎng)地施工。1號(hào)、2號(hào)緊急疏散樓梯井地質(zhì)情況見表1。

表1 1～2號(hào)緊急疏散樓梯井地質(zhì)情況

由于1號(hào)、2號(hào)緊急疏散樓梯井地質(zhì)情況不同，在施工中，1號(hào)緊急疏散樓梯井采用旋挖鉆引孔后挖機(jī)直接開挖的施工工藝，而2號(hào)緊急疏散樓梯井采用旋挖鉆引孔+控制爆破的施工工藝。

4.1.2 旋挖鉆引孔孔位布設(shè)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理布置施工場(chǎng)地，先將原地面的淤泥及流砂清除后進(jìn)行場(chǎng)地整平，組織測(cè)量放樣人員將所需樁位放出，釘好十字保護(hù)樁，做好測(cè)量復(fù)核，并作好記錄留查，下完護(hù)筒后拉上十字線復(fù)核護(hù)筒中心點(diǎn)是否與十字線中心吻合，以保證樁位準(zhǔn)確[5]。

孔位放樣按從整體到局部的原則進(jìn)行，規(guī)劃行車路線時(shí)，便道與鉆孔位置保持一定的距離，以免影響孔壁穩(wěn)定[6-7]；鉆機(jī)底盤不宜直接置于不堅(jiān)實(shí)的填土上，以免產(chǎn)生不均勻沉陷[8-9]；鉆機(jī)的安放位置應(yīng)考慮鉆孔施工中孔口出土清運(yùn)的方便[10-11]?？孜坏闹行?，成孔前用全站儀放點(diǎn)、十字線定位，下護(hù)筒后二次檢測(cè)復(fù)核，在終孔后必須檢測(cè)，使其誤差在規(guī)范要求內(nèi)，以確?？孜粶?zhǔn)確[12]。

貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線10標(biāo)1號(hào)、2號(hào)緊急疏散樓梯豎井孔位編號(hào)及布置見圖3、圖4。

圖3 1號(hào)緊急疏散樓梯井孔位編號(hào)及布置(單位：m)

圖4 2號(hào)緊急疏散樓梯井孔位編號(hào)及布置(單位：m)

4.1.3 引孔施工參數(shù)選擇

為取得旋挖鉆機(jī)引孔施工技術(shù)參數(shù)，施工中在1號(hào)、2號(hào)緊急疏散樓梯井對(duì)其進(jìn)行了多種圍巖、多種孔徑、多個(gè)間距及多個(gè)循環(huán)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以指導(dǎo)旋挖鉆引孔作業(yè)施工。

(1)孔徑選擇

為控制旋挖鉆引孔施工成本，并保證引孔區(qū)域滿足控制爆破需求，同時(shí)為了避免孔徑過大在較硬巖層中鉆進(jìn)速度過慢的情況，施工時(shí)，要結(jié)合豎井開挖尺寸及圍巖等級(jí)，合理選擇孔徑。

(2)孔間距確定

為確保控制爆破精度，施工時(shí)要注意孔的空間分布，引孔間距直接決定了旋挖鉆機(jī)引孔數(shù)量及爆破區(qū)域面積。因此，合理選擇引孔間距有利于成本的控制、有利于控制爆破的精準(zhǔn)操作。

旋挖鉆引孔成本與工期節(jié)約成本因地域、工程項(xiàng)目不同而不同，需經(jīng)項(xiàng)目造價(jià)部門核算，選取最優(yōu)的引孔直徑及引孔間距。根據(jù)對(duì)2號(hào)緊急疏散樓梯井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，不同圍巖等級(jí)引孔直徑與引孔間距可參考表2。

表2 不同圍巖等級(jí)旋挖鉆引孔施工參數(shù)

4.1.4 引孔作業(yè)

目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有旋挖鉆引孔作業(yè)技術(shù)已相對(duì)成熟，施工過程中為增加工作效率，按孔位編號(hào)(見圖3、圖4)依次施工，鉆進(jìn)下一孔位內(nèi)的渣土可直接回填至上一完成孔位，隨挖隨填。條件允許可配備挖機(jī)配合清理多余渣土，以減少鉆機(jī)不必要的移動(dòng)。

4.2 緊鄰重要建(構(gòu))筑物豎井控制爆破施工工藝

在貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線10標(biāo)1號(hào)、2號(hào)緊急疏散樓梯井施工中，采用旋挖鉆進(jìn)行引孔作業(yè)，經(jīng)鉆芯取樣和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了1號(hào)緊急疏散樓梯井采用旋挖鉆引孔后挖機(jī)直接開挖的施工工藝，2號(hào)緊急疏散樓梯井采用旋挖鉆引孔+控制爆破的施工工藝。在未引孔區(qū)域打設(shè)炮眼，裝藥爆破，爆破面積小，炮眼數(shù)量減少、裝藥量減少，同時(shí)借助孔內(nèi)虛渣和延時(shí)爆破，減小爆破產(chǎn)生的彈性波的頻率及振幅，從而使爆破產(chǎn)生的彈性波對(duì)地面振動(dòng)幅度減小，爆破振動(dòng)得到控制。緊鄰重要建(構(gòu))筑物豎井控制爆破施工工藝見圖5。

圖5 豎井控制爆破開挖施工工藝流程

(1)炮眼孔位測(cè)放

測(cè)量放線定位孔，為更好地控制超欠挖，周邊孔位外切于豎井開挖輪廓線，四個(gè)角孔內(nèi)接于豎井開挖角點(diǎn)。為便于炮眼布設(shè)，孔位應(yīng)橫平豎直，爆破區(qū)域滿足炮眼布設(shè)需求。測(cè)量定位孔位，用鋼筋作好孔位標(biāo)志并進(jìn)行編號(hào)，具體布置見圖6。

圖6 旋挖鉆引孔作業(yè)孔位布置

(2)炮眼布設(shè)

傳統(tǒng)的豎井爆破開挖需要從中間往兩邊分別布置掏槽眼、輔助眼、周邊眼，經(jīng)旋挖鉆機(jī)引孔后，只需對(duì)豎井開挖區(qū)域內(nèi)未引孔巖體進(jìn)行松動(dòng)爆破即可。炮眼布置于孔位之間的未引孔巖體內(nèi)，根據(jù)起爆深度確定炮眼角度，一般控制在15°～30°之間；炮眼深度根據(jù)開挖深度以及炮眼角度進(jìn)行調(diào)整，一般控制在3 m以內(nèi)；炮眼排數(shù)根據(jù)爆破面積確定。

(3)裝藥連線

因僅需對(duì)未引孔巖體進(jìn)行松動(dòng)爆破，單孔裝藥量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于常規(guī)控制爆破裝藥量。裝藥量根據(jù)圍巖地質(zhì)情況確定，正式爆破前，通過2～3個(gè)循環(huán)的試爆效果調(diào)整裝藥量。

雷管采用電子毫秒雷管，根據(jù)爆破排數(shù)確定雷管延遲毫秒數(shù)，通過微差起爆，可更好地達(dá)到爆破預(yù)期效果，同時(shí)避免了爆破產(chǎn)生的彈性波疊加導(dǎo)致的振動(dòng)頻率及振幅的增加。

(4)輔助措施

為確保爆破作業(yè)安全，防止爆破產(chǎn)生的飛石飛出豎井，危害周邊建(構(gòu))筑物及車輛行人安全，裝藥連線完成后，采用炮皮+棉被對(duì)整個(gè)控制爆破開挖區(qū)域進(jìn)行覆蓋；同時(shí)，豎井口采用炮被覆蓋(炮被高于井口5～10 cm，以減少爆破沖擊)，減小爆破產(chǎn)生的施工噪聲，避免飛石飛出豎井。爆破前，鳴哨示警，疏散爆破區(qū)域10 m范圍內(nèi)行人、攔截道路車輛，響炮后方可恢復(fù)交通。

4.3 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

在北京西路站1號(hào)、2號(hào)緊急疏散樓梯井采用本施工技術(shù)，未發(fā)生居民阻工、周邊建(構(gòu))筑物沉降開裂等安全和質(zhì)量事故，實(shí)現(xiàn)了緊鄰重要建(構(gòu))筑物豎井控制爆破開挖易控的目的，加快了施工進(jìn)度，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。

(1)爆破振速得到有效控制

按照“弱爆破、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”原則進(jìn)行施工，爆破監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，振速符合設(shè)計(jì)要求。

(2)工期可控

旋挖鉆引孔作業(yè)后實(shí)施松動(dòng)爆破，可規(guī)避過程中炮損糾紛造成的阻工，工期能夠得到有效控制。

(3)對(duì)周邊環(huán)境干擾小

采用該技術(shù)，爆破噪聲及振動(dòng)得到有效控制，爆破振動(dòng)對(duì)周邊重要建(構(gòu))筑物幾乎無(wú)影響。根據(jù)日常監(jiān)測(cè)報(bào)告，周邊建(構(gòu))筑物無(wú)沉降、開裂現(xiàn)象。

5 結(jié)論

(1)在豎井開挖區(qū)域內(nèi)采用旋挖鉆機(jī)引孔，可根據(jù)施工要求多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)；爆破作業(yè)只需在未引孔區(qū)域進(jìn)行，減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，節(jié)約了工期，間接減少了成本費(fèi)用。

(2)旋挖鉆引孔作業(yè)后，有效控制了爆破產(chǎn)生的彈性波對(duì)地表的振動(dòng)，與傳統(tǒng)控制爆破相比，同等藥量情況下，爆破深度更深、振動(dòng)更小，加快了施工進(jìn)度，同時(shí)開挖邊界受到引孔孔位的控制，提高了爆破作業(yè)操作精度，很好地控制了超欠挖現(xiàn)象。

(3)旋挖鉆機(jī)引孔后，當(dāng)遇到特殊情況火工品無(wú)法供應(yīng)時(shí)，利用引孔后形成的大量臨空面，也可采用機(jī)械破碎的方式進(jìn)行開挖作業(yè)，受火工品供應(yīng)影響較小，施工靈活性高。

(4)旋挖鉆引孔+控制爆破技術(shù)，將施工區(qū)域與非施工區(qū)域有效隔離，減少了對(duì)周邊重要構(gòu)筑物的影響，規(guī)避了炮損阻工糾紛。