高大建筑群中深基坑石方控制爆破施工技术

摘 要：随着城市地铁及其它地下工程建设的发展，往往会遇到在既有高大建筑群中进行爆破开挖施工的情况，如何确保工程周边建筑物和人员的安全，以及工程本身的安全，同时兼顾降噪、除尘等环保要求是施工面临的主要难题。

关键词：高大建筑群深基坑爆破控制

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1.工程概况

广州地铁三号线广州东站南站厅竖井工程位于广州火车东站站房、办公大楼、地铁一号线及铁城公司等高大建筑群中，开挖面积1030m2，开挖基底距地面31.1m，周边紧贴各建筑物基础，个别区域为零距离，为深基坑石方爆破工程。

针对本工程的特点，中铁十四局集团有限公司设立科研课题，开展科技攻关，取得了“薄层剥离微震动爆破和弱扰动光面爆破技术”这一国际领先水平的新成果，于2004年5月通过了山东省科技厅鉴定，荣获2004年度中国工程爆破协会科技进步一等奖，2005年度山东省科技进步二等奖。同时，形成了“高大建筑群中深基坑石方控制爆破施工工法”。荣获2007-2008年度国家级一级工法

本技术在广州市轨道交通五号线[西村站]工程及[动物园站]工程等基坑爆破施工中得到了成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

2.技术特点

2.1采取以薄层剥离为特点的微震动爆破技术和以弱扰动为特点的光面爆破技术。

2.2采用湿式凿岩、湿式爆破、湿式挖装、水草封堵及强防护等控制爆破技术。

2.3可达到无飞石、无粉尘、弱扰动、弱冲击波、低噪音等环保标准，可实现繁华市区零距离条件下的绿色爆破施工。

2.4根据不同地质条件、不同位置、不同爆破类型以及实时监测信息反馈情况，选取合理的爆破参数。

2.5 对比静态爆破和液压锤施工，该技术在同等情况下可明显缩短工期、节约成本。

3.适用范围

周边环境复杂、繁华市区既有建筑群及类似条件下的露天基坑石方控制爆破施工。

4.工艺原理

4.1采用分区、顺序爆破，首先掏槽创造临空面条件，进而依靠临空面，浅孔台阶逐层剥离控制爆破。掏槽采用钻机成孔，预留空孔做临空面、隔孔装药、孔内微差、间隔装药，孔外接力网络方法；采用小间距浅钻孔，小直径药卷、少装药量、非电毫秒雷管等措施，实现台阶薄层剥离微震爆破。采用预留光爆层，密排炮眼、间隔装药、微差起爆等措施，实现光面爆破。

4.2采用湿式凿岩、湿式爆破、湿式挖装减少粉尘，水草封堵及砂袋、钢板、胶皮带等构筑覆盖层的强防护措施控制飞石、降低噪音。

4.3根据跟踪监测实现信息化管理，不断优化爆破设计，调整爆破参数，使爆破影响始终控制在环保标准以内。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程（见图5.1.1）

5.2爆破参数及控制

钻爆参数见表5.2.1。

表2.2.1 钻爆参数表

5.2.1爆破参数说明：

1. 掏槽爆破：采用中心拉槽控制爆破来开挖临空面。选取位置钻凿12～15孔，孔深1.2m,孔距0.4～0.5m，先爆破矩形槽腔，为石方创造临空面。

2. 浅孔台阶控制爆破：沿槽腔向四周采用浅孔台阶控制爆破施工。可采用一层方法施工，孔深1.2m,当槽腔扩大4～5m时，进行下层拉槽，台阶高度选择1.6～1.8m，孔深1.8～2.0m。采用分层剥离法施工每次爆破排数不大于3排。

3.光面爆破：光面爆破紧贴建筑物基础，采用预留光爆层法。开挖两层进行光面一次，光爆孔孔深一般为1.8～2.0m，单孔或双孔微差起爆。

5.2.2 药量计算：

Q=Ka.wH或Q=Ka.bH （5.2.2）

式中Q——单孔装药量（kg）

a——孔距(m)

b——排距(m)

w——最小抵抗线(m)

k——单位用药量

计算后，当Q>Qmax时，要重新调整孔排距，保证单响药量Q≤Qmax。以控制质点振动速度v≤2.5cm/s。Qmax为计算最大单响药量。

5.2.3起爆网络设计：

起爆网络是爆破成败的关键。每次爆破前均应向附近各有关单位进行通报，因此准时起爆是爆破的重要工作。在设计爆破网络时，要保证各药包按设计起爆时间，起爆顺序全部起爆。起爆网络见图5.2.3。

① 孔内微差起爆网络

对于起爆炮孔较少的掏槽（拉槽）孔和扩槽孔，将非电毫秒雷管按设计段数装入孔内，毫秒雷管采用跳段使用。

图5.2.3起爆网络图

② 微差接力网络，要增大一次起爆方量，加快施工进度需进行多炮孔起爆，将高段（10#～13#）雷管装入孔内，孔外采用低段雷管（2#、3#、5#）接力，达到孔外接力，孔内微差的目的。

5.2.4装药和堵塞

当孔深≤1.2m时，采取一层装药；当孔深>1.2m时，采取双层间隔装药；光面爆破采用分层间隔装药，空气间隔。装药结构见图5.2.4装药结构图。装药采用人工装药，装药时应注意严格按设计装药数量及装药结构装药，严禁多装药。

炮孔堵塞质量是保证爆破效果的关键，采用水草封堵方法进行。由于竖井开挖中有裂隙水流入，所以直接用水封堵，当孔内有水时，炸药易浮起，造成装药不到底产生根坎而影响爆破效果，水孔内加草封堵，可取得很好的爆破效果。

图5.2.4装药结构图

5.3施工要点

5.3.1爆破方法确定

采用分区、分层、分步从上向下逐层分步开挖爆破法。先掏槽爆破，掏槽采用钻机成孔，预留空孔做临空面、隔孔装药、孔内微差、间隔装药，孔外接力网络方法。然后沿槽腔向四周采用浅孔台阶薄层剥离控制爆破进行主体石方施工，采用小间距浅钻孔，小直径药卷、少装药量、非电毫秒雷管等措施，实现台阶薄层剥离微震爆破。光面爆破随每层跟进爆破，采用预留光爆层，密排炮眼、间隔装药、微差起爆等措施，实现零距离弱扰动光面爆破。

5.3.2水草封堵技术

炮孔堵塞采用水草封堵方法进行。当炮孔内有水时，炸药易浮起，造成装药不到底产生根坎而影响爆破效果，所以水孔内加入一定厚度多层柔性麦杆稻草进行封堵。水草封堵技术可以保证炮孔装药到位，有利于改善爆破效果，同时更有利于减少冲击波和噪音的强度，还起到了消烟防尘的作用。在采用水草封堵进行炮孔堵塞时，应注意炮孔较浅时不宜采用，最好用于炮孔深度L≥1.0m的炮孔，炮孔装药量不宜太少，原则上不小于150g。

5.3.3强防护的使用

强防护措施可以防止爆破飞石对周围建筑物的危害，同时可以起到减少冲击波，减低粉尘和降低噪音的作用。炮孔上部采用编制袋装碎石、砂分三层交叉码砌，平行相临的两袋交接不小于30cm，上层和下层错缝压实，其上再覆盖打湿草袋两层，上压一层胶带或胶帘，胶带用钢板或编制袋装土压牢。见图5.3.3。

图5.3.3炮孔覆盖防护立面示意图

强防护采用多层沙袋，两层打湿草袋、1～2层胶带或胶帘，这些覆盖材料既重又有一定柔性，每一道均能有效的吸收从水草封堵孔中冲出的冲击波能量，降低造成噪音的超压的形成，起到隔音和减噪作用，同时又起到了吸尘作用，具有良好的环境保护作用。

5.3.4爆破震动控制

1. 爆破振动速度

根据我国《爆破安全规程》规定，一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足安全震动速度的要求，主要类型的建（构）构筑物地面质点的安全震动速度规定见表5.3.4。

表5.3.4建（构）构筑物地面质点的安全震动速度表

建（构）筑物类型 规定爆破震动速度cm/s 备注

土窑房、土坯房、毛石房屋 0.5～1.5

一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物 2～3

钢筋混凝土框架房屋 3～5

水工隧道 7～15

交通隧道 10～20

矿山巷道 15～30

2. 爆破振动效应的控制方法

1）采用低威力、低爆速炸药，采用小直径（20mm）的不耦合装药，可以达到一定的降震效果。

2）采用微差爆破，微差分段越多，间隔时间越长（大于100ms），降震效果越好。

3）采用预裂爆破或开挖减震沟槽。

4）限制一次爆破的最大用药量。对被保护建筑物的允许临界速度确定后，即可根据R、K和а计算出一次爆破的最大用药量。当设计药量大于该值而又没有其它降震措施时，则必须分次爆破，控制一次爆破的炸药量。

5.3.5无粉尘爆破实施

1.湿式钻孔：采用湿式凿岩，禁止干式凿岩。

2.湿式爆破：将成型钻孔加压灌水，使水对炮孔周围岩体进一步渗透，爆破层岩体有一定湿度。

3.湿式挖装：爆破后及时洒水降尘，实现湿式挖装。

6.质量控制

6.1工程质量控制标准

爆破施工质量执行《爆破安全规程》、《土方与爆破工程施工及验收规范》、《地下铁道工程施工及验收规范》。

6.2质量保证措施

6.2.1根据基坑地质条件，做好爆破设计，严格按设计孔网参数进行布孔、钻孔及装药，保证爆破效果，破碎块度均匀，以利于挖装。

6.2.2 控制周边光爆孔的钻孔角度，外插量不大于20cm，光爆孔应在同一平面上，爆破后边坡稳定，半孔率达90℅以上。

6.2.3 控制基坑底层超钻深度，做到不欠挖、不超挖以达到底部一次成型效果。

6.2.4 基坑在开挖全过程中，控制振动、飞石、冲击波及噪音的影响，保证周围建筑及人员安全。

7.安全措施

7.1 安全管理措施

7.1.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。

7.1.2爆破作业及爆破器材使用均应严格遵守《爆破安全规程》的规定，严防爆破器材丢失或被盗，确保社会安全。

7.1.3爆破设计必须由具有公安部A级爆破资质人员设计，爆破作业必须由公安部门培训的爆破员和安全员实施，并做到持证上岗。

7.1.4 施工现场按符合防火、防风、防雷、防触电等安全规定要求进行布置，并完善布置各种安全标识。

7.2 安全技术措施

7.2.1采用微振动爆破技术，爆破振动控制在允许标准（2.5cm/s）以内，并通过振动监测进行动态管理，随时调整爆破参数，以减小爆破振动的影响。

7.2.2采用强防护、水草封堵技术，做到无飞石、无粉尘、弱冲击波、低噪音爆破，实现爆破安全与环保两项目标。

8.环保措施

8.1 采取湿式钻孔、湿式爆破及湿式挖装，做到无粉尘施工。

8.2采取水草封堵措施，起到了消烟降尘、减少冲击波产生、降低噪音强度、减少冲击波超压强度的作用。

8.3采取强防护措施，起到了隔音和减噪作用，同时又起到了吸尘作用。

9.效益分析

9.1技术经济分析

在高大建筑群中进行基坑石方开挖施工，为保证周围建筑物安全和不影响办公生活秩序，传统上采用静态爆破、振动锤施工等方法，因受工程工期、造价、工程多断面形式等条件限制，经论证及科技攻关，采用浅孔微振动爆破施工，成功解决了高大楼群等复杂环境下地下铁道开挖施工难题，其中高大建筑群中基坑石方微振动控制爆破技术为复杂环境下的地铁建设提供了成功的经验。

9.2经济效益

在复杂的环境下采用浅孔微振动控制爆破，其成功应用相对于静态爆破及液压锤施工，可以明显节约成本、缩短工期。

9.3社会效益

采用微振动控制爆破综合技术进行高大建筑群等复杂环境下深基坑的开挖，可保证地面各种交通道路畅通、周边建筑物的安全稳定以及人员的正常出行，实现绿色爆破。施工中，周边建筑物及上部办公楼玻璃帷幕没有一块损坏，来往旅客多达几十万人次没有一人受到惊吓和产生恐怖现象，无一人提出投诉，得到了社会各界的一致好评。

9.4 环境效益

在城市高大楼群之中和大量行人的情况下，采用湿式凿岩，湿式爆破、湿式挖装、水草封堵及强防护等措施进行微震动控制爆破，可以做到无飞石、无粉尘、弱冲击波、低噪音爆破，消除对周边建筑物及行人的影响，环保效果显著。

参考文献:

[1] 《爆破安全规程》（GB6722-2003）

[2] 《土方与爆破工程施工及验收规范》（GBJ 201-83）

[3] 地下铁道工程施工及验收规范（2003年版）》（GB 50299-1999）