地铁明挖车站石方爆破技术现场试验与应用

胡贤辉

(中铁十八局集团隧道工程有限公司 天津 300222)

1 工程概况

本文依托工程项目为青岛地铁2 号线一期工程海安路明挖车站，该车站是TBM 的始发车站。该车站为地下两层局部三层岛式车站，采用明挖法施工，车站小里程端TBM 始发，大里程端为矿山法区间，两端区间与车站相邻部位均采用暗挖法施工。车站周边环境较为复杂，有若干个多层建筑物。基坑开挖最深为24.7 m，标准宽度为19.4 m，全长为219.2 m。明挖爆破围岩自上而下分别为强风化花岗岩，

中风化花岗岩与微风化花岗岩。

站址范围内地貌为剥蚀斜坡~剥蚀堆积斜坡。地形西高东低，沿线建筑多为多层民宅建筑，表覆第四系全新统人工堆积素填土，上更新统洪冲积层粉质黏土、砂土组成，第四系层厚0.8～6.6 m。下伏燕山晚期粗粒花岗岩，部分地段穿插有煌斑岩、细粒花岗岩、花岗斑岩等脉岩，构造破碎带、碎裂状花岗岩局部发育。车站两端地面高差约为3.9 m。

基底处对应的岩土微风化基岩及砂土状碎裂岩、碎裂状花岗岩。基岩整体强度高，工程性质及抗震性能良好，是良好的持力层，但由于受构造的影响，局部地段形成相对不均匀的岩石地基。

2 石方爆破技术试验方案

由于海安路车站近接周边建筑物较多，对于爆破振动较为敏感，且围岩为花岗岩，围岩条件较好，对爆破振动波有利。因此，应控制单孔最大装药量，这样能够控制周边建筑物的振动速度。根据业主要求，本工程爆破施工应控制周边建筑物的爆破振速为2 cm/s。同时，还要尽量减少频繁爆破对其他分项工程与周边车辆管制的影响。

2.1 爆破试验目的

研究基于现场观测获得岩石的可爆性能与炸药的爆破特性，对三种围岩即强风化、中风化、微风化花岗岩进行了爆破试验。根据现场试验得到合理的孔网爆破参数和单耗。此外，根据现场试验结果动态调整爆破参数，通过动态信息化施工获得最优化的爆破方案，取得最佳经济和社会效应。

2.2 爆破技术方案

采用浅孔台阶爆破施工方案来实现岩石的松动，装药结构选定连续耦合装药，孔底反向起爆法，装药结构见图1。

图1 装药结构

本工程爆破钻孔采用传统的YT-28 型凿岩机，钻头直径为4 cm。同时采用了乳化炸药与毫秒微差雷管；起爆器为LS-2 型并采用了串联的起爆网络。

2.3 爆破技术参数

各类花岗岩的爆破参数是综合了各方面因素考虑而制定的，主要考虑了建筑物与爆破震源的距离还有围岩对振动波的传播速度等因素。台阶高度选取为2 m，底盘抵抗线W1取1.4 m，炮孔深度取2.3 m。炮孔的间距与排距分别为1.2 m 与1.1 m。单位炸药消耗量为0.3 kg/m³，单孔药量为0.9 kg。原则上炮孔回填应不小于W1，即炮孔回填不小于1.4m。

应根据现场试验结果动态调整爆破参数，通过动态信息化施工获得最优化的爆破方案，取得最佳经济效益。

2.4 布孔方式及起爆网络

现场爆破布孔与起爆网络如图2 所示。由图2 可知，爆破所设计的布孔方式为方格形布置，起爆网络为7 段加4 段。实际爆破效果应通过监测获得爆破对既有近接周边建筑物的振动影响进行判断。

2.5 每日爆破规模

由于工期控制，导致每天的爆破孔数为300 孔，总计装药为270 kg，每次爆破约600 m3。

3 爆破控制对策

在城市施工时，应严格遵循环保施工、文明施工的原则，此外应严格控制爆破施工对周边建筑物的影响。

3.1 “飞石”的防护措施

爆破可能产生飞石对周边建筑物与居民产生危险，因此，在爆破之前应采取相应保护措施。首先，应采用较厚的橡胶炮被，本工程采用2.2 m×2.0 m。在距离既有建筑物较近时，可采用两层；其次，应控制爆破弃渣的抛掷路线，炮眼应竖直，保证炮孔较好的填塞；第三，可通过抵抗线的方向判断飞石方向进行特定区域的防护；最后，可设置被动防护网进行防护。

图2 方形布孔示意图

3.2 爆破振动的控制

通过《爆破安全规程》计算了爆破对周边建筑物结构振动速度，获得质点振动速度可以评估周边建筑物所受爆破的影响。振动速度的计算可根据以下公式：

式中：R——爆破孔中心点距离周边建筑物距离，m；

V——周边建筑物振动速度，cm/s。

K、a——分别为爆破围岩质量系数与爆破振动衰减系数数，根据《爆破安全规程》GB6722-2011规定取值，这里取200 和1.8。

依据爆源到保护对象间的不同距离，由式（1）可求得单次最大起爆药量Q=[R(V/K)1/a]3，对于中硬岩石，本次爆破K 取200，a 取1.8，计算结果如表1 所示。

表1 最大单次起爆药量计算结果

根据表1 计算可知：根据爆源到保护对象间的不同距离，确定单次起爆药量，以保证周围建筑物的安全。强风化花岗岩采用1.2 m×1.1 m×0.9 kg（炮孔间距×排距×单孔药量）；中风化花岗岩采用1.1 m×1.0 m×0.8 kg（炮孔间距×排距×单孔药量）；微风化花岗岩采用1.0 m×1.0 m×0.7 kg（炮孔间距×排距×单孔药量），此爆破参数有较好的爆破效果此爆破参数有较好的爆破效果

3.3 爆破灰尘控制

炸药爆炸炮孔周围介质产生粉碎性破碎，岩石在断裂过程中也产生粉尘，露天明挖爆破时产生的粉尘很大。由于爆炸气体膨胀、粉尘运动速度高，会造成施工现场尘土飞扬，严重影响城市环境。为此，爆破后需要进行洒水将爆破后的场地打湿。但对起爆位置需要进行防水处理，将塑料袋套住相应仪器。

4 结 论

青岛地铁海安路站为明挖车站，地质为强风化、中风化、微风化花岗岩，需要根据不同岩性选定爆破技术参数。通过施工现场试爆试验取得爆破效果，确定合理可行的爆破技术方案和参数，并提出爆破安全控制技术。通过该工程研究得到了以下结论：

（1）爆破可能产生飞石对周边建筑物与居民产生危险，因此，在爆破之前应采取相应保护措施。

（2）强风化花岗岩采用1.2 m×1.1 m×0.9 kg（炮孔间距×排距×单孔药量）；中风化花岗岩采用1.1 m×1.0 m×0.8 kg（炮孔间距×排距×单孔药量）；微风化花岗岩采用1.0 m×1.0 m×0.7 kg（炮孔间距×排距×单孔药量），此爆破参数有较好的爆破效果此爆破参数有较好的爆破效果

（3）爆破后需要进行洒水将爆破后的场地打湿。但对起爆位置需要进行防水处理，将塑料袋套住相应仪器。

本车站经过6 个月的石方爆破，成功开挖了不同风化程度的花岗岩并总结得到了相应围岩对应的爆破参数，有良好的爆破效果。本工程的施工经验可为同类大开挖量、短工期岩质基坑开挖提供经验类比。