爆破技术在入岩人工挖孔桩施工中的应用

摘要针对人工挖孔桩在施工中可能遇到复杂岩石地层的情况，本文以某盖挖法车站人工挖孔桩施工为例，阐述爆破技术在入岩人工挖孔桩施工当中的应用，提出了人工挖孔桩爆破施工方案及控制方法，以达到合理控制施工工期和质量的目的。

关键词人工挖孔桩岩层爆破成孔施工控制

中图分类号： O643 文献标识码： A

1工程概况

南京站为地铁三号线与规划九号线间的换乘站，位于新建沪宁城际站场北面，紧邻城际站房布置，地铁线路平行国铁站场，车站为地下四层多跨框架结构。其中盖挖逆做段需先行施工98根中间柱及柱下桩基，桩基直径为Ф2000mm,采用人工挖孔桩成孔。

2地质情况

本站场地岩土种类多，起伏大，很不均匀、性质变化大，属一级地基（复杂地基）。岩面起伏较大，岩石性质、强度、完整性不均匀，局部地段岩石完整、强度高。

3施工方案选择

人工挖孔桩初步方案由工人从上到下逐层用角锹进行，遇到坚硬土层用风镐破碎。由于场地部分区域在地下车站深度范围内岩石强度较高，主要为中风化闪长岩，部分已进入微风化闪长岩。故该范围人工挖孔掘进的工艺已不适用，此区域的改为爆破岩石成孔，后续人工清理爆破土石方。

4周边环境

爆破区域位于南京市下关区黄家圩。爆区北侧距一楼房（待拆迁）60m，西侧距项目部板房20m、距黄曹路40m、距南京火车站55m，爆区周围环境复杂。

5孔桩爆破施工方案设计

由于人工挖孔桩入岩爆破施工时，自由面狭小、作业面较深、岩石的夹制力较大，中风化层以上地段成孔时，有些地段护壁抗震能力小。为保护孔内已浇护壁不受损坏，必须严格控制起爆时最大一段装药量，尽量减小超爆或欠爆工程量，保证周边岩石的完整性，用毫秒差导爆管雷管引爆，所以人工挖孔桩入岩爆破宜采用小直径浅孔微差爆破。

根据工程结构和特点，准备采用分层爆破法开挖井桩，每次进尺1.5m。爆破后人工清渣。爆破布孔分掏槽孔、辅助孔和周边孔；施工顺序为起爆掏槽孔辅助孔周边孔爆渣清理第二个工作循环。

5.1爆破器材选取和管理

5.1.1乳化硝铵炸药，人工挖孔桩入岩段爆破施工存在岩层裂隙水及成孔护壁时下滴的渗水，故选岩石乳化硝铵炸药，其抗水性好、药卷易于分割、威力适中。

5.1.2在本项爆破中采用毫秒延期的导爆管雷管（塑料导爆管--非电雷管起爆系统）。分掏槽孔和周边孔两段起化硝铵炸药。

5.1.3爆破器材由专业技术人员提前向当地公安部门申请计划，项目部专用炸药库及炸药车及时将材料运至现场，设专职安全员监督，剩余材料当天运回炸药库，不得在施工单位留存。

5.2爆破网络设计

爆破震动与同段起爆的炸药量密切相关，采用非电微差起爆技术，不但控制单段雷管的起爆药量，又有效地控制每段雷管间的起爆时间，使爆破震动波形不叠加。这样既保证岩石破碎达到理想爆破效果，又能消除爆破震动的有害效应。

起爆网络及起爆顺序本工程采用光面爆破技术，各炮孔起爆顺序为：掏槽眼周边眼由里向外逐层起爆。

为了施工中操作方便，采用孔内微差的网络起爆，孔外用2发瞬发雷管簇联。即起爆网络的联结采用：导爆管-非电雷管的起爆网络，具体如下图所示：

5.3爆破参数计算

5.3.1药孔间距(a)及孔径(d)

孔桩入岩采用手持式气动凿岩机钻眼，一般设置3～4个掏槽眼，掏槽眼按照锥形布置，倾角10-15°；周边眼多用垂直眼，距孔桩护壁100-200mm根据现场岩石情况布置，炮眼直径d=40mm，即炮眼间距a=（15-20）d，a=500-800mm。

对于挖孔桩孔径为2.3m的井桩爆破时，药孔间距分别取为：掏槽孔0.2m；辅助孔为0.50m，周边孔为0.45 m。孔径为40mm。具体布置详见图5.2-1炮孔布置图。

5.3.2炮眼深度

在孔桩岩石爆破中，岩石的周边夹制力大，炮眼利用率低。一般炮眼深度L取孔桩直径D的0.6-0.8倍，即L=（0.6-0.8）D。其中掏槽眼应比周边眼加深100-200mm。

孔桩爆破炮眼利用率η一般可以达到85-95%，则循环进尺Lˊ=ηL=（0.85-0.95）L。

辅助孔及周边孔深度取L=1.5m

掏槽眼深度去L=1.7m

5.3.3单孔药量(q)

根据体积原理，单孔药量按下式确定：

q= K·a·b·H（多排孔）

式中：

q──单孔药量

K──单位体积用药量系数(单耗)

a──药孔排间距

b──药孔列间距

H──爆破进尺

表5.3-1单位体积用药量K取值表

岩石类别 岩石坚固系数（f） 单位用药量字数K（g/m³） 备注

强—中风化 4-6 1200～1600

中风化 6-7 1600～2000

中—微风化 7-8 1600～2400

微风化 8-10 2400～3000

单位体积用药量系数K掏槽孔取K=3.28kg/ m³，辅助孔取K=2.37kg/ m³，周边孔取K=1.98kg/m³。一般情况下，掏槽眼的药量比周边眼药量多装20-25%。

表5.3-2 孔网参数表

5.4爆破安全设计

安全是爆破工程的关键环节，爆破产生的不安全因素，必须进行有效地控制。根据甲方提出的安全要求和国家爆破安全有关规定进行如下设计：

5.4.1爆破震动控制

根据萨道夫斯基控制爆破震动速度公式

计算爆破震动速度。

式中：

V — 最大震动速度， cm/s

K — 与地质地形有关的系数；

Q — 一次齐爆的最大药量，kg；

R — 最大一段齐爆药量的几何分布中心到邻近被保护物的距离，m；

—地震波衰减指数。

根据我国《爆破安全规程》〔GB6722-2003〕的规定，浅孔一般砖房的安全震动速度为 2.7～3.0cm/s。铁路的设计抗震烈度按7度计算，安全震动速度取 5～8cm/s。式中参数按照有关标准取值（K=170，α＝1.75），爆区距最近保护目标按55m计算，一段(次)齐爆的最大药量控制在24公斤以下，计算得55m处最大震动速度为0.98cm/s，故爆破震动对周围保护目标不会造成损坏。

5.5施工管理

5.5.1主要工作流程

钻孔清孔验孔检验雷管、炸药 装药 警戒、作好安全措施 引爆检查 解除警戒

5.5.2作业要点

5.5.2.1钻孔及验孔

钻孔前必须根据设计方案及爆体的实际情况，进行施工道路修筑及钻孔作业面的清理，并由测量人员根据设计提供的孔网参数进行实地放样；钻孔尺寸精度误差必须符合设计要求。即孔位误差控制在2%以内，角度误差控制在

5.5.2.2装药结构及堵塞

a装药前认真检查爆破器材质量，选择一个安全地带对不同段别的雷管进行试验，对起爆网路进行等效模拟试验；

b装药前应根据本次爆破所钻米数进行装药量调整，并在图纸上明确每只炮孔的编号、孔深、雷管段别、装药量等，并在装药前对装药炮孔进行检查；

c装药作业必须依照爆破设计提供的装药密度装药，当炮孔与设计不符时，爆破技术人员应重新计算装药密度；

d装药时严禁使用金属棒捣密炸药，并做到雷管脚线不被捣断，装药时应保护好起爆雷管脚线；

e炮孔堵塞长度必须依照爆破设计进行；堵塞介质采用粘性塑性黄土或粘土结合物（砂粘土），确保堵塞质量。

5.5.2.3爆破网络检查及安全警戒

a爆破作业采用非电微差爆破网路，起爆器起爆；爆破网路联网作业，必须按爆破设计提供的网路图进行联网；联网作业必须派专门工程技术人员操作；联网完毕，要严格认真检查，以防漏联、错联，影响准确起爆。

b放炮之前所有人员机械撤离到安全区，并设置安全警戒哨。

5.5.2.4覆盖及排烟

a孔桩爆破工作面均在地表以下2m以上，在爆破孔桩口用钢筋网和橡胶炮被覆盖，并加压砂袋，并留泄气孔，以防止爆破飞石飞出地面。

b炸药爆破之后产生的炮烟均为有毒有害气体，必须进行机械性强制通风排烟，施工现场可利用鼓风机在井口进行压入式通风排烟，或采用空压机风管在井底通风排烟。通风排烟的时间以清除工作面炮烟为准。

5.5.2.5爆后检查

a爆破作业结束后，由爆破领导、安全员对作业区进行认真检查；

b爆破后，爆破专职安全员、技术人员要做详细记录。

5.6爆破监测

为了控制爆破施工过程中爆破震动对周边既有建（构）筑物的影响，我项目部特委托南京工程兵工程学院爆破工程设计研究所对车站的人工挖孔桩首次爆破施工进行爆破震动监测。通过监测，按照南京站人工挖孔桩爆破施工专项方案制定的每孔装药量组织爆破施工所产生的震动较小，可以满足人工挖孔桩爆破成孔的安全控制指标。

6结束语

采用爆破配合人工挖孔施工后，大大缩短了工期，提高了功效。解决了在坚硬岩石地层人工挖孔桩施工的难题，积累了在城市复杂环境下爆破施工的宝贵经验，实践证明该方法可以在类似工程当中使用，起到有效解决工程难题的效果。

参考文献

1 林学圣,控制爆破【M】.北京：出版社

2 工程爆破实用手册,冶金工业出版社，2001

3 中华人民共和国,爆破安全规程（GB6722-2003）

4 国务院,民用爆炸物品安全管理条例 (2006)