南昌西站微风化泥岩开挖技术

郑 明

中铁建工集团有限公司 上海 200331

1 工程概况

南昌西站项目所在的地质环境较为特殊，除开表层部分黏土外，下部绝大部分为微风化、中风化泥岩层，土质坚硬，对进度形成严重影响，需要开发一种既能保证周围土体不受影响，又能有效控制承台开挖尺寸，还能加快进度、保证质量的新技术。因此，结合地质及设计特点，应用钻爆结合承台开挖施工，取得了良好的效果。

2 工艺原理

2.1 爆破原理

旋挖钻机钻完孔、挖机将场地略做平整后，爆破用气腿式凿岩机或潜孔钻机进入场地钻炮孔，炮孔呈梅花形布置，采用线形连续装药结构，上口堵塞严密，用非电导爆管起爆网路。爆破方式一般采用浅孔爆破和深孔台阶爆破两种。

2.2 浅孔爆破

台阶高度在5 m以下时，选用气腿式凿岩机钻孔。其他作业参数为：

（a）台阶高度H根据凿眼作业条件及凿眼设备状况，确定取H=2 m；

（b）钻孔直径D的大小，主要取决于钻孔机械、台阶高度以及岩石的性质，本工程采用7655风动凿岩机，Φ40 mm钻头；

（c）倾角结合图纸设计的边坡比及岩体稳固情况，钻孔形式采用倾斜孔，倾角为75°；

（d）超钻深度h和钻孔深度L，超钻深度h是为了克服底板阻力，使爆破后不留岩坎，本工程超钻深度按0.3 m计算；钻孔深度L=2.4 m。

（e）底盘抵抗线w1，本工程底盘最小抵抗线取w1=1.0 m。

（f）炮孔间距a的确定为取a=1.5 m。

（g）排距b的确定为b=1.0 m。

（h）单孔装药量计算为Q=0.9 kg

2.3 深孔台阶爆破

本工程的爆破开挖台阶高度在5 m以上时，钻孔设备选用性能卓越的潜孔钻机，爆破方式为松动爆破。其主要参数如下所示。

（a）钻孔直径：D=115 mm；

（b）台阶高度：H=5～10 m；

（c）钻孔深度L：L=H+h；

（d）钻孔倾角为80°～90°。

（e）最小抵抗线：本工程对Φ115 mm孔，W取3～4 m 。

（f）底盘抵抗线Wd：根据经验75°～85°的坡度一般取值范围为3.5～4 m；

（g）孔距：a=（0.8～1.5）W；

（h）排距：b=W；

（i）前排钻孔装药量：Q=KHWa；

（j）后排钻孔装药量：Q=（1.1～1.2）KHab，K为单位炸药消耗量，比照同类工程，取0.30～0.40 kg/m3；

（k）超钻：本工程取0.5～1.5 m；

（l）堵塞长度 ：ΔL=（1.0～1.2）W。

3 施工工艺流程及操作要点[1-8]

3.1 工艺流程

施工准备（机械及承台开挖的计划制定）→场地平整→承台放线→旋挖钻机钻孔→平整场地、炮孔测定放线→钻机钻孔、吹孔→装药、堵塞、起爆网路布置→爆破→测量放线（确定承台边线位置）→承台基坑土方挖除及四周基坑壁修整→四周基坑壁喷射混凝土→坑底标高复查及基槽底人工清理→基槽验收→承台垫层混凝土浇筑

3.2 操作要点

3.2.1 旋挖钻机钻孔

旋挖钻机沿着测量工放好的承台边线在承台四周钻出一圈隔离孔，保证相邻钻孔相连，使中间区域隔离开，最大程度地确保中间区域爆破时不对基坑外围土体产生影响，钻孔深度根据图纸承台深度而定（图1）。

图1 钻爆结合工艺平面示意

3.2.2 布孔、装药和堵塞方式

布孔方式采用梅花形布孔，如图2。

图2 梅花形布孔

装药结构采用线形连续装药结构。用Φ90 mm的乳化炸药卷做起爆药包，其余也用乳化炸药，每孔装2 个乳化炸药起爆体；间隔装药孔内装4 个起爆药包，装药结构如图3。

图3 装药结构

堵塞采用砂黏土堵塞并用炮棍轻轻捣实，对有水炮孔，应进行排水处理或采用防水装药。

3.2.3 起爆网路

为了减少外界杂散电流、感应电流、射频电流等可能引起的早爆或误爆事故，采用非电导爆管起爆网路，导爆管与导爆管之间用四通或雷管等连接件相连。导爆管引出爆区用电雷管起爆（图4）。

图4 雷管布置示意

根据本工程特点，采用排-排，孔-孔之间分别微差起爆技术，无论深孔还是浅孔爆破，原则上采用单孔一响的联结形式。本工程中孔内使用10 段以上非电毫秒雷管，孔外采用3～5 段雷管接力传爆。为提高准爆性，孔内外采用双发毫秒非电雷管。

这种方法综合了排间顺序和斜线起爆的优点，大块率低，可以有效地控制爆破地震波对相邻边坡的破坏，并减少飞石。当微差时间超过50 ms时，爆破能达到最佳效果。本次爆破所选取的微差时间间隔为50～110 ms。

如果爆破振动测试所得的数据显示振动超标，则改用孔内分段的逐孔起爆网路。

3.2.4 装药、堵塞

（a）堵塞长度：深孔爆破堵塞长度控制在3.5 m以上，最小不少于3.0 m。浅孔爆破控制在2/3 倍的孔深，一般不少于1.5 m。

（b）装药：装药前必须认真核查孔口标识卡，严格按照标识卡要求进行装药，装药时应将炸药用木质器具慢慢捣入孔内，对于堵塞的孔眼用竹竿捣通。装药时应将每孔雷管段别标识卡放在孔外，以便检验。

（c）堵塞质量：装药后将剩余部分炮孔全部堵塞，堵塞材料就地取用钻岩岩粉或采用山土，堵塞要紧密，并注意保护线路不受损坏。

3.2.5 基坑壁喷射混凝土

采用混凝土护坡的形式对已修整完的基坑壁进行支护。喷射混凝土强度C20，厚度50 mm；混凝土配合比为水泥∶砂∶石＝1∶2∶2，喷射混凝土中添加水泥质量3%的喷射混凝土速凝剂。

4 结语

南昌西站站房承台基底持力层选择微、中风化岩层，大基坑土方约为82 万m3，工程于2010年8月开工，2013年9月竣工。成功运用了钻爆结合承台开挖技术，在保证工程质量、缩短工期、节约成本方面取得了显著的效果，取得了良好的社会效益和经济效益。

利用打桩用旋挖钻机沿承台边线钻孔，形成一圈隔离孔，有效地将基坑周围土体与内部土体隔离开，在采用爆破技术对中间土体进行破碎，而对周围土体不产生影响，然后用挖掘机对四周基坑壁进行修整及挖除内部土体，形成光滑平整面作为承台混凝土的胎膜。本工法的主要难度在于如何确定在中风化泥岩中使用最合理的火药量、火药埋深、药孔间距，使泥岩在爆破后形成的颗粒大小能够直接通过挖机开挖，不需要进行二次破碎，最大程度加快施工进度。