地铁紧邻商业区竖井明挖水压减震降噪爆破控制技术探索

赵 杰

一、工程概况

(一)结构概况。苗会区间竖井开挖断面尺寸为5m×9m矩形断面，井深23.4m。初期支护形式为钢格栅、φ42注浆小导管、钢筋网及喷射混凝土，井口设高于地面0.4m的防淹井圈。竖井碴土采用碴斗、龙门吊垂直提升至临时存碴场。

(二)工程地质。竖井锁口以下6m为杂填土和砂土，采用机械开挖;6m以下为中～微风化花岗岩，岩质较硬，饱和单轴抗压强度在48～96Mpa左右，需采用爆破开挖;地下水位埋深3.2m。

二、钻爆设计

(一)爆破方案的确定。采用“水袋+炮泥堵塞炮眼”微差爆破控制技术。掏槽方式采用楔形掏槽，掏槽孔、辅助孔、周边孔相结合进行布孔，采用塑料导爆管非电起爆网路，起爆器起爆，利用多段别非电毫秒延期雷管实现微差爆破。

(二)爆破参数的选择。

1.炮孔深度L、孔径d。辅助孔、周边孔孔深取1.0m，掏槽孔加深20%，取1.2m;孔径d取42mm。

2.孔网参数。

(1)周边孔。根据E/W=0.8的原则确定，一般孔间距E=45～60cm，现取 E=60cm:光爆层厚度 W=E/0.8=75cm，取W=8Ocm。

(2)辅助孔。为使爆后的石碴块度适中，便于装运，一般排距 b:70 ～90cm，孔距 a=(1.0 － 1.2)b，取 b=80cm，a=90cm。

(3)掏槽孔。采用六孔楔形掏槽，两排炮孔孔口间距50cm，孔底间距20cm，这样可以使掏槽的单段用药量减少，有效地控制爆破震动速度。

3.炮孔布置方法。基于安全设计的原则，在进行炮孔布置设计时一定要本着安全的原则对炮孔的位置进行确定，对于炮孔的设置一定要遵循科学的方法，具体的布置策略是:一是进行掏槽孔的施工，其位置主要是位于开挖断面的中心，在确定掏槽孔之后在其周围进行周边孔，其位于断面的设计线附近，根据实践操作，在进行周边孔时一定要注意距离问题，只有在距离设计线10cm才能进行施工;二是进行辅助孔的施工，辅助孔应该向掏槽孔四周进行布置。

4.单孔装药量计算。周边孔:单孔装药量参照光面爆破经验确定，线装药密度 ql=0.15 － 0.25 kg/m，取 ql=0.2kg/m，单孔装药量 q=ql×L=0.2kg。

其它炮孔单孔装药量根据炮孔的装药系数进行计算:

q=q2×L×η

式中:q为单孔装药量(kg);q2为炸药的线装药密度，采用Φ32药卷时，取0.78kg/m;L为炮孔深度(m);η为装药系数，掏槽孔的装药系数取0.55～0.65;辅助孔的装药系数取0.45～0.55。

所以掏槽孔的单孔装药量q=0.78 ×1.2 ×0.6=0.56kg，取q=0.6kg;

辅助孔单孔装药量 q=0.78 ×1.0 ×0.5=0.39kg，取 q=0.4kg。

(三)装药结构。采用“水袋+炮泥堵塞炮眼”的爆破施工方法替代传统爆破施工方法来提高爆破效率，减少对周边环境的影响，实现“绿色爆破”的目标。“水袋+炮泥堵塞炮眼”爆破施工方法装药结构图见图1，普通爆破施工方法装药结构图见图2。

图1 “水袋+炮泥堵塞炮眼”爆破施工方法装药结构图

图2 普通爆破施工方法装药结构图

(四)爆破安全设计。

1.爆破震动。本次爆破周围有楼房、给水管道等设施，采用微差爆破时，需控制最大一段装药量，使爆破震动速度控制在安全允许的范围内。根据萨道夫斯基公式:

Qmax=R3(V/K)3/α

式中:Q max为最大一段装药量，kg;R为爆破区至被保护物的距离，m;v为爆破地震安全震速，cm/s;K为与爆破场地条件有关的系数，根据前期的爆破震动监测，取K=72;α为地震波的衰减系数，根据前期的爆破监测，取α=1.7。

按照上述数据和公式计算得最大一段装药量Qmax=4.5kg。

2.爆破飞石。本次爆破是在井下进行，通过控制装药量及采取相应的防护和覆盖措施，可以防止爆破飞石飞出井口和作业场地，针对爆破飞石采取的防护措施有:一是炮孔孔口用橡胶条编织的炮被进行覆盖;二是炮被上堆压一层砂袋;三是竖井井口整体覆盖可翻转的以方钢为骨架加双层厚帆布的缓冲板，缓冲板与护栏间的间隙正好作为高压气体的出气口。

3.空气冲击波。通过炮孔孔口覆盖和竖井井口的覆盖，在防止爆破飞石的同时，也大大降低了空气冲击波的强度，有效防止了空气冲击波的危害，同时也起到了降噪的目的。

图3 竖井爆破防护示意图

(五)起爆网路。

1.起爆顺序。先掏槽孔而后辅助孔最后周边孔。

2.网路形式。采用塑料导爆管非电起爆网路，簇并联方式，为避免共振的产生，雷管采用跳段使用。孔内:周边孔采用11～17段非电毫秒雷管，其它孔采用l～11段非电毫秒雷管;孔外:采用1段、9段非电毫秒雷管传爆。

3.起爆方法。采用起爆器起爆起爆线方法起爆。

三、爆破效果与体会

以上方法在青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程01标苗会区间竖井爆破施工中取得了良好的效果，通过每次振速监测，爆破振速一直控制在1.3cm/s以内，爆破开挖断面爆破成型较好，石碴块度适宜，未发生任何安全事故。通过本次爆破施工有以下几点体会:

(一)爆破震动控制是本次爆破施工的重要内容。本次爆破中分别在周围楼房基础及给水管道上的地表布置了监测点，进行爆破震速监测，根据实测数据适时动态调整爆破参数，有效地控制了爆破震动对周围建筑物及地下管线的影响，保证了爆破的安全。

(二)通过采用直接覆盖防护、近体防护和保护性防护组成的联合防护体系。如此有效地防止了爆破飞石的飞散，避免了爆破飞石对周围建筑物、车辆行人的伤害。

(三)要重视炮孔的堵塞。采用“水袋+炮泥堵塞炮眼”爆破施工方法明显改善了爆破后的工作环境，降低了粉尘，减小了噪音，降低了对周边居民的影响，达到了“绿色爆破”的目标。而且进尺比常规爆破平均多20cm左右。该项技术不仅节能环保，而且产生了一定的经济与社会效益，具有很强的生命力和应用空间，符合工程建设可持续发展的方针。

[1]国家质量技术监督局.地下铁道工程施工及验收规范(2003年版)GB50299－1999，1999－6－10

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.爆破安全规程GB6722－2014，2014－12－5