城市复杂环境安全爆破技术研究

中铁五局集团第四工程有限责任公司，广东 东莞 523000

1 工程概况

深圳地铁14号线大运枢纽主体工程接近地铁3号线大运站，主体工程沿龙岗大道（地铁3号线）布置，跨越龙飞路路口，开挖区起点为16号线ZDK9+984.026，终点为16号线ZDK10+768.453，长度为784m，基坑最大宽度为139.34m。

实施爆破作业的地点主要集中在基坑开挖区北端，爆破对象大部分在地面10m以下，为中风化和微风化灰岩，含少量强风化灰岩。北端基坑与地铁3号线桥墩最近距离为3.43m，与宝荷-龙岗大道立交匝道最近距离为3m，与宝荷路主道最近距离为62.3m，与颐安都会高层建筑物最近距离为14.73m，与颐安都会幼儿园建筑物（多层）最近距离为9.09m，与舒友服饰公司建筑物最近距离为46.9m，与项目部自建板房最近距离为2.5m，与基坑东侧建筑物最近距离为71m。

2 施工方案

该项目石方爆破方案选择在距离建筑物（含地铁3号线）等保护物10m以外的基坑爆破，设计如下。

（1）密集孔、小药量、弱松动、浅孔爆破作业（孔径为50mm）。由上而下分台阶爆，根据爆破点与被保护物的距离，台阶高度H为2～4m。

（2）采用微差爆破控制爆破振动，通过爆区炮被覆盖防护、坑口钢板模块遮盖防护控制爆破飞石。

3 爆破设计

3.1 最大段药量设计

微差爆破时的单响最大段药量Qmax的计算公式如下：

式中：Qmax为微差爆破时最大段药量或齐发爆破总药量，kg；R为爆破中心到测点的距离，m；V为允许的安全振速，cm/s；K为与场地有关的系数，根据类似经验取180；α为地震衰减指数，根据类似经验取1.65。

3.2 基坑主要爆破参数

采用多排毫秒挤压爆破，起爆网路为非电毫秒延时爆破网路。正常台阶爆破采用垂直钻孔，若自由面缓倾斜则前排采用斜孔、后排采用垂直孔，布孔形式为梅花形或矩形。

（1）底盘抵抗线W0。一般可按以下两个公式计算：

式中：D为炮孔直径，dm；θ为装药密度，kg/dm3，取0.85kg/dm3；ψ为装药系数，一般为0.35～0.65，取0.60；k为炸药单耗，kg/m3，取0.45kg/m3；m为炮孔密集系数（即孔距与排距之比），取1，即正方形布孔。

式中：H为台阶高度，m。

当浅孔爆破孔径为50mm时，计算可得W0=1.5m。

（2）孔距a、排距b。计算公式如下：

式中：m为深孔邻近系数，密集孔爆破时m≤0.8；W0为底盘抵抗线，m。

炮孔参数对应表见表1，浅孔爆破装药参数对应表见表2，分层爆破炮孔布置示意图见图1。

表1 炮孔参数对应表

表2 浅孔爆破装药参数对应表

图1 分层爆破炮孔布置示意图

（3）孔深L。计算公式如下：

式中：H为台阶高度，m，一般浅孔爆破H为2～3m；h为炮孔超深，m。

该爆区为硬岩，取h=（0.15～0.35）W0，计算后浅孔爆破取h=0.2～0.3m。

（4）炸药品种与炸药单耗K。根据该地区常用炸药品种，选用φ32mm乳化炸药装药。炸药单耗与岩石可爆性、炸药特性、自由面条件、起爆方式和块度要求有关，根据该地区多个工程条件类比和控制爆破要求，浅孔爆破取K=0.30～0.45kg/m3，当岩石风化时，炸药单耗可适当降低。

（5）单孔药量Q。前排和后排单孔药量的计算公式如下：

式中：Q为单孔药量，kg；K为炸药单耗，kg/m3；a为孔间距，m；b为排间距，m；W0为底盘抵抗线，m；H为台阶高度，m。

3.3 起爆网路、起爆方式与起爆顺序

根据环境条件与爆破振动计算要求，将同段起爆的药量控制到最小，这样有利于降低爆破振动，减少爆破振动给周边带来的安全影响和扰民影响。桩井爆破和小基坑爆破等采用塑料导爆管起爆网路。孔内为导爆管雷管，毫秒爆破，间隔时间为25～75ms。超过一定爆破高度则采用分段装药结构，孔外非电接力起爆网路，即孔间和排间微差接力爆破。孔内起爆顺序为下层先响，上层后响。起爆雷管为电雷管或激发针，GM-500型起爆器远距离起爆，起爆连接示意图见图2。

图2 起爆连接示意图

4 爆破有害效应控制措施

4.1 爆破振动控制

（1）装药结构。采用大孔径不耦合装药爆破法（如φ50mm孔装φ32mm乳化炸药）。

（2）改变最小抵抗线的方向。在地质、地形条件及爆破参数相同的条件下，振动作用最强烈的方向是最小抵抗线的正后方，侧面相对较小。根据爆破位置与建筑物的关系，台阶爆破时可采用对角线或V形起爆方案，改变最小抵抗线方向，避开保护物。

（3）爆破振动监测。委托有资质的爆破监测单位，采用检测合格的仪器仪表，实时监测爆破振动指标。

4.2 爆破飞石与冲击波防护

根据类似项目施工经验，爆破坑口覆盖材料为活动盖板遮盖防护，盖板制作材料为钢板+工字钢。活动盖板外框为槽钢或工字钢，将5～10mm钢板作为硬性遮挡材料，密布焊接在工字钢上。爆破前在坑口安放活动盖板防护，以对爆破飞石起隔离防护作用，活动盖板用施工吊车移动或自行轨道移动，覆盖时使盖板与地面保持20cm间隙，起到缓冲排泄空气波的作用。基坑盖板覆盖范围为爆破飞石影响区内的坑口全面积覆盖，一般为爆破点外延70m范围，爆破坑口覆盖防护示意图见图3，其中面板为5～10mm厚的钢板。

图3 爆破坑口覆盖防护示意图

全部爆破作业采用孔内装药法，禁止裸露药包爆破。二次破碎采用液压炮机进行机械破碎，禁止在二次爆破中采用裸露药包爆破法。爆破产生的空气冲击波很小，对周边环境无安全影响。

4.3 安全警戒

（1）爆破个别飞石的安全警戒距离。此次设计提出爆破个别飞石的警戒距离为基坑外围50m，爆破点周边公路临时中断交通。

（2）爆破警戒实施方案。根据个别飞石对人员的安全距离划定危险区警戒半径，起爆时在危险区警戒半径以外设置警戒点，警戒点配置对讲机、红旗、口哨、袖章和高音喇叭等，各警戒点应能通视，并能有效防止车辆和行人进入爆破危险区。为便于开展警戒工作，爆破前应向周边单位和住宅小区张贴放炮通知，并取得当地派出所和交警部门的支持。

5 现场监测

振速测试采用成都拓普振速毁伤测试仪。传感器集三轴向振动传感器和数字化测量、存储、无线Wi-Fi传输一体，可同时测量爆破三维振动速度、爆破三维振动加速度。测振频响范围为0.01～1000Hz，三维振速量程为0.01～40cm/s，三维振动加速度为0.0003g～40g（g为重力加速度），仪器采用石膏固定。

振速与冲击波时程曲线见图4、图5。

图4 振速时程曲线示意

图5 空气冲击波时程曲线示意

由桥墩响应测点振速曲线可知，振速曲线具有较为明显的微差间隔，有效降低了峰值振速（Vmax=0.90cm/s＜1.20cm/s），炮被的防护也明显降低了空气冲击波的超压值。实践证明，该工程采用的爆破设计和防护措施可满足工程实际需要。

6 结论

深圳地铁14号线大运枢纽主体工程采取逐孔起爆微差爆破技术，配合周密的安全防护，对爆破工程进行了有效的控制，实现了对周边环境的最小干扰，保障了工程进度，得出了如下结论：

（1）爆破作业对周边环境（包括营运地铁）的影响主要是爆破飞石和爆破振动，受影响的主要是地铁3号线路（含大运站）、周边建筑物、地下管线、行人和行车等。爆破施工过程采取严格的技术方案和严密的施工组织措施，并对建筑物、地铁运营线和管线的振速进行有效的控制，确保了爆破安全。

（2）此次设计采用浅孔爆破法，弱松动爆破，孔内连续或分段间隔装药，单孔分段（接力）起爆，采用塑料导爆管毫秒微差爆破和电子雷管微差爆破起爆网路，控制单响最大段药量，并采取相应的爆破振动控制措施。在爆破飞石控制方面，以优化和管控爆破参数为主要技术手段，在爆区表面采取柔性防护（孔口压砂土袋和炮被），在基坑坑口采取钢板遮盖刚性防护（5mm厚的钢板全面封闭坑口）。