城市生态敏感区地铁车站高强度基岩爆破施工技术

2021-07-10宋晓峰

铁道建筑技术 2021年5期

宋晓峰

(中铁十九局集团轨道交通工程有限公司北京 101300)

1 前言

城市生态敏感区是指构成城市行政区域范围内具有一定生态环境价值的实际组成。该组成部分具有一定自我修复能力，当其内部或组成因素发生变化时，将对整个城市的生态系统造成破坏，因此需要对其进行保护或合理规划[1]。主要包括公园、人工湿地、城市绿地、城市水域、城市森林等。

本文依托东莞地铁1号线一期工程2标四工区，以湿地公园站为研究对象，对城市生态敏感区地铁车站高强度基岩爆破施工技术进行研究。做到既要保护好城市生态敏感区现状，又要确保施工工艺从安全、工期、成本及可实施性方面达到要求，以得到适合该地区的最优施工方案。

2 工程概况

湿地公园站地处东莞市大朗镇，为地下二层岛式车站，西接大朗站，东联富民南路站。车站起点里程为右DK45+359.019，车站站台中心里程为右DK45+516.119，车站终点里程为右DK45+598.619，车站长度为239.6 m。车站标准段基坑宽21.3 m；车站底板埋深16.6～19.5 m，未设置抗拔桩。车站拟采用明挖法施工，围护结构选用800 mm厚连续墙+内支撑的支护形式，两端区间采用盾构法施工。湿地公园站位置如图1所示。

图1 湿地公园站平面示意

根据收集资料及勘察揭露，拟建工程揭露的岩土层有第四系、三叠系岩土层。

勘察最大揭露深度为46.5 m，依据《东莞市轨道交通1号线一期工程地质分层系统表》，本场地勘探范围内揭露的岩土层有人工填土层、第四系冲洪积黏性土层、砂土层、三叠系岩层及混合花岗岩和片麻岩。岩石硬度系数f=8～12，岩石可爆性好。场地岩石开挖总量约20 000 m3。

3 确定基坑基岩爆破方案

随着城市轨道交通迅速扩展，城市轨道交通建设所面临的周边环境越来越复杂。线路选择过程中不可避免地需要考虑经济的影响，地铁车站作为线路选择中最重要的一环，显得尤为重要。在华南沿海地区进行地铁车站建设，不可避免地会遇见高强度基岩。针对基坑高强度基岩，明挖法施工中主要采用爆破和物理预处理两种工艺。当前阶段比较成熟的工艺有:二氧化碳爆破、膨胀剂静态爆破、静态岩石预劈裂机爆破、钻爆法等工艺。根据湿地公园站的地质及周边环境情况，结合工期、成本、质量要求，湿地公园站基坑高强度基岩拟采取钻爆法施工工艺。

4 基坑基岩爆破方案重、难点分析

4.1 对爆区周边建(构)筑物保护

湿地公园站基坑西侧周边有高压线铁塔，基坑上方有6条高压线通过，且周边均有居民楼及商业住宅楼，城市既有市政管线与市政道路较复杂。且已完成的基坑支护也需做好成品保护，基坑岩石开挖对基坑壁、底板岩石平整度要求高是重、难点。

4.2 岩石爆破法,机械施工工期长、噪声大、粉尘多,扰民严重

因基坑周边施工环境复杂，基坑周边有保护物和基坑支护，为保证周边保护物和基坑支护的安全，在爆区基坑开挖时，石方采用控制爆破法开挖，因为钻孔量大，机械使用量大，会导致施工工期长、噪声大、粉尘多。

4.3 爆破振动及爆破飞石

本工程爆破环境复杂，距离居民楼及现有市政设施(管线)较近，施工中必须严格控制爆破振动和爆破飞石，对周边保护物由第三方进行实时振动监测，防止意外飞石，确保周边建筑物和人员、设备安全。

5 基坑基岩爆破施工技术

5.1 基坑基岩爆破总体施工顺序

施工准备→场地平整→测量放样→凿岩机钻孔→安装爆破设备并确认→药孔检查→安装炸药→炮眼填充封闭堵塞→安全防护→控制爆破区石方控制爆破开挖→机械进行岩石二次破碎。爆破区域交替循环施工，基坑壁四周石方配合支护分层分段开挖，施工中做好高落差部位的围栏维护，防止高处坠落[2-4]。

5.2 基坑基岩爆破施工要点

根据湿地公园站周边实际环境，场地工程地质条件，工期要求以及施工技术现状，当基坑基岩处于基坑围护结构边缘5 m范围内且台阶高度小于5 m时，采用φ40～50 mm浅眼控制弱松动爆破法进行施工；当基岩不在上述范围内且台阶高度大于5 m时，采用φ76 mm控制爆破法进行施工。具体施工要点如下:(1)爆破施工应以国家现行规范、规程为依据，按主管部门审批通过的专项方案进行施工；(2)爆破开挖拟采用浅眼+深孔控制爆破，抛掷方向避开主要保护建筑物和道路；(3)深孔爆破主要采用φ76mm钻机钻孔，爆破台阶高度大于5 m时，爆破采用φ76mm深孔微差控制爆破，爆破台阶高度小于5m时采用φ40～50mm浅眼控制爆破，适当增大炮孔堵塞长度，采用平面覆盖防护措施对爆破飞石予以防护(如图2、图3所示)，确保爆区附近建筑物和行人、车辆、设备安全[5-6]；(4)尽量利用土方开挖后形成的台阶面，岩石爆破移动方向为近距离无保护物方向。根据现场的实际情况，预计每天平均能爆破石方3 000～5 000m3，大块岩石进行二次破碎时，防止飞石；(5)前排孔间微差<50ms，排间微差<75ms。

图2 覆盖防护示意

图3 覆盖防护现场示意

5.3 基岩爆破设备配置

根据工程所在地的独特性及城市生态敏感区对爆破施工要求，结合现有爆破设备及专业技术水平，基坑高强度基岩进行爆破时采用YT-24凿岩机、XAHS-365空压机、FT35液压钻机、T20R液压钻机，具体机械配备如表1所示。

表1 机械设备资源配置

5.4 设计基坑基岩爆破参数

(1)炮眼直径D:炮眼直径有两种，分别为D1=40～50 mm、D2=76 mm，采用垂直孔，配套相应的PVC套管。

(2)炮眼参数:炮眼孔距a取1.0～2.7 m，炮眼排距b取0.8～2.3 m，采用矩形或梅花形布置方式，如图4所示[7]。

图4 起爆网路设计

(3)炸药单耗q:q=(0.3～0.5)kg/m3。

(4)台阶高度H:H在1～8 m间，根据现场实际确定。

(5)单孔装药量Q:Q=a×b×H×q。

(6)单段爆破最大炸药消耗量:根据城市生态敏感区对爆破施工的要求，结合湿地公园站周边建(构)筑物的空间关系，本方案单段爆破最大炸药消耗量为24.8 kg。

(7)爆破试验段:进行正式爆破前，需选取部分区域进行试爆破，并根据试爆破结果进行相应参数调整，得到本方案所需最优爆破参数，具体爆破参数如表2所示。

表2 台阶控制爆破参数

5.5 装药结构与爆破网路设计

5.5.1 装药结构

深孔和浅孔均采用连续(耦合)装药。根据现场实际情况，深孔爆破基坑基岩拟采用孔底连续装药方式，乳化炸药作为深孔起爆药包，起爆药包为直径φ60 mm、长约40 cm的药卷，并插入非电导爆管雷管。药包放于孔内距孔底相当于装药长度1/3地方。浅眼爆破拟采用直径φ32 mm，药卷长约15～30 cm，人工连续装药结构，雷管直接引爆乳化炸药[8-9]。

5.5.2 爆破网路设计

根据现场环境和施工要求，炸药采用乳化炸药。雷管采用非电毫秒延期雷管[10-11]。

(1)起爆器材:采取1～15段毫秒非电导爆管雷管进行起爆，选用GM-S500型起爆器作为爆破起爆能源。

(2)爆破起爆秩序:根据爆破起爆时爆眼数量、工程地质条件、现场地形地貌以及底盘最小抵抗线方向，采取V型或对角的方式起爆。现场实际爆破根据试爆效果及时调整爆破参数后进行。

(3)延期时间:每排爆破延迟时间为25～75 ms。

(4)爆破起爆网络联结方式:爆破采用孔内同段(>8段)，孔外为3段接力[12]。

(5)距离保护物较近的爆破区，为有效控制爆破振动，最大限度地减少单段炸药量，可采用单孔单响和单孔多响(孔内分段)的起爆网路。

6 其他措施

6.1 基坑基岩爆破监测

爆破监测是爆破方案能否顺利实施的重要保障，主要是针对基坑已有围护结构，基坑周边原有建(构)筑物进行监测。本方案采用的监测仪器为TC-4850型便携式爆破测振仪，爆破监测的实施由具有相应资质的第三方进行。根据监测反馈的结果进行现场爆破参数的调整并最终达到最优爆破参数。TC-4850型便携式爆破测振仪和计算机组成的监测系统，如图5所示。