控制爆破技术在深基坑施工中的应用

豆　强

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津　300350)



控制爆破技术在深基坑施工中的应用

豆强

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津300350)

摘要：某深基坑开挖实例，针对强风化、中分化、微风化花岗岩石采取不同的控制爆破方案、爆破参数的设计及相应控制措施等，能够最大限度地避免对附近密集房屋及设施的破坏,在无振动、无飞石、无污染的条件下完成施工，安全、高效、经济、环保，对类似工程有借鉴意义。

关键词：复杂环境；深基坑开挖；控制爆破；装药参数

前言

随着铁路、水利、城市交通、市政等基础设施建设步伐的加快, 地下工程建设项目越来越多。这些建设项目周边环境十分复杂, 主要体现在周边及拱顶上方建( 构) 筑物密集、距离近、隧道埋深浅等。因此搞好复杂环境下的爆破作业特别重要, 也是施工控制的重点和难点。由于施工周围的环境较复杂化，给控制爆破技术带来了困难，飞石和爆破地震波、冲击波等有害效应必须严格控制。目前我国复杂条件下爆破技术研究和实践飞速发展,其中包括松动爆破、微差挤压爆破、间隔装药爆破、光面(预裂)爆破、定向断裂爆破、护壁爆破、小抵抗线大孔距爆破、孔底起爆爆破、复合装药爆破、静态爆破等。为进一步探求更加安全、高效、经济、环保的控制爆破技术，本文结合工程实际，针对强风化、中分化、微风化花岗岩石方采取不同的控制爆破方案、爆破参数的设计及相应控制措施等，能够最大限度地避免对附近密集房屋及设施的破坏,在无振动、无飞石、无污染的条件下完成施工,主要是通过控制装药量，设置减震孔、防护网等措施，控制爆破，使建筑物得到保护[1]，而且施工安全、高效、经济、环保，被各界广泛推广。

1工程概况

某工程深基坑地质为上层新生界第四系全新统残坡积土，下层为太古宇大营子组混合花岗岩，为强风化、中风化、微风化花岗岩，地下水主要为基岩裂隙水。需要进行爆破，采用明挖法施工。基坑开挖深度8.5～16.96 m，挖方总量4.1万m3，其中土方0.25万m3，石方3.85万m3，其中强风化岩石0.35万m3，微风化及中风化岩石3.5万m3。均采用明挖施工。本工程围护结构采用钢管桩型式。

2周边环境及工程地质

本工区南北两侧均为村庄，民房密集，毗邻隧道施工洞口，且距公路不足50 m，车流量大。该爆破区南面距离6 m处为钢筋加工区，16 m处为施工营区；北侧距8m处为钢管及材料堆放区，22m处为民用住宅；东侧为道路，爆区四周均为4m高围挡阻隔。该爆破区岩石性质上层新生界第四系全新统残坡积土，下部为强风化、中风化和微风化花岗岩，坚硬系f值取8～12。

3石方爆破技术的可行性论证

根据现场勘查的情况和设计文件的地质资料，结合我公司多年类似工程的施工经验，本工程爆破施工拟采用露天浅孔台阶爆破施工方案。在保证施工安全及周边建筑物处振速不超标(20mm/s)的前提下尽可能进行大区域爆破，避免频繁爆破对其它分项工程施工时躲炮和行走车辆的影响。

3.1爆破试验方案

在原有类似工程爆破参数施工经验的基础上，结合本工程实际地质情况，在不同地质条件段进行大面积爆破前，拟进行必要的爆破试验。

(1) 台阶爆破试验：求得石方爆破最佳孔网参数与单位炸药消耗量。

(2) 为了获得利于出碴装运粒径进行控制爆破试验：求得最佳孔距和单耗药量。

开挖区岩石为花岗岩，根据风化程度的不同分为强风化、中风化、微风化，因此台阶爆破试验从一开始就进行，在不同的风化段分别做3次不同试验，通过多次爆破试验总结以便充分掌握不同地质条件下岩石的可爆破特性和炸药的爆破性能，从而得出合理的孔网爆破参数和单耗。

另外每一次爆破试验在依据前一次爆破总结成果的基础上进行爆破参数的设计调整，并在每次常规爆破过程中及时进行分析、总结和调整，以便在实际施工中调整完善后再进行推广应用。

3.2爆破技术设计

采用浅孔台阶爆破施工方案来实现岩石的松动。钻孔机械和钻爆材料的选用：本工程钻孔机械选用性能卓越的天水牌YT-28型凿岩机，钻头直径为40mm。炸药选用乳化炸药；雷管选用非电毫秒微差雷管；起爆器采用LS-2型；导爆管采用塑料导爆管；起爆网络为串联形式。

3.2.1装药结构

装药结构为连续耦合装药，孔底反向起爆法，装药结构见图1。

图1 装药结构

3.2.2装药参数

该经验爆破参数是在充分考虑爆破振速和粒径要求的前提下进行设计的。

(1)炮孔直径D

炮孔直径根据选用的钻孔机械，取D=40～42mm。

(2)台阶高度H的确定

根据现场地形和爆破振速不超标且能满足爆起要求的控制，取台阶高度H=2.0m。

(3)底盘抵抗线W1

W1=(25～40)D或W1=(0.5～0.9)H，得W1=1.0～1.8m，由于爆区环境复杂，W1取值为1.4m。

(4)超深h

超深h=(0.10～0.35)W1,得h=(0.14～0.49),取h值为0.3m。

(5)炮孔深度L

炮孔深度L=H+h，得L=2.0+0.3=2.3m。

(6)炮孔间距a

炮孔间距a=(0.8～2.0)W1，由于周围环境复杂，a取小值，即a=1.2m。

(7)炮孔排距b

炮孔排距b=(0.8～1.2)W1，由于周围环境复杂，b取小值，即b=1.1m。

(8)单位炸药消耗量q

单位炸药消耗量q=(0.24～0.3)kg/m3，取q=0.3kg/m3。

(9)单孔药量Q

单孔药量Q=qabL=0.3×1.2×1.1×2.3=0.91kg，实取Q=0.9kg。

(10)回填长度

回填长度不小于最小抵抗线W1。

在施工过程中结合实际施工需要，及时调整爆破参数进行爆破，并结合爆破实际效果及时调整爆破参数，直至达到最佳效果。

3.2.3布孔方式及起爆网络

为了保证起爆网络的安全传播，改善爆破质量，减少爆破危害，方便施工操作，本工程的布孔方式为方格形布孔，见图2。起爆网络为孔内7段孔外4段串联起爆，见图3。一次齐爆起爆药量根据现场实际情况和需要保护的对象，经过震动验算和测振来确定[3]。

图2 方形布孔图

3.2.4爆破规模

由于工程量大、工期紧，为了确保按期完成施工任务，计划日爆破1次，每次爆破孔数为300孔，装药量270kg，爆破方量为600m3。

4爆破安全专项技术方案

爆破安全专项技术方案设计是以“注重环保、安全施工、文明施工”为前提的。

图3 起爆网络图

4.1爆破飞石控制

为了防止飞石影响周边居民屋和公路上的车辆等物造成破坏，拟采用如下保护措施：

(1)主要采取松动爆破来减少飞石。爆破时，应使用非常致密的炮被，加强炮被覆盖，炮被采用橡胶炮被，规格为2.2m×2m，靠近民房和路边时，要加盖2层，坚决杜绝个别石碴从炮被缝隙中窜出。

(2)严格控制爆碴抛掷方向，炮眼一定要垂直，确保炮孔堵塞质量和长度，避免出现“冲天炮”。

(3)通过调整抵抗线的方向，控制飞石方向。

(4)通过基坑顶设置防抛网控制飞石高度。

4.2爆破震动的控制

为了保证基坑边坡及周围建筑物的安全，采用控制单次最大起爆药量的方法校核安全距离。爆破引起质点振动速度：V=K(Q1/3/R)a

R—爆源到计算点的距离，m；

V—保护对象所在地面质点振动速度，cm/s。《国家爆破安全规程》规定一般砖房安全振速1.5～2cm/s，考虑周边建筑物的安全和结合设计图纸要求不大于2cm/s，取小值为2.0。

K、a—分别为爆破点到计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。《爆破安全规程》GB6722-2011规定可按下表取值或通过现场实验取值；对于中硬岩石，本次K取200，a取1.8。

表1　爆区不同岩性的K、a值

单次最大起爆药量Q=[R(V/K)1/a]3

5m处：Q=[5(2/200)1/1.8]3=0.06kg；7m处：Q=0.16kg；8m处：Q=0.24kg；10m处：Q=0.46kg；20m处：Q=3.71kg；30m处：Q=12.53kg；

根据计算可知：最大单次起爆药量根据距离确定，可以保证周围建筑物的安全。

4.3爆破灰层控制

爆破作业时先将作业场地洒水打湿，起爆点采取防水处理，可用塑料袋套住，胶布裹紧。

5总结

经过现场爆破试验确认爆破技术可行，装药结构、起爆网络、振速控制、飞石控制、扬尘控制均不变，只需要对炮眼间排距及单孔药量微调即可。当岩石为强风化花岗岩时，选用此爆破参数设计可以达到爆破振速不超标，岩石爆破后粒径满足出碴要求；当岩石为中风化花岗岩时，炮眼间距调整为1.1m，排距调整为1.0m，单孔药量为0.7kg可以达到效果；当岩石为微风化花岗岩时，炮眼间距调整为1m，排距调整为1m，单孔药量调整为0.8kg可以达到效果。

本工程分别经历了强风化、中分化、微风化花岗岩石方爆破，严格按照此技术方案及相应参数施工，效果良好，多次被全线树为样板工程，证明该控制爆破技术安全、高效、经济、环保。

参考文献：

[1]黄明利，孟小伟，谭忠盛，等.浅埋隧道下穿密集房屋爆破减震技术研究[J].地下空间与工程学报，2012(02):23-24.

[2]郑志，张利.浅埋隧道进口明挖爆破施工控制[J].北方交通,2010(11):55-56.

[3]梁波.浅孔微差松动控制爆破技术及其在地铁车站基坑施工中的应用[J].西部探矿工程,2011(03):71-72.

[4]张胜龙.复杂环境下地铁明挖深基坑的爆破施工[J].城市轨道交通研究,2010(02):44-45.

[5]齐敦祥.控制爆破在隧道明挖施工中的应用[J].山西建筑,2008(07):33-34.

Application of controlled blasting technology in deep foundation pit construction

DOU Qiang

(China Railway 18thBureau Group Fourth Engineering Co, Ltd, Tianjin 300350, China)

Abstract：Conbining with an instance of a deep foundation pit excavation in view of granite with different degrees of weathering,different blasting scheme, the design of blasting parameters and the corresponding control measures are adopted,so that damages to dense buildings and facilities nearby could be avoided to the greatest extent and construction could be completed under the condition of no vibration,no flying stone,no pollution,which provided reference for similar projects.

Key words：complex environment, deep foundation pit excavation, controlled blasting, charging parameter

收稿日期：2016-03-16

作者简介：豆强(1985-)，男，甘肃宁县人，工程师，大学，主要从事桥隧施工工作。

中图分类号：TU751.9

文献标识码：B

文章编号：1673-0496(2016)02-0024-04

DOI:10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2016.02.008