复杂环境下地铁基坑钻爆开挖预裂减震技术

复杂环境下地铁基坑钻爆开挖预裂减震技术

耿兴玉

江苏省矿业工程集团有限公司 江苏徐州 221000

摘要：近地铁隧道基坑开挖工作会对原有地铁结构的稳定性产生一定的不良影响，导致隧道结构变形问题，因此在近地铁隧道基坑开挖过程中，需要做好对原有地铁隧道项目的保护，制定合理的施工方案，采取有效措施控制地铁隧道的变形，保证工程建设的稳定性和安全性。

关键词：地铁隧道；基坑开挖；保护措施

引言

随着城市化进程的不断加快，城市人口密度越来越大，对地铁隧道工程项目的建设要求越来越高。从目前我国城市化建设情况来看，城市地铁和高层建筑越来越多，地铁多条隧道相互交错，在隧道附近高层建筑建设过程中深基坑的开挖必然会对已有的隧道结构产生一定的负面影响，影响地铁隧道运行的安全性。因此，必须要设计安全经济的施工方案，做好基坑开挖的保护措施，尽可能地减少对地铁隧道的负面影响。

1工程概况

1.1工程简介

南石路站是广州轨道交通十一号线第25座车站，车站基坑明挖段长326．2m，标准段宽为20．3m，最大开挖深度为25．9m。基坑开挖采用明挖顺做法施工，钻孔灌注桩围护+钢管(混凝土)支撑联合围护，基坑内管井降水，车站围护结构如图1所示。基坑开挖采取钻爆开挖与机械开挖相结合的方式，根据地勘资料显示，开挖岩体大部分为中风化泥质粉砂岩。

图1车站围护结构剖面

1.2施工周边环境

车站站位所在地块绝大部分位于已拆迁的广州纸厂原厂区范围内，场地较为平整。周边现状:车站西端位于南石路以东广州自行车飞轮厂用地内，地势局部比广纸地块低1m左右;站位中部北侧为海珠区棣园村1～3层住宅;车站西端南侧附近有一座110kv变电站，变电站围墙距离主体基坑最近约为6．5m;变电站西侧有一处高压线塔，线塔距离主体基坑约10m。南石路周边建筑物调查情况见表1，周边环境详见图2、图3所示。由此可见该地铁车站基坑施工周边环境复杂，开挖爆破振动控制与围岩稳定是工程施工中安全监控的难点和重点。

图2周边环境现状

图3周边环境平面示意

1.3钻爆开挖要求

(1)由于爆破开挖基坑周边环境比较复杂，基坑开挖要求进行精心爆破设计并采取降震措施，依照GB6722－2014《爆破安全规程》中相关规定，结合实际情况，将爆破振动速度控制在4．0cm/s以内。(2)保护围护结构的安全。(3)爆破后岩石块度均匀，利于岩渣装运。

2钻爆开挖方案

基坑开挖遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖、由中间向两端推进”的施工原则，上部覆土和强风化松散岩层优先采用机械开挖，下部坚硬岩则采用爆破开挖。在开挖期间预留出渣车辆通道，以便于渣堆装运。根据开挖基坑周边环境（如图2所示）与施工要求，严格控制该地铁车站基坑钻爆开挖引起的爆破地震动强度，并保证施工周边人员与建（构）筑物安全是施工监控的难点和重点。因此，选择适当的钻爆施工工艺、严格控制单段最大起爆药量以及合理选择爆破参数和起爆网路，并在施工过程中加强爆破振动监测，是基坑开挖爆破设计与施工中优先考虑的问题。经施工方案比较分析，该地铁基坑开挖采用浅孔台阶松动爆破方案，主爆区起爆网路采用孔内、孔外联合网路[1]，开挖边界部位采用预裂爆破，以最大限度地将爆破地震波强度降到安全许可限度内。考虑到施工现场照明线路较多，并且杂散电流较强，爆破器材选用国产新型导爆管雷管，以确保基坑钻爆开挖施工安全。基坑开挖爆破遵循多打孔、少装药、多分段的施工原则，充分利用地震波的时空叠加相干作用，将爆破地震强度降低到最小，减少洞壁的超欠挖量，并及时跟进喷锚支护边坡。

3爆破设计

3.1主爆孔爆破参数

(1)开挖深度:一般地分层开挖深度(即台阶高度)H=3．0m，实际依据地形进行调整。(2)孔深与超深:孔深L=H+h，并随地形变化而变化，其中超深h为开挖深度的0．1～0．15倍，实际取h=0．3m。(3)炮孔直径:孔径D按钻孔设备确定，D=70mm。(4)底盘抵抗线:根据岩性和台阶高度选取，底盘抵抗线Wd=(0．4～1．0)H，经试爆取Wd=2．2m。(5)孔距和排距:孔距a=(1．0～2．0)Wd，为施工方便，实际取a=2m，排距b=a/m，m为炮孔密集系数，取m=1．15，则b=1．8m。(6)炸药单耗q:根据岩性和岩石爆破块度要求，经过试爆，该项目砂质泥岩中q=0．20kg/m3。(7)单孔装药量:单孔装药量按公式Q=qabL计算确定，单孔装药量应根据现场孔深及自由面情况进行调整。(8)填塞长度:填塞长度L'=(0．8～1．0)Wd。(9)装药结构:采用连续装药结构。炮眼布置采用梅花型，每次爆破5排，每排孔数依开挖区域面积调整确定。

3.2预裂孔爆破参数

预裂孔直径与主爆孔相同，即D=70mm。预裂孔的超深应大于主爆孔底部的垂直方向破裂半径，根据经验公式确定，即h0＞(10～20)D［2］，实际取h0=0．7m。预裂孔采用不耦合装药结构，其不耦合系数为2．2，孔内药卷由导爆索串联连接后接毫秒延期导爆管雷管，以实现微差爆破。预裂孔线装药量按如下经验公式计算:

式中:qx为预裂孔线装药密度(kg/m);σc为岩石极限抗压强度(MPa);a为预裂炮孔间距(m)。按如下经验公式确定: 式中炮孔直径D=70mm，则其预裂炮孔间距应为56～84cm，实际取值60cm。开挖岩石的极限抗压强度为38．5MPa，经计算取qx=0．24kg/m。预裂孔填塞长度为0．6～0．8m。

3.3起爆网络

为有效控制爆破地震效应和爆破飞石，车站基坑开挖爆破网路采用孔内、孔外联合延时网路，优先起爆预裂孔，然后起爆主爆孔。主爆孔采用中心V型起爆，起爆器材选用新型国产高精度导爆管雷管，孔内延期时间为250ms，孔外延期时间为9ms，排间延期时间为25ms，预裂孔超前第一个主爆孔100ms起爆。为严格控制单段最大起爆药量，起爆点两侧炮孔延期时间错开8ms，以保证各个炮孔逐次接力起爆。

结语

（1）研究了复杂环境条件下城市地铁车站基坑钻爆开挖的合理施工方案，该方案不仅大幅度降低爆破振动效应，而且有效控制了爆破抛掷作用和爆破飞石，进而能够防止基坑开挖爆破施工对周围建筑物和围岩等的破坏。（2）该地铁车站明挖段爆破开挖工程爆破效果表明，基坑爆破所采用的孔内、孔外延时的立体爆破网路不仅严格控制了单段最大起爆药量，实现炮孔的相继接力起爆，而且使爆破地震波在时间和空间上峰谷叠加，显著降低爆破震动强度和控制爆破飞石，这是复杂环境下行之有效的爆破控制技术，实现了基坑钻爆开挖的安全与高效。

参考文献

[1]赵根.台阶爆破精确起爆振动特性研究[J].爆破，2010（2）:14－17.

[2]熊炎飞，董正才，王辛.爆破飞石飞散距离计算公式浅析[J].工程爆破，2009，15（3）:31－34.