邻近建筑物的车站开挖爆破减振技术

罗海鹏

(中铁十七局集团第六工程有限公司,福建 福州 350014)

1 引言

21世纪是我国隧道与地下工程建设的高峰期[1,2]。坚硬岩层以爆破方式开挖最为经济合理,此类工程一般环境复杂、交通繁忙、行人密集,给爆破施工带来巨大挑战。王德宝[3]等通过优化爆破网路、布置减振孔、设置减振爆区等减振措施成功控制了爆破振动对周边被保护建筑的危害,方俊波[4]为了确保距隧道拱顶的地表建筑物安全,采用了大中空孔直眼掏槽技术、一次起爆分部延时爆破、浅孔多眼等技术,将地表建筑物最大垂直振速控制在国标允许范围之内。苏兴矩[5]在隧道下穿超浅埋轨道时围岩开挖采用了拱上部周边打空炮眼减振、开挖面增打减振孔、炮孔复合装药、预留光爆层等综合减振措施。张俊兵[6]等通过对不同地质段采取预裂光面爆破和预留光爆层爆破两种方法,掏槽眼分别采取五梅花中空直眼掏槽及斜眼掏槽方法,保证了不良条件下小净距隧道掘进。综上所述,爆破减振方法多种多样,需要结合施工具体环境具体分析。本文厦门市车站爆破开挖为例,提出了有效的减振技术措施,对相类似的工程具有一定的参考价值。

2 工程概况

厦门轨道交通1号线中山公园站位于同安路与虎园路三角地块,车站两端分别跨同安路和虎园路。车站起点里程YDK1+911.953,终点里程YDK2+070.073,有效站台中心里程为YDK1+982.928,总长158.5m,为地下三层岛式车站,采用明挖顺作法施工。车站标准段主体结构宽度为21.9m,端头井主体结构宽度为25.1m,顶板覆土约3～5m,底板埋深约23～25m,采用地下三层双柱三跨钢筋混凝土框架结构。车站土石方量共有挖方9.58万m3,其中石方量约6.2万m3。信义里16号房屋位于YDK1+944.253～YDK1+965.753处,顶板覆土4～4.4m,底板埋深24.3～24.7m。

2.1 工程水文地质

中山公园站信义里16号房屋处车站底板位于中风化花岗岩上,基坑中风化岩层埋深20.9～24.7m。场地至上而下土层为：杂填土、残积砂质粘性土、散体状强风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩、中等风化花岗岩。不良地质与特殊岩土为：素填土富水程度低,残积土及散体状强风化带水量较少,富水程度较低；碎裂状强风化、中等风化带因卸荷裂隙较发育,是基岩中等透水性相对突出地层,水量较丰富。地质情况详见图1。

2.2 信义里16号房屋情况

信义里16号房屋为5层砌体结构,建于80年代中期,基础为浅基础,部分墙体已出现裂缝,经厦门市房屋安全鉴定所鉴定为安全等级C级。信义里16号房屋位于车站基坑右侧,距离基坑仅4m,基于以上特点,爆破施工中需要采取一定措施减少爆破产生的不利影响。

3 爆破施工方案

3.1 基坑减振孔布设方案

在信义里16号处,沿基坑开挖边界钻3排减振孔,减振孔孔径为110mm,以200mm×200mm梅花型布置,孔深为基坑及沟槽底部1m。减振孔在基坑开挖线外侧布设1排,基坑开挖线内侧布设2排,个别敏感区及影响相对较小区域根据监测数据增加或减少减振孔排数。同时内侧2排孔间距可适当缩小,尽可能形成减振带；在最靠近信义里16号建筑物的敏感区域,可适当缩小减振孔的排距及间距,基本形成减振槽,提高减振率。减振孔中不能有水或其它物质(为防止塌孔,在孔内插Φ90PVC管)。基坑减振孔布设图见图2。基坑减振孔布设范围见图3。

图1 中山公园站地质剖面图

图2 基坑减振孔布设图

图3 基坑减振孔布设范围

3.2 基坑采用数码雷管爆破方案

数码雷管是一种延期时间根据实际需要可以任意设定并精确实现发火延期的新型电能起爆器材,具有使用安全可靠、延期时间精确度高、设定灵活等特点。采用数码雷管可以设计任意时间间隔且精度准确,改变了传统雷管每段25ms时间间隔且存在串段的现象,使逐孔起爆真正做到了一孔一响,能够有效实现减振效果。同时数码雷管可以精确定位各段位的时间差,通过实验,找到合适的延时差,使波产生相位差,产生波的叠加消减,达到减振效果。

信义里16号处基坑在设置减振孔的前提下,仍有部分区域不能采用常规毫秒雷管爆破,该区域采用数码雷管控制爆破,即采用数码雷管替代原设计的常规毫秒雷管,并根据爆破监测数据调整爆破参数及爆破药量,采用数码雷管爆破区域见图4。

4 施工方法

4.1 施工流程

4.1.1 减振孔施工流程

测量放线→减振孔点定位→管线排查→钻孔机就位钻孔→成孔保护→爆破→钻孔机就位钻孔→成孔保护→爆破

4.1.2 数码雷管施工流程

炮孔定位→钻孔→验孔→数码雷管检测→装药→数码雷管注册、标号(再次检测)→堵孔→连网→网络快速检测→爆破覆盖→设置起爆时差→完全检测→起爆→爆后检查→撤除防护。

4.2 施工工艺

(1)测量定位：测量放线应准确定出基坑开挖边界线,并使用油漆标记；

图4 设置减振孔后数码雷管爆破区域

(2)排查管线：对减振孔布设范围内地下的管线进行排查,若有影响,可适当调整减振孔的位置；

(3)钻机定位与钻孔：移动钻机到相应的孔位(偏差不能大于30mm),安放水平,钻头采直径Φ11cm,垂直度(垂直度不大于0.5%),为保证钻孔质量以及成孔效果,进行分层钻孔,每层钻孔3m；

(4)成孔保护：成孔后,对减振孔进行保护,孔口使用软木塞封堵,避免杂物落入孔内,不得有砂石堵塞,不得有水进入减振孔,影响减振效果,为防止塌孔,在孔内插Φ90PVC管。

(5)爆破：完成减振孔后,可进行该处基坑爆破,爆破分为常规毫秒雷管爆破以及数码雷管的爆破,爆破施工工艺基本相同,仅是使用的雷管种类以及起爆方式不同。爆破开挖2m深后,停止爆破,继续该段减振孔钻设,重复第3步钻机定位与钻孔、第4步成孔保护以及第5步爆破,直至开挖至基底标高。

(6)基坑应做好排水,设置降水井,在基坑爆破开挖过程中,做好孔内的排水,减振孔钻设完成后对孔口使用模板或防水布进行覆盖保护,爆破时检查孔内有否杂物或水,确保成孔的减振孔内为空孔,保证减振效果。

5 结语

经过前期设置减振孔的爆破振动监测试验,设置3排减振孔后,振动速度可降振一半以上,可有效减小爆破对周边建筑物和地下管线的影响。将其与数码雷管相结合,以满足复杂施工环境下的爆破减振需求,其施工方案和技术措施可为类似工程提供一定的参考。