微振动控制爆破技术在城市中地铁深基坑开挖中的应用(二)Word文档下载推荐.doc
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八号线主体结构标准断面图
1.2爆破施工周边环境及技术难点
此车站处于广州荔湾老城区繁华地段，周围建筑物较多，交通繁忙、人流量大；
基坑石方开挖工程量约5万m3，加之基坑形状复杂，其他工序较多，爆破施工作业持续工期长。
1.3地质情况
基坑地质复杂，岩层裂隙较发育。
地下水为第四系孔隙水和基岩承压水，与珠江水有较紧密的水力联系。
一般为承压水，水位埋深1～4米，年变幅1～2米。
其中，中风化、微风化岩层需要爆破，主要平均分布在从地面以下16米开始。
地层从上到下依次为<
1>
人工填土（厚约4m）；
<
2-1B>
淤泥层（厚约3m）；
3-1>
陆相冲洪积粉砂约3m；
6>
泥质粉砂岩全风化层（局部），厚约1.2m；
7>
泥质粉砂岩强风化层（六号线平均层厚８.５ｍ、八号线平均层厚７.５ｍ）；
8>
泥质粉砂岩中风化层（六号线平均层厚７ｍ，八号线平均层厚７ｍ，最大１２.５ｍ）；
9>
泥质粉砂岩微风化层（八号线平均层厚７.５ｍ，最大１３.３ｍ）。
六号线车站纵向地质剖面图
八号线车站纵向地质剖面图
2、爆破施工的有关理论及微振动爆破
在施工中采用微振动控制爆破技术，应用监测技术，对支撑体系应力变化和周围建筑物的振速数据进行监测分析，来指导爆破施工参数的调整，以确保基坑安全，保护周围建筑物、交通设施以及保证地面行车、行人的安全。
根据以往爆破经验，对基坑爆破方案和参数进行选取和设计，然后通过现场初期多次试爆，采集爆破振速等监测数据进行分析，对设计的参数进行修正，并在后续的爆破中根据实际情况不断调整。
过程中通过不断的改进和实践，最终取得成果。
施工中，根据建筑物和爆破工作面中心距离计算选取爆破参数，首先必须满足周边各类建筑物的允许振速要求（依建筑物结构和使用年限不同标准不一），并保证爆破安全和爆破效果，其次还需满足基坑开挖的施工进度。
爆破施工研究主要分为布孔、装药等参数控制和监测两大部分，爆破过程中应用监测技术手段，对基坑围护支撑体系应力变化和周围建筑物的振速数据进行监测分析，进而调整开挖方案和爆破参数，对爆破施工各个环节控制要点进行规范。
微振动爆破的核心技术，就是根据应力波叠加原理，在等同装药量的情况下，采用毫秒延期雷管分段微差爆破使爆破地震波的能量在时空上分散，从而降低爆破地震的强度。
因此，本文研究的关键技术为通过利用微动爆破技术对爆破振速进行控制，主要是从单段起爆最大装药量、布孔间距等爆破参数的合理确定来实施。
3、微振动爆破控制技术
3.1开挖、爆破方案概述
结合本站地质情况及车站结构形式，基坑开挖遵循“纵向分段、竖向分层、先支撑后开挖”的原则。
总体顺序沿车站纵向流水工作面方向台阶开挖，爆破顺序与开挖基本相同。
六号线从西向东分为五段，八号线从南向北分九段。
根据本车站岩层情况和阶段工期需要安排，实际现场爆破顺序依次为二段--四段---三段---六段--七--八--九--十段。
开挖后的土石方主要由多台挖机配合19米长臂挖机分台阶倒运至基坑上，基坑最底一层采用两台10t+10t的龙门吊吊运至基坑上。
第一次爆破从第二段开始，先在基坑西端采用炮机凿出足够的临空面后，再向东边推进工作面。
第三、四段（属于交叉换乘部位，地下四层结构）爆破时，为多开辟工作面，从换乘节点中心掏槽，然后往四周依次爆破。
根据周边环境对爆破震动的要求，基坑石方采取“多打孔、少装药、短进尺、弱震动”的浅眼松动微差控制爆破的方法施工。
为了使岩石充分破碎及避免大块的产生，采用“梅花型”布孔，排间微差起爆方式。
考虑到爆破振动和飞石，在施工过程中，创造良好的临空面，控制一次起爆的药量，确保爆破安全。
在靠近基坑边缘时，预留2m范围做为缓冲区对围护结构进行保护，采用浅孔台阶弱松动爆破，临空面朝向基坑内侧，爆破后连续墙边预留松动石方靠挖机挖除。
接近基底时，炮孔深度控制在基底上30cm，爆破后剩余部分采用机械凿除，保证基底岩体完整及控制超欠挖。
3.2爆破参数设计
根据台阶爆破理论，大于5米深度的爆破为深孔爆破。
此基坑施工因受周边环境限制，只能应用浅孔小台阶松动法实施控制爆破。
参考爆破手册和以往地铁施工经验，对爆破主要参数进行设计如下：
3.3.1基坑爆破参数的确定
（1）孔径：
d=42mm
（2）最小抵抗线：
w=（20～25）d
（3）台阶高度：
h=1.5～2.5m
（4）孔深：
L=（1.1～1.2）h（其中超深△h=0.15h）
（5）堵塞长度：
l=（1.0～1.2）w
（6）孔间距：
a=（0.8～1.2）w；
（7）排间距：
b=（0.8～1.0）a
（8）炸药单耗k：
k=（0.3～0.4）kg/m3（单孔药量q=kabh）
依据浅眼小台阶松动控制爆破参数得到不同台阶高度下的爆破参数见下表：
浅孔小台阶的基坑控制爆破参数表
台阶高度H（m）
孔深L（m）
孔径d（mm）
最小抵抗线w（m）
孔间距a（m）
排间距b（m）
单耗K（kg/m3）
单孔药量q（Kg）
1.5
1.8
42
1.0
1.2
0.35
0.6
2.0
2.4
1.1
1.3
2.5
2.8
0.3
各参数示意图如右图：
在靠近基坑边缘预留2m范围，采用浅孔台阶弱松动爆破。
炸药单耗用量取k=0.3kg/m3，台阶高度不超过2.0m，布设两排炮孔，孔间距0.8m，最小抵抗线为0.8m。
3.3.2人工挖孔桩爆破设计
基坑的人工挖孔桩孔径2000mm，加护壁厚度为150mm，爆破直径为2300mm。
爆破时加强覆盖，炮口先压砂袋再覆盖铁皮后，在铁皮上压足够量的砂袋，炮口距铁皮留20cm以便爆破气体排除。
孔桩爆破参数见下表
Φ2000孔桩爆破参数
参数
孔数（个）
孔深（m）
单孔药量（kg）
雷管
段别
单段药量（kg）
掏槽眼
3
0.5
1
辅助眼
6
0.4
3、5
周边眼
10
7、9
3.3.3微差雷管间隔时间设计
选用国产毫秒电雷管，微差间隔时间为50ms，雷管按段别1~9段跳段使用，10段以后顺段使用。
3.3.4爆破网络和起爆方法
选择串联电爆网络，孔内按设计段别安装电雷管引爆炸药，然后用大串联的方式连接网络，用MFB—200型起爆器，起爆前用爆破专用仪表检查爆破网络的可靠性。
网络连接时，同一网络内的雷管必须是“三同产品”，即同厂、同批、同型号，且各电雷管的电阻差不超过0.2欧姆。
3.3.5炸药
选择合理的“岩石与炸药特性阻抗匹配”控制爆破振动至关重要，低爆速、低威力炸药的爆轰压力上升比较慢爆破振动小。
（根据爆破理论：
波阻抗值相对与岩石的波阻抗匹配系数越接近1，越能充分发挥炸药的能量，从经济角度和爆破效果也为最佳。
）
本站基坑爆破体为微风化砂岩容重ρ=2.0m3，纵波波速为V=2500m/s，爆破选取小直径2#岩石乳化炸药，最佳密度ρ0=1.1g/cm3，爆速为D=3600m/s。
根据公式K=ρ0D/ρV计算得K=0.792，能满足控制爆破效果需要。
3.4爆破的安全控制
基坑爆破安全控制的关键为爆破震动对基坑、周边建筑物的破坏和飞石对人群的危害。
3.4.1爆破震动
因爆破而引起的质点振动速度按萨道夫斯基公式计算，爆破对周围质点的震速计算公式为：
V=k（Q1/3/R）a
其中：
V----介质质点振动速度（cm/s）
Q----最大单段起爆药量（kg）
R----测点至爆破中心的距离（m）
K----介质性质系数，一般取k=50~350
a----爆破条件有关的系数，近区为1.5~2.0，远区为1.0~1.5
根据广州市地铁施工经验参数，这里取k=160，a=1.7。
由于周边环境较复杂，车辆、行人较多，严格控制爆破震动，取允许的安全震动速度V=1.5cm/s。
最大同段药量Q1与距离R的对应关系见下表
建筑物安全距离与药量关系表
R（m）
12
13
15
17
20
25
30
Q（kg）
0.26
0.45
0.57
0.89
1.30
2.11
4.12
7.12
3.4.2飞石安全距离核算
Rf=20kn2w=20×
1.2×
0.82×
1.2≈18.5m
式中：
k-爆破飞石计算系数；
n-爆破作用指数；
w-最小抵抗线。
因最近的岩面至基坑顶的距离为17m，还不能满足上述检算要求。
在爆破前，采用钢板上覆盖装土编织袋进行装药孔压实覆盖，对飞石做第一道拦截；
必要时在上部支撑上加二层安全网进行二次防护覆盖。
示意图如下
1、沙袋2、铁板3炮孔
基坑爆破炮孔覆盖示意图
3.4.3噪音控制
爆炸冲击波及噪音主要为空气冲击波压力造成，达到一定值后，可造成人员伤害。
施工中采用了微差爆破减少一次起爆的最大药量、装药孔口用炮泥堵塞、加强覆盖等措施，以降低空气冲击波的强度和噪音扩散。
3.4.4其它安全措施
1、爆破时间安排避开周边居民上下班及出行高峰。
2、设专职安全员负责在爆破前30分钟按预定位置布设安全警戒，通知场内及周边人员全部撤离、机械设备做好遮挡防护。
3、待爆破10分钟后，首先由爆破技术人员排查
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