地鐵明挖基坑工程爆破施工技術控制措施

屈振巖

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

基坑工程是集地質工程、巖土工程、結構工程和巖土測試技術于一身的系統工程，其設計和施工成為巖土工程學科的主要研究課題之一。對深基坑爆破開挖的研究一直受到國內外不少學者的青睞，學者在巖石爆破機理及巖石爆破振動對鄰近建筑物所產生的影響方面進行大量的研究。

1 工程概況

思源站為13.5 m 站臺雙層島式車站、箱型框架結構。車站主體結構總長為199.8 m，寬度22.2 m，基坑深約18 m，采用明挖法施工。車站主體結構基坑分兩期施工，待一期施工回填完畢后恢復道路路面及交通，再進行第二期及附屬施工，兩期施工分界處設置隔離樁。

2 水文地質情況

思源站施工場地地下水以其含水介質可分為松散層孔隙水和基巖裂隙水兩類。基坑水量總體較小。施工范圍內地層主要為第四系全新統（Q4）和侏羅系中統沙溪廟組（J2S）沉積巖組成。

3 施工技術

3.1 工藝原理

通過孔位的布置、孔深等參數調節爆破的作用效果，將排間毫秒延期與孔間毫秒延期相結合，利用單段、多段炸藥的時間差，分時對炸藥起爆進行設置，使炮孔與炮孔之間、炸藥與炸藥之間相互作用、相互制約從而達到爆破效果的控制作用[1]。分時間、隔時間的選擇主要與巖石性質、抵抗線、孔位布置、減振目標做為計算依據，通過現場實踐，根據孔位的布置順序，通常炸藥起爆分時時間間隔控制在25～500 ms，既能夠達到預期爆破效果，又能有效控制飛石、振動和后沖作用。分時爆破工作原理如圖1 所示。

3.2 施工方法

3.2.1 施工準備

鉆眼前，測量人員按爆破設計進行布孔，標出炮眼位置，其誤差不得超過5 cm。

3.2.2 鉆孔

結合現場環境，孔位按照梅花型布置，間距控制在1～1.5 m。傾斜鉆孔時嚴格控制角度，鉆孔傾斜度不大于15°，確保鉆孔質量、數量滿足設計計算要求。臺階及炮孔布置如圖2 所示。

圖2 臺階及炮孔布置

3.2.3 質量檢查

（1）按照炮眼布置圖正確鉆孔。

（2）炮眼眼口間距誤差和眼底間距誤差不大于5 cm。

（3）當開挖面凹凸面較大時，應按實際情況，調整炮眼深度，使所有炮眼眼底在同一垂直面上。

（4）鉆眼完畢，按炮眼布置圖進行檢查，并做好記錄，有不符要求的炮眼須重新鉆，經檢查合格后，才能裝藥起爆[2]。

3.2.4 清洗炮孔

裝藥前，采用小于炮眼直徑的高壓風管輸入高壓風將炮眼石屑清理干凈，確保孔道暢通能順利裝藥。

3.2.5 裝藥

在確認炮孔清洗完成并驗收合格后，方可進行裝藥工作。采用兩種裝藥結構形式，基坑邊坡炮眼采用間隔裝藥形式，基坑內部炮眼采用連續裝藥形式。裝藥結構如圖3 所示。

圖3 裝藥結構

連續裝藥結構藥包每孔藥包安放完成后，再用木質炮棍輕輕壓緊。間隔裝藥結構藥包，用導爆索間隔的把藥卷加工成藥串。裝藥完成后進行炮孔堵塞，使炸藥在受約束條件下充分爆炸，堵塞長度不得小于炮眼深度的1/3。堵塞材料首先采用炮泥（砂∶黏土∶水=3∶1∶1），堵塞密實。

3.2.6 線路連接

采用毫秒延期逐孔順序起爆，各段位分時間隔間隔參數見表1。

表1 各段位時間間隔參數

爆破段位分配、孔位連線及爆破延時如圖4 所示。

圖4 爆破段位分配、孔位連線爆破延時示意

3.2.7 線路建成

將整個起爆網絡中每4～5 個起爆孔分為一組，將每組的導爆雷管與地表傳爆管雷管采用電工膠帶反向捆扎聯接，最后將地表傳爆雷管與具有良好絕緣性和柔軟性的銅芯母線連接。

3.2.8 爆破

（1）爆破時嚴格執行預警、起爆、解除三種統一信號，確保警戒區域內無人員、機械設備。

（2）采用TC-4850 爆破振動測試儀進行監測，起爆前安裝在需周邊需保護建構筑物上，爆破完成后直接在一期上讀取X方向、Y 方向、Z 方向振速讀數并準確記錄。

（3）爆破過程中，每個炮孔的起爆都相對獨立，每個炮孔的臨空面增多，夾制作用減小，破碎效果好。

3.2.9 效果評價

爆破結束后，對該次爆破效果進行評價，主要從爆破振速、斷面超欠挖情況、爆破飛石情況、爆渣大塊率、爆堆是否集中，認真總結分析原因，有針對性的對爆破參數進行優化調整，使爆破達到最優效果[3]。

3.2.10 爆破參數修正

（1）爆破振速增大或超限，可采取減小裝藥量、增加分段、減小最大單次齊爆量等措施。

（2）斷面超欠挖，可采取調整孔深、孔間距、增加欠挖或減小超挖部位的裝藥量。

（3）爆破飛石較多，可采取減小裝藥量、調整爆破最小抵抗線距離、炮被壓載等措施。

3.3 主要參數

爆破孔位的位置、方向和深度等參數都直接影響爆破效果。基坑爆破在露天土巖的臺階上進行，工作面以臺階形式推進，每隔臺階至少有兩個自由面。在臺階水平面進行鉆孔、裝藥、堵塞及起爆。爆破時巖石沿傾斜的自由面的方向剝落，形成新的傾斜自由面。

關于裝藥中心到自由面的最短距離，底盤抵抗線W 底表示炮孔底中心支臺階底部坡腳的距離，為了降低裝藥結構高度，鉆孔時需要超鉆△h。爆破參數應根據施工現場的具體條件，通過現場試驗修正，取得最佳參數值。其中單位炸藥消耗量根據巖體堅固系數可參照表2 來選擇確定。

表2 爆破炸藥單耗量

另外，單孔裝藥量通常采用以裝藥長度控制和裝藥體積控制兩種方法，分時爆破控制采用體積計算方法。單排單孔炸藥量

可如式（1）所示：

式（1）中，q 為單自由面爆破炸藥單耗，單位kg/m3；V 為單個炮孔爆下的巖石體積，單位m3；e 為能量換算系數，根據常用炸藥換算系數表查得，取1.0。

3.4 排間毫秒延期起爆時間間隔

間隔時間主要與巖石性質、抵抗線、巖體移動速度以及對破碎效果和減振要求等因素有關。地鐵基坑規則爆破時，毫秒延期間隔時間為25～500 ms。

3.5 監控量測

基坑控制爆破實施過程中，加強基坑監控量測。在基坑常規監測的項目基礎上增設爆破振動監測。監測變化速率平均值見表3。

表3 監測控制

4 結語

對工程在實際爆破開挖時基坑鄰近市政管線、構建筑物的爆破振速開展現場試驗、監測。將數值計算結果與實測振動數據的對比分析，初步獲得的地表振動參數的數值、炮孔直徑、炮孔深度、炮孔間距和排距以及裝藥量等基本設計參數，爆破參數及施工方法可為類似工程提供寶貴經驗。