复杂环境下地铁车站基坑爆破施工技术研究

复杂环境下地铁车站基坑爆破施工技术研究

张晓川,刘富,朱晓林,林焰,郭哲伦

中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081

摘要：为了控制岩质基坑爆破开挖对周边环境的影响，本文以深圳地铁12号线流塘站为例，通过工程经验类比、理论分析、现场资料分析等方法确定了复杂环境下地铁车站基坑爆破施工的爆破方案，具体包括：爆破方式、爆破参数、装药方式、起爆网路、爆破防护、爆破安全距离等；具体分析了该方案实施中的重点并提出了相应的安全措施。该方案可以有效降低复杂环境下地铁车站基坑爆破施工风险，确保施工顺利进行。

关键词：复杂环境；地铁车站；基坑；爆破施工

中图分类号：TU921 文献标志码：A

Research on blasting construction technology of subway station foundation pit under complex environment

Zhang Xiaochuan, Liu Fu, Zhu Xiaolin, Lin Yan, Guo Zhelun

（Sinohydro Bureau 7 Co.，Ltd.，Chengdu 610081，Sichuan）

Abstract: In order to control the impact of rock foundation pit blasting and excavation on the surrounding environment, this paper takes Liutang Station of Shenzhen Metro Line 12 as an example and determines the blasting scheme of subway station foundation pit blasting construction in complex environment through engineering experience analogy, theoretical analysis, field data analysis and other methods, including: Blasting mode, blasting parameters, charging mode, initiation network, blasting protection, blasting safety distance, etc. The key points in the implementation of the scheme are analyzed and the corresponding safety measures are put forward. This scheme can effectively reduce the excavation blasting construction risk of subway station in complex environment and ensure the smooth construction.

Keywords: Complex environment; subway station; foundation pit; blasting

0 引言

近些年来，随着城市轨道交通建设的迅速发展，在地铁修建过程中遇到岩层的情况越来越多。然而，地铁往往会穿越城市中心地区，周边建筑物密集，各种管线交错纵横，这些因素增大了地铁施工的风险，特别是需要进行爆破开挖的部位，施工难度极大[1-2]。

本文依托深圳地铁12号线流塘站基坑基岩爆破工程，对城市复杂环境下地铁车站基坑基岩爆破施工技术进行了研究。以期做到既要保护周边环境，又要确保施工工艺从安全、工期以及可实施性等方面满足要求[3]。

1 工程概况

深圳地铁12号线流塘站为地下二层14m岛式站台车站，双柱三跨箱型框架结构。采用半盖挖顺作法施工，箱涵临迁区域采用顶板逆作。车站标准段基坑宽度23.3m，深约18.35m～21.41m，盾构井段基坑宽度29.5m，小里程端深约22.85m，大里程端深约19.35m。车站主体基坑长254m，标准段宽23.3m。车站周边建筑物包含商住区、学校、医院、公园等等，车站两侧分布的管线主要有：电力、燃气、通信、给排水，部分管线横穿基坑或穿过车站端头，在交通疏解道路施工阶段已对其进行临时改迁，车站平面位置如图1所示。

流塘站小里程段底板主要位于微风化混合花岗岩层，大里程段底板主要位于强风化混合花岗岩层，由地表自上而下依次为黏性素填土、回填石、淤泥质粉质黏土、砂层、粉质黏土、砂层、硬塑状砂质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。（局部存在破碎段）

流塘站沿线水文地质大致相同，水文地质变化不大。根据其赋存介质的类型，沿线地下水主要可分为上层滞水、孔隙潜水、基岩裂隙水。其中，上层滞水主要是赋存于第四系人工填土层中的上层滞水，主要赋存于填碎石和填块石中；孔隙潜水赋存于第四系全新统冲洪积砂层中，残积砂质黏性土及黏性土层中含少量孔隙潜水，具微承压性；基岩裂隙水和构造裂隙水，主要赋存于基岩强～中等风化带和断裂构造带中，为基岩裂隙承压水，富水性因基岩裂隙发育程度、贯通程度及胶结程度而变化。

车站基坑为盖挖法施工，围护结构主要采用排桩（钢筋混凝土桩）+内支撑的形式，由于车站基坑在开挖过程中遇到中等风化花岗岩层，因此需要采用爆破法。

图1 车站平面位置图

Fig 1 Subway station floor plan

2 爆破方案

爆破施工的流程如下图所示。

图2 爆破施工流程图

Fig 2 Blasting flow chart

根据工程特点和周围环境，拟采用的总体设计原则如下：

（1）采用微差爆破和严格控制装药量，降低爆破振动，保证爆破安全；

（2）采用严密的防护措施，待爆岩体采用炮被或使用加工好的钢板进行近体覆盖，再在基坑支撑梁上采用钢板覆盖防护，将爆破飞石等危害控制在安全范围内；

（3）加强警戒，非作业人员禁止进入爆破作业区，放炮前应在设计要求的安全距离处设立警戒线。

（4）临近建筑物或对爆破振动要求级别高的部位采用静态爆破法开挖，辅以机械二次破碎。

2.1 分层分段

爆破采取从基坑围护桩与临时立柱桩中部开槽形成临空面，由中间向两端进行爆破破碎岩体。围护结构、临时立柱桩1.5m范围内的基坑石方区域施作减振孔，后期采取水平钻孔爆破配合机械剥离保护层方式进行施工。基坑内采取120挖机破碎，220挖机转运，25t汽车+渣斗进行吊装，地面由挖机装车直接运至弃土场。

石方遵循“水平分段、竖向分层”原则进行爆破开挖，水平每段长10m，竖向分8层，分层高度第二道支撑顶以上为2-3m，第二道支撑顶以下为3-4.5m。

2.2 爆破施工参数

采用Φ42mm浅眼台阶松动爆破法施工开挖，非电起爆网路，围护桩、临时立柱桩1.5m范围内的基坑石方区域按照 “多打孔，少装药”原则进行炮孔加密，小药量松动爆破，机械剥离岩体。

根据12号线流塘站待爆岩体的性质以及爆区周边环境，选取浅眼台阶控制爆破，具体参数初定如下：

最小抵抗线：W=(0.4～0.8)H (m)

孔间距：a=(1～2)W (m)

排间距：b=(0.8～1.0)a (m)

孔深：L=H+h (m)

钻孔超深：h=(0.1～0.15)H (m)

堵塞长度：lˊ≥W (m)

炸药单耗：q=(0.35～0.40) (kg/m3)

以上爆破参数可根据工地地质、岩石条件和初期实际爆破效果进行调整优化。

爆破遵循“浅眼、小台阶、密打眼、少装药、强覆盖、间隔毫秒延时”的原则，根据爆破参数表，炮孔布置如下：

围护桩（格构柱）1.5m范围内（保护层）的基坑石方区域炮孔450×800mm梅花形布置，第二道支撑顶以上标准段炮孔1000×1100mm梅花形布置，第二道支撑顶以下标准段炮孔1200×1200mm梅花形布置。

2.3 装药填塞

采用乳化炸药连续耦合装药结构，起爆药包置于炮孔底部三分之一处，用钻屑或砂粘土分层捣实。炮孔有水时，用小米石（粒径0.2～0.5cm）回填，回填时不能使回填材料悬浮或回填质量不密实，造成实际回填长度不符合设计要求，影响爆破效果和产生安全隐患。

图3 爆破孔装药示意图

Fig 3 Schematic diagram of blasting hole charge

2.4 起爆网路

采用基坑浅眼台阶爆破采用单孔单响起爆网路，采用高段别MS11导爆管雷管入孔，低段别MS3导爆管雷管孔外联接延时，孔间延期时间为50ms，排间延期采用MS5导爆管传爆，延期时间为110ms，控制每次爆破规模，雷管的聚能穴朝向导爆管的尾端,选用CHA-300型起爆器起爆。非电起爆网路如下图所示。

图4 基坑起爆网络示意图

Fig 4 Schematic diagram of foundation pit initiation network

2.5 爆破防护

由于12号线流塘站位于既有前进二路上，人员及车辆较多，为有效阻隔爆破飞石对周边建筑及人员的影响。爆破前，采用柔性防护与刚性防护相结合的防护方案。

基坑内部爆破面采用1000mm厚沙袋覆盖炮孔，中部铺盖10mm厚钢板，相邻钢板间搭接500mm，钢板再上用1m厚沙袋压实，基坑口爆破时临时采用10mm厚钢板满铺，爆破后将钢板吊运至指定位置堆放，以起到有效保护周边建筑、车辆及人员安全。

基坑口采用固定盖板以及移动式防护盖板结合方式进行基坑口防护，固定盖板采用20A工字钢作为骨架，上铺竹胶板进行封闭，竹胶板采用扎丝与工字钢绑扎固定；移动盖板采用双拼28A工字钢作为轨道骨架，14A槽钢作为轨道，移动盖板采用卷扬机进行拖动。

2.6 爆破振动安全距离

本工程振动保护对象为施工周边建（构）筑，拟控制振速为1.5cm/s，距离爆破区域较近，若基坑支护结构控制振速在安全振速控制范围内，完全可保证建筑物的安全振速控制要求。根据《爆破安全规程》[4]的经验估算公式，微差爆破时的同段最大药量Qmax按下式：

式中：

Qmax——微差爆破时同段最大药量或齐发爆破总药量，kg；

R——爆破中心到测点的距离，m；

V——建筑物允许的安全振速，对于周边楼房取V=1.5cm/s；

k——与场地有关的系数，类比实测值k=150；

α—地震衰减指数，类比实测值α=1.8。

计算得出不同爆心距R 对应的同段最大药量Q，如下表所示。

表1 最大单段安全起爆药量表

Tab 1 Maximum single-stage safe detonating charge

根据上表计算所得最大单段起爆药量，要做到爆破振速控制在安全范围内，需做到经下几点：

1）采取微差控制爆破技术，合理选取微差间隔时间及微差段位，并根据施工进度实际情况合理安排，尽量安排多段位的雷管以延长微差时间，利用先爆炮孔爆破后造成附近岩体破碎和松裂，为后爆炮孔开创内部自由面来达到降振目的。

2）降低爆破深度，减少装药量，控制每次爆破层厚，控制每次爆破作业规模。

3）爆破施工中，合理设置和人为开创自由面来减少岩体的过大夹制作用，造成地面的振动和飞石。

4）严格控制钻孔超深，过大的超深会增加爆破振动影响。

5）为减小爆破对于邻近坑边的区域影响，使用先进的爆破器材，采用普通非电毫秒延期雷管，特殊地段（围护桩及格构柱1.5m范围）采用数码电子雷管。

6）爆破前做好爆破试验工作，根据爆破试验结果合理调、优化爆破参数，确保爆破安全、科学、合理、保质保量。

7）根据表1计算结果进行装药，保证最大单段起爆药量不超过限值，严格控制单次爆破规模和装药量。

8）为控制爆破振动，对每次爆破进行实时监测，根据监测数据优化包爆破参数。

3 爆破施工重点

（1）爆破环境复杂，建立顺畅的沟通机制，紧密协作，与周边管线、电力、居民、商铺所属单位建立互动群，爆破施工前与周边单位提前沟通，并于施工前张贴爆破安全告示。

（2）施工中应严格控制爆破飞石和振动，防止爆破飞散物对周边的管道设施、道路及周边建筑等保护对象造成影响，必要时采用钢板覆盖。

（3）严格控制爆破振动，根据施工环境及震感强度要求，采用不同的开挖手法，并及时反馈监测数据，指导施工，将爆破次生扰民危害降到最低。

（4）合理设计爆破参数，爆破产生的大块禁止用爆破法解小，用液压破碎锤处理，以满足挖运装车的要求。

（5）采用技术先进低噪音、自带吸尘的钻孔设备，把扬尘危害降到最低，主动从源头上抑制扰民危害。

（6）严格落实爆破安全警戒清场工作， 定人定岗定责，保持顺畅的沟通频道，配备齐全警戒警示器具。

4 爆破安全措施

（1）建立完善有效的安全管理系统，切实行使安全监察职能，项目部设安全主任，负责抓施工安全，施工队须配备专职或兼职安全员，使安全工作有人抓、有人管。

（2）坚持“安全第一、预防为主”的方针，积极宣传，增加全员安全知识，落实安全生产责任制，严格执行安全规范。按照责任和“一标三规范”定期检查，制定安全奖罚制度，坚决实行安全生产否决权。

（3）为现场职工提供必要的安全防护和劳保用品。加强作业人员的自我保护，使安全生产建立在科学的管理、先进的技术、可靠的安全技术措施及防护设施的基础上。

（4）施工人员进场需实行三级安全技术教育，建立健全安全检查制度。特种作业人员上岗持上岗证率须达100﹪。

（5）爆破作业对使用的火工品进行检测。

（6）爆破施工时遇雷雨天气应停止爆破作业，将人员撤至危险区以外，设置安全警示区域，并派人警戒，防止有人误入危险区。

（7）爆破作业区域及时围挡，竖立醒目警示标识，严禁无证人员进入爆区、静态爆破施工区域，严禁烟火。

（8）施工爆破前，向邻近单位发出通知，请其配合搞好安全工作。

（9）环境震动监测

爆破施工过程中，应对周边建（构）筑物、道路以及边坡进行爆破震动监测，当爆破施工对周围建筑物和环境产生较大影响，甚至危及安全时，及时修改爆破施工方案并采取有效措施加以克服，爆破震动监测记录应完整、归档。监测所使用的仪器及测试系统，须满足精度要求，并经国家计量部门认定的专业机构标定。监测项目应包括：爆破地震动效应，空气冲击波、爆破噪音、爆破飞石，爆破对岩体状态的影响，边坡稳定观测。测试前，检查测点布置是否达到了设计要求、测试系统是否能满中测试精度要求、监测数据的处理方法和相关结论是否科学，在监测方案中详细说明，在每次爆破后及时提交监测数据，作为调整爆破参数，和评价被测目标物安全状态评价的依据。

5 结束语

本文基于深圳地铁12号线流塘站基坑爆破工程，系统介绍了城市中复杂环境下地铁车站基坑爆破施工技术，对爆破方案中的爆破方式、爆破参数、装药填塞、起爆网络、爆破防护、安全距离等做了深入研究，具体分析了爆破方案实施过程中的重点并提出了相应的安全措施，具有一定的借鉴和推广价值。

参考文献

[1] 祝文化,宋成梓,陈卫雄,明锋.复杂环境下地铁车站基坑爆破振动效应的试验研究[J].爆破,2009,26(02):99-101+107.

[2] 张江林.城市密集区地铁明挖车站爆破施工技术[J].四川水泥,2021(04):70-71.

[3] 宋晓峰.城市生态敏感区地铁车站高强度基岩爆破施工技术[J].铁道建筑技术,2021(05):149-153.

[4] GB 6722-2014,爆破安全规程[S].北京:中国标准出版社,2014.