完整word版硬岩地层深基坑开挖控制爆破施工工法.docx
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完整word版硬岩地层深基坑开挖控制爆破施工工法
硬岩地层深基坑开挖控制爆破施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
1.前言
在城市地铁施工中，基坑土方开挖进度是制约车站工期的关键因素，尤其是在硬岩地质中，如何安全高效的完成基坑土石方开挖工作是一个越来越突出的难题。
东莞地铁R2线2303B标车站底板埋深约在地下16～17.5m之间，大部分位于强、中等、微风化混合片麻岩中，局部位于硬塑状残积土层及全风化岩层中，基坑部分区域存在0-6m范围不等厚度的微风化岩石，为保证施工工期，选用了控制爆破施工工法，取得了较好的技术和经济效益。
2.工法特点
2.1采用预裂爆破技术在靠围护结构侧形成隔振破碎带，保护围护结构及基坑安全。
2.2主爆破区采用台阶松动微差控制爆破技术，有效降低爆破振速，减小对周围建筑、居民的影响。
3.适用范围
适应于基坑周边条件复杂、对爆破振动控制要求高的硬岩地质条件下深基坑开挖工程。
4.工艺原理
车站基坑爆破拟采用“一次预裂爆破+一次微差松动控制爆破技术”施工。
即靠近地下连续墙结构1.5m范围先行施做双排孔（靠近连续墙一排为空孔）预裂爆破至设计底标高，以形成隔振破碎带，然后采取主爆区分层分段爆破至设计底标高的微差松动控制爆破以加快施工进度。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
图5.1-1工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1车站爆破施工顺序
车站爆破拟采用“一次预裂爆破+一次微差松动控制爆破技术”，①首先施做靠近地下连续墙结构1.5米范围，采用双排孔预裂爆破至设计底标高以形成隔振破碎带，内侧炮孔不装药，起降振及增加临空面以及增加破碎带范围的作用，预裂炮孔采取间隔不耦合装药结构②然后再施做1部，1部掏槽给后面爆破创造临空面，爆破采取孔底连续装药结构，中间空眼不装药起到临空面作用。
③周边预裂破碎带形成后以及1部掏槽创造临空面后在施做第2部，为了安全起见爆破前第一炮需缩小爆破规模至设计的一半。
根据基坑岩层厚度，为确保爆破效果及降低爆破对周边建筑物及环境的影响，基坑爆破需分层分段进行。
图5.2.1-1车站基坑爆破示意图
图5.2.1-2预裂破碎带爆破布孔装药结构图
图5.2.1-3创造临空面一次爆破成型炮孔布置图
图5.2.1-4主爆区松动爆破炮孔装药图
5.2.2车站预裂爆破技术参数
采用潜孔钻进行钻孔，钻头直径为76mm规格。
钻孔深度7.5m（以岩层厚7m设计），采用双排孔布置，内排空孔，预裂炮孔采取间隔不耦合装药结构。
表5.2.2-1破碎带预裂孔一次爆破装药设计参数表（按岩石厚7m设计）
序号
炮孔类型
炮孔深度/mm
孔距/mm
角度/度
数量/个
段位
装药长度/mm
堵塞长度/mm
单孔装药量/kg
同段起爆药量/kg
药卷直径/mm
1
内排空眼
7500
500
90
16
孔口压沙包
2
预裂孔
7500
500
90
2
1
采取间隔装药结构，每1.5m将2条直径32mm药卷并列捆绑于导爆索并敷设在竹条上
孔口1m+孔口沙包
1.6
3.2
2*32mm捆绑
3
预裂孔
7500
500
90
2
3
孔口1m+孔口沙包
1.6
3.2
2*32mm捆绑
4
预裂孔
7500
500
90
2
5
孔口1m+孔口沙包
1.6
3.2
2*32mm捆绑
5
预裂孔
7500
500
90
2
7
孔口1m+孔口沙包
1.6
3.2
2*32mm捆绑
6
预裂孔
7500
500
90
2
9
孔口1m+孔口沙包
1.6
3.2
2*32mm捆绑
7
预裂孔
7500
500
90
2
11
孔口1m+孔口沙包
1.6
3.2
2*32mm捆绑
8
预裂孔
7500
500
90
2
13
孔口1m+孔口沙包
1.6
3.2
2*32mm捆绑
9
预裂孔
7500
500
90
2
15
孔口1m+孔口沙包
1.6
3.2
2*32mm捆绑
合计
32
25.6
备注
单次爆破方量V=8*7*1=56
m3；
炸药单
q=
0.46
kg/m3；
同段起爆最大药量Q=3.2KG。
5.2.3车站浅眼台阶微差松动控制爆破技术参数
（1）炸药选择2#岩石乳化炸药药卷直径为60mm和32mm炸药。
起爆雷管选用微差毫秒电雷管和非电雷管。
（2）炮孔布置及基本参数
钻孔采用垂直型布孔，钻孔直径76mm。
台阶高度宜为3.0-7.0m，孔深度宜为3.3-7.7m其中超深为0.3-0.7m。
前排孔抵抗线W：
1.8～2.7m。
孔距：
a=2～2.7m；排距：
b=1.4～2.2m。
根据台阶高度选择不同的孔距、排距，台阶高度大时取大值,小时取小值。
（3）炸药单耗q的选取
根据岩石性质、炸药性质、单耗初步选取q=0.35～0.5kg/m3进行计算，爆破前先进行试爆爆破时将根据岩性、爆破监测振速、爆破效果进行调整。
（4）单孔装药量Q和同段起爆最大药量的确定。
单孔爆破体积为：
V=a*b*H。
单孔装药量为：
Q=q*V。
为确保爆破效果，前排孔由于有较好的临空面药量比主炮孔减少10%左右，最后一排孔考虑到受前几排孔的制约药量比主炮孔增加10%左右，克服前面几排孔的压制从而达到更好的爆破效果。
为保证连续墙和结构的安全靠地下连续墙的边孔可适当减少药量。
各炮孔装药结构见下表：
表5.2.3-1各炮孔装药结构参数表（孔径76mm）
炮孔
名称
台阶
高（m）
孔深
（m）
抵抗线
（m）
孔距a
（m）
排距b
（m）
装药量
（kg）
堵塞
长度
L（m）
单耗q
Kg/m3
前排孔
3
3.3
1.8
2
1.4
4.2
2.2
0.4
主炮孔
3.3
1.4
2
1.4
4.2
2.2
0.5
后排孔
3.3
1.4
2
1.4
4.2
2.2
0.5
前排孔
4
4.5
2.3
2．2
1.6
6.0
2.5
0.35
主炮孔
4.5
1.6
2．2
1.6
6.0
2.5
0.43
后排孔
4.5
1.6
2．2
1.6
6.6
2.1
0.47
前排孔
5
5.5
2.5
2．5
2
7.8
3.0
0.31
主炮孔
5.5
2
2．5
2
7.8
3.0
0.31
后排孔
5.5
2
2．5
2
8.4
2.8
0.34
前排孔
6
6.6
2.6
2．6
2.0
11.4
3.0
0.36
主炮孔
6.6
2.0
2．6
2.0
11.4
3.0
0.37
后排孔
6.6
2.0
2．6
2.0
12
2.8
0.38
前排孔
7
7.7
2.7
2．7
2.2
15
3.0
0.36
主炮孔
7.7
2.2
2．7
2.2
15
3.0
0.36
后排孔
7.7
2.2
2．7
2.2
15.6
2.8
0.38
同段起爆最大药量：
根据连续墙爆破监测数据筛选该区域具有代表的参数，参考爆破计算公式回归计算k和α合理值，再根据k和α值计算所在区域同段起爆最大药量。
当爆破震动较大时可以在孔外增加延时雷管。
为确保地下连续墙及周边建筑物结构安全在爆破前应进行试爆，试爆位置选择端头预裂孔基本段8米长爆破，按照3-4米深岩层的参数进行。
宜控制在3-4排，在取得经验后实施主炮孔爆破,长度宜小于基坑宽度。
（5）装药结构及炮孔堵塞
装药采取孔底集中装药结构，孔口采用炮泥堵塞长度大于1.2倍抵抗线。
非电雷管聚能穴指向孔口的反向装药结构。
（6）起爆网络
单个分区爆破采用非电毫秒雷管微差起爆方法。
各炮孔均采用孔内微差--即将所有孔内非电雷管导爆管绑扎在一起由双发瞬发电雷管同时引爆以确保起爆网络安全。
5.2.4爆破安全验算
（1）爆破震动安全控制
根据本工程所处的地理位置，需要保护的建筑物为距离车站基坑爆源50m之内的建筑物以及支撑结构安全，必须严格控制爆破震动及爆破飞石。
因此需对此范围内的房屋建筑进行验算以确定同段起爆最大药量以便指导施工。
根据《爆破安全规程》计算：
Q=R3（V/K）3/α
式中：
Q—最大一段的装药量，kg；
R—距爆源中心的距离，m；
K—与介质特性、爆破方式及其它因素有关系数取150；
V—非抗震性钢筋混凝土框架房屋允许振速取2cm/s；
α—地震衰减指数取1.8；K,α取值参照下表：
表5.2.4-1有关的系数K和衰减指数α值
岩石类别
K
α
坚硬岩石
50～150
1.3～1.5
中等硬度岩石
150～250
1.5～1.8
软岩石
250～350
1.8～2.0
将不同取值的参数代入公式，可得结果如下表所示：
表5.2.4-2不同距离的最大一段的装药量值对照表
序号
R（m）
安全震动速度v（cm/s）
同段起爆最大药量Q（kg）
1
20
2
5.99
2
30
2
20.24
3
40
2
47.98
4
50
2
93.71
车站实际施工中根据不同爆破部位控制单段起爆最大装药量，确保爆破震动不会对周边居民房屋造成伤害。
为了切实确保工程爆破震动安全，在初期以安全距离参考值对应的装药量的一半作为最大单段装药量进行爆破，同时实地测试爆破振动以求取该地真实可靠的K、α值并调整计算主要建筑物的安全距离。
在爆破进入正常均衡生产阶段后以实测结果决定安全距离来严格控制钻孔爆破的单段最大装药量从而确保周围保护物的安全。
爆破震动测试与分析系统如下：
图5.2.4-1爆破震动测试与分析系统流程图
（2）爆破飞石控制
车站爆破安全控制除了控制爆破震动外爆破飞石的控制尤为重要，车站爆破时采用在爆区表面覆盖胶皮及沙包的防护措施。
具体为在爆区表面覆盖由废旧轮胎编制的重型炮被，孔口再压砂包覆盖防护网，另外在基坑口支撑面上设置由两层铁丝网及2层安全尼龙网编织成的防护网片可保证爆破飞石不飞出基坑围墙。
安全警戒：
每次爆破前30分钟进行安全警戒，警戒范围按爆破飞石的安全距离确定。
警戒范围以内的一切人员应全部撤离，爆破指挥则依每次爆破地点情况设于其附近较安全位置。
爆破指挥、起爆点和各警戒点之间用步话机保持顺畅的通讯联系。
警戒信号分为三种即警戒、准备起爆和警戒解除，每次爆破后检查无误后由爆破指挥发出警戒解除信号。
安全警戒距离为以爆源为中心向外100m范围。
5.3劳动力组织
表5.3-1劳动力计划表
序号
作业工种
人数
备注
1
爆破工程技术人员
1
2
爆破员
4
3
安全员
1
4
钻工
12
5
空压机修理工
1
6
电工
2
6.材料与设备
表6-1施工机具及爆破器材配置如下表：
序号
设备名称
数量
规格型号
主要工作性能指标
备注
1
地质钻机
15
DPP-110
最大钻进
深度100m
2
空压机
2
SA5150
20m3
3
YT28凿岩机
4
风动式
4
潜孔钻机
2
气液联动
13m3
5
测震仪
1
TC-4850
6
电雷管测试仪
1
QJ41型
测量范围0-3Ω
7
高能起爆器
1
GM-500S
起爆1000发电雷管
7.质量控制措施
（1）确保生产的均衡连续性和破碎质量，同时有利于爆破安全的控制，石方爆破采用钻孔控制爆破的方法进行。
爆破开挖采用分段分层低梯段钻孔控制爆破，孤石和大块石的二次破碎主要采用镐头破碎。
（2）从有利于铲装和作业安全的角度出发，每段石方开挖分台阶作业。
（3）爆破初期进行爆破振动规律测试取得该地真实可靠的K、α值，为准确控制单段最大装药量提供依据。
另外爆破进行过程中实施爆破振动监测以便随时调整爆破参数和确保其爆破振动安全。
（4）根据保护建筑物到爆破地点的不同距离，严格按实测振动规律控制单段最大装药量和一次爆破规模。
采用微差起爆方法最大限度地减少爆破振动对环境的影响。
（5）石方爆破开始前对周围建筑物进行详细调查并依据其结构特征和国家标准给出各自的爆破振动安全允许值。
（6）严格安全防护措施，爆破时对爆区顶面覆盖柔性防护网以防止个别飞石造成周围保护物的损害，爆破时实施严格的安全警戒。
（7）爆破施工严格遵照《爆破安全规程》和政府部门有关规定办理。
爆破施工前编制详细的爆破施工组织设计经有关部门审批后实施。
（8）起爆前加强警戒警示，爆破时人员全部撤至安全地点后方可起爆，爆破警戒距离不小于100m并实施临时封路。
（9）爆破前张贴告示，加强与临近单位之间的沟通、协调确保爆破施工进行顺利。
8.安全控制措施
8.1爆破警戒与信号
爆破工作开始前必须确定危险区边界并设置明显的标志。
爆破前2小时由现场安全负责人通知周边商铺，爆破前30分钟由现场安全员用高音喇叭通知附近行人及车辆做好爆破准备，必须同时发出音响和视觉信号，使危险区内人员都能清楚地听到和看到。
第一次信号——预警信号。
所有与爆破无关人员应立即撤出危险区以外或撤到指定的安全地点，在各警戒点派出警戒人员。
第二次信号——起爆信号。
确认人员、设备全部撤出危险区具备安全起爆条件时方可准许发出起爆信号，根据这个信号准许爆破员起爆。
第三次信号——解除警戒信号。
未发出警戒信号前岗哨应坚守岗位，除爆破工作负责人批准的检查人员以外严禁任何人进入危险区，经检查确认安全后方可发出解除警戒信号。
8.2起爆
采用高能起爆器激发起爆雷管时必须由有爆破经验的爆破员操作。
爆破前30分钟必须装完药联好起爆网络并派专人检查清理施工现场，一切机械设备和人员撤到安全警戒距离以外。
没有爆破负责人的起爆指令不得起爆。
炮响后按照规定的时间后才准爆破技术人员和爆破工进入爆区检查，安全准爆后才能解除警戒。
8.3爆破后安全检查和处理
爆破后按规程规定的时间确认安全后爆破人员进入爆破地点检查有无危石和盲炮等现象，发现问题及时处理并和相关部门取得联系采取相应的安全措施。
未处理前应到现场设立危险警戒标志。
若发现盲炮必须按照《中华人民共和国爆破安全规程》（GB6722-2003）中的有关规定来处理，只有确认爆破地点安全后经当班爆破负责人同意方可准许其他施工人员进入爆破地点。
8.4盲炮处理
盲炮是安全隐患对其应十分关注以预防为主减少或避免盲炮的发生。
其措施是：
施工前和施工中应该对储存的爆破器材作定期检验，应选用合格的炸药和雷管以及其它爆破材料；装药前应检查孔内是否有积水如有积水应采用防水的乳胶炸药或是清除积水；装药时中间不能脱节；联线时要注意防止导爆管和导爆索不折断四通要连接牢固，雨天时注意防水确保起爆网路的畅通。
一旦发现盲炮应严格按《爆破安全规程》（GB6722-2003）中的规定执行。
处理盲炮的工艺流程：
确定类型→分析现状→确定处理方法→处理盲炮→检查效果→结束。
8.5爆炸物品从炸药库到工地控制措施
根据东莞市公安局及对炸药、雷管运输的相关要求本工程爆破所用爆炸物品由专业公司负责配送，配送车辆及押运人员由该公司负责。
每次爆破后认真填写爆破记录。
剩余的爆炸物品必须按照《民用爆炸物品安全管理条例》（2006.9.1）中的规定及时退回库房。
9.环保措施
（1）对废弃物品必须按指定的地点进行排放，注意与周围水沟的畅通，确保周围环境的协调统一。
（2）严禁在施工现场焚烧废弃物和会产生有害有毒气体、烟尘、臭气的物品。
（3）施工过程中严禁将含有污染的物质或可见悬浮物的水排入水道，所有机械废油回收利用或妥善处理，严禁随意泼倒。
（4）合理安排作业时间，尽量选择白班作业，以防影响四周居民。
10.效益分析
硬岩地层基坑采用爆破施工可以将完整的岩石爆裂成诸多小块，对后期的石方外运提供了有力保障。
通过预裂+松动爆破施工可以有效的缩减施工时间，提高经济效益。
表10-1经济效益分析表
以20m长，19m宽，5m深一个分区进行对比
预裂+松动爆破
每小时钻孔个数（5.5m深）
总孔数
总需时间（h）
总价（元）
2
9*4（预裂孔）+9*9=117
117/2+3=61.5
20*19*5*50=95000
松动爆破
每小时凿除方量（m³）
孔数+方量（m³）
总需时间（h）
总价（元）
5
9*9=81
20*3*5=300
爆破：
81/2+3=43.5
破除：
300/5=60
总计43.5+60=103.5
20*16*5*50=80000
60/8*2800=21000
总计：
101000
说明：
1：
爆破所需时间为钻孔总时间+装药爆破时间
2：
爆破单价为50元/m³，炮机费用为2800元/台班。
3：
基坑若全部采用松动爆破，则靠近连续墙两侧需预留1.5m隔离区，该隔离区石方需用炮机破除。
采用预裂+松动爆破施工对比松动爆破可以有效降低松动爆破对连续墙及周围建筑物的破坏，同时预裂爆破后与连续墙交接处产生断裂面，形成平整基面，对结构防水板铺设质量提供有力条件。
综上所诉，无论是工期、成本、安全、质量，采用预裂+松动爆破比较只采用松动爆破都更合理。
11.应用实例
11.1工程概况
下桥站为东莞市轨道交通R2线工程的第4座车站，位于莞龙路与银珠街、银岭街交叉的十字路口，沿莞龙路设置。
车站及配线区间总长498.578m，（其中车站长235.5m，明挖区间段263.078m）标准宽度19.1m，基坑深约17.66m。
根据工程地质情况，车站底板埋深约在地下16～17.5m之间，大部分置于强、中等、微风化混合片麻岩中，局部置于硬塑状残积土层及全风化岩层中，基坑部分区域存在0-6m范围不同厚度的微风化岩石。
11.2施工情况
下桥站基坑内存在<10-3>中风化花岗岩、<10-4>微风化花岗岩层，岩层平均厚度5m，部分区域最厚达8～10m，平均抗压强度为90MPa，最大抗压强度达180MPa。
由于基坑跨东莞雨季施工，车站分成了3段进行施工。
其中，一期先施工车站南北两端地势较高段，二期施工车站中部地势较低段。
为确保车站结构施工的节点工期，基坑施工必须在2013年雨季来临前全部完成。
为达到该节点目标，除常规的炮机破除施工手段外，对基坑石方采取了预裂爆破施工工艺，基坑于2012年1月13日开始爆破至2013年4月3日结束，约爆破石方4.7万方，抢在东莞雨季来临前完成了车站全部土方开挖。
11.3实际结果及评价
基坑岩石爆破施工后，完整的岩层都碎裂成大小不等的碎石块，加上原钻孔所留孔洞的影响，比较大块的碎石只需炮机稍加炮击后便可顺利清理装车外运，相比只用炮机破除基坑石方效率提高了6倍。
基坑土方的有利开挖进度保证了基坑在东莞雨季来临前（每年5月）开挖完成并封底，确保了车站结构施工工期的同时，规避了在雨季施工进行深基坑施工这一较大的安全风险。
基坑爆破石方清理后，连续墙的位移检测、支撑轴力检测、地基承载力检测、爆破振速等都符合设计及规范要求，由此成为符合该地区硬岩地质条件且经济适用的基坑爆破施工方法。
下桥站25个区深基坑石方开挖采用预裂爆破施工工法，平均完成一个区需2.5天，共需63天，每区投入成本9.5万，共需237.5万；若采用传统的松动爆破及机械破除施工工法施工，平均完成一个区需4.3天，共需108天，每区投入成本10.1万，共投入成本252.5万。
采用本工法在下桥站基坑石方的施工中节约工期45天，节约成本15万元。
图11.3-1下桥站爆破后效果图
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