城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設(shè)計(jì)研究

楊宏偉

摘 要：本文以某地鐵車站工程為例，深入探討城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設(shè)計(jì)。結(jié)合具體施工成果可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)能夠較好保護(hù)周邊建筑物。

關(guān)鍵詞：地鐵明挖車站;城市密集建筑群;鉆爆施工設(shè)計(jì)

中圖分類號：U231.3;TU312 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

在石料開挖過程中，爆破法屬于造價最低的施工方法，但該方法在城市密集建筑群附近的應(yīng)用存在較高難度，這對地鐵明挖車站鉆爆施工設(shè)計(jì)提出較高挑戰(zhàn)。為較好應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 工程概況

為提升研究的實(shí)踐價值，以某地鐵車站工程作為研究對象，工程主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索+巖石錨桿的形式，案例站段標(biāo)準(zhǔn)斷面寬、長度分別為26.0 m、284.0 m，基坑深22.0 m。距離車站基坑右側(cè)15 m為居民樓、商住樓，距離車站基坑左側(cè)20 m為交通較為繁忙的市政道路。車站場區(qū)地形較為濱海堆積區(qū)，地形平坦，地勢較低，地面高程4.40～6.60 m，第四系厚度1.6～4.9 m，主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層、海相沼澤化層含淤泥中、粗砂、含有機(jī)質(zhì)粉質(zhì)黏土層。基巖主要為中生代燕山晚期花崗巖，局部煌斑巖呈脈狀侵入，受構(gòu)造作用的影響，本場區(qū)范圍內(nèi)局部發(fā)育碎裂巖及節(jié)理密集帶。

2 城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設(shè)計(jì)

2.1 明挖法施工設(shè)計(jì)

在案例工程深基坑施工過程中，需保證存在滿足施工要求的實(shí)際降水量，地面處理質(zhì)量也需要嚴(yán)格控制，同時需要做好對管線及建筑物的保護(hù)。在開挖案例工程基坑前需要進(jìn)行施工降水，地下水位監(jiān)測需要在開挖過程中嚴(yán)格開展，對于基坑開挖過程中暴露出的滲漏等問題要及時處理。結(jié)合基坑多層支護(hù)特點(diǎn)，案例工程采用縱向分段橫向分層開挖設(shè)計(jì)，以15～20 m為分段長度，低于設(shè)計(jì)錨索腰梁支架50 cm的位置為分層高度。案例工程深基坑的開挖難度較高，具體的接力挖掘由挖掘機(jī)負(fù)責(zé)，輔以獨(dú)特防塌技術(shù)和一定人工開挖作業(yè)，按照20 cm長度提前預(yù)留。

2.2 爆破方法選擇

在城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設(shè)計(jì)實(shí)踐中，需開展安全振動速度測量，施工線和建筑物的位置關(guān)系屬于測量重點(diǎn)，建筑物的高度和年代、地基類型、地基深度、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量等均需要得到充分考慮。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，可確定建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，同時可完成爆破安全振動速度的科學(xué)選擇，該值過大會導(dǎo)致明挖車站鉆爆施工對周邊建筑物造成嚴(yán)重破壞，過小則會限制爆破技術(shù)發(fā)揮，這不僅會帶來嚴(yán)重浪費(fèi)，施工進(jìn)度也會同時受到制約。結(jié)合爆破安全規(guī)程，需結(jié)合不同建筑物存在的安全允許振動速率規(guī)定，最終確定周邊建筑物的安全振動速率，為具體設(shè)計(jì)提供依據(jù)。站場石方爆破方法選擇需要完成各段最大藥量確定，計(jì)算公式如式（1）所示，式中的R、Q、V、k、分別為建筑物與爆破中心距離、分段起爆最大藥量、被保護(hù)建筑物允許質(zhì)點(diǎn)振動速度、與地形等因素有關(guān)系數(shù)、爆破地震隨距離衰減系數(shù)，其中取1.6，v取1 cm/s，k取180。

結(jié)合案例工程實(shí)際，站場石方爆破從坑底向下進(jìn)行，具體選擇淺孔小臺階爆破方法，從站場的一端到另一端完成爆破施工，站場四周需要設(shè)置減震孔，直徑為35～65 mm，孔間距需要控制在25 cm內(nèi)。在爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)中，預(yù)裂爆破孔徑、藥柱直徑、藥柱孔徑分別設(shè)置為42 mm、0.3～0.5 m、25 mm，藥柱孔深、藥量分別設(shè)置為1.0～3.0 m、0.6 kg。為實(shí)現(xiàn)對爆破振動速度的控制，設(shè)計(jì)選擇同時在孔內(nèi)、孔外起爆的方法，同截面同起爆段結(jié)合各部分到結(jié)構(gòu)間允許振動速度確定最大裝藥量?；?00 m3的一次爆破規(guī)模，同一區(qū)段設(shè)置孔數(shù)在2個以上，基于要求，選擇單孔單段、高孔、低孔戶外雷管。低段、高段分別設(shè)置有預(yù)裂孔3個、6個，其中1個低段預(yù)裂孔與外排孔相連接，施工過程需首先完成爆破預(yù)裂，之后的依次爆破需要從大到小進(jìn)行。

2.3 飛石控制措施

城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工需要考慮飛石控制措施選擇，這是由于案例地鐵車站工程附近存在道路和商住樓，為保證施工安全，需要對臺階標(biāo)高進(jìn)行檢查，同時明確凹陷、裂縫、充填空隙等軟弱區(qū)。需要確認(rèn)挖掘機(jī)質(zhì)量，并在基坑支護(hù)梁施工環(huán)節(jié)埋設(shè)對車分布的加強(qiáng)環(huán)，每28 m埋設(shè)28個，用鋼絲繩（8 mm）固定，滿足爆破施工需要。露天爆破會導(dǎo)致個別巖塊飛散，這可能對周邊建筑物、人員、設(shè)施設(shè)備造成嚴(yán)重威脅和破壞，個別飛石的飛散距離直接受到爆破方法、地質(zhì)構(gòu)造、地形、堵塞長度、孔網(wǎng)參數(shù)、堵塞質(zhì)量等因素影響，按照同類工程經(jīng)驗(yàn)，一般飛石距離為15倍炮孔直徑。如案例工程淺孔爆破存在60 m的飛石距離，具體可選擇以下幾方面飛石控制措施：第一，合理設(shè)計(jì)。嚴(yán)格開展炮孔的測量驗(yàn)收，規(guī)避單耗失控問題，同時保證炮孔不朝向居民區(qū);第二，科學(xué)應(yīng)對軟弱帶、斷層、張開裂隙。各藥包的抵抗線需要在裝藥前進(jìn)行細(xì)致核對，相應(yīng)變化出現(xiàn)時需要對裝藥量進(jìn)行修正，超量裝藥情況不得出現(xiàn);第三，嚴(yán)把堵塞質(zhì)量。需保證填塞密實(shí)和填塞長度滿足設(shè)計(jì)要求;第四，人員分流引導(dǎo)。在明挖車站鉆爆施工開始前，需做好周邊人員分流引導(dǎo)并設(shè)置隔離措施，具體施工過程需要強(qiáng)化周邊警戒力度;第五，全覆蓋防護(hù)。施爆部位需要在爆破環(huán)節(jié)開展全覆蓋防護(hù)，通過沙袋壓孔，鐵絲網(wǎng)覆蓋于沙袋上，再將沙袋設(shè)置于鐵絲網(wǎng)上，以此有效控制飛石。

2.4 爆炸減震措施

案例地鐵車站工程施工設(shè)計(jì)選擇預(yù)裂爆破減震技術(shù)，在開挖基巖的過程中需要完成等高線設(shè)計(jì)。在爆破基巖前，需要爆破處理主爆區(qū)，得到一定寬度貫通縫，以使開挖爆破帶來的振動波能夠由此反射和緩沖，擋土樁及保留巖體破壞也能夠得到控制，同時需結(jié)合爆破深度在隔離帶上鉆出大量深孔，這些孔能夠吸收和消耗傳播到這個區(qū)域的爆炸性振動波大部分振動能量，隔離區(qū)后面區(qū)域受到的振動能夠大幅降低。案例工程中部分爆破區(qū)距離建筑物較近，處于靜態(tài)破碎狀態(tài)的某些危險(xiǎn)區(qū)域需要得到重視，如存在超標(biāo)的檢測結(jié)果，施工需選用靜壓破碎方式，保證周邊建筑安全，保證周邊環(huán)境受到的影響處于可控范圍。防護(hù)設(shè)施與防爆區(qū)域間需要設(shè)置防震孔，間距需小于25 cm，直徑控制在35～65 mm區(qū)間，選擇單列或雙列設(shè)計(jì)，這設(shè)計(jì)存在30%～50%的減振效果。設(shè)計(jì)還需要劃分大爆破區(qū)為小爆破區(qū)，這對地震作用減少和爆破質(zhì)量控制均能夠發(fā)揮積極作用，在對爆破總量和爆破量的控制過程中，通過劃分若干小分區(qū)開展爆破施工，同時爆破間隔控制為500～750 ms，地震影響能夠進(jìn)一步降低。城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格遵循《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）要求，以此為依據(jù)針對性計(jì)算爆破地震波震動速度，即：

式（2）中的R、分別為被保護(hù)物與爆破點(diǎn)間的最近距離、與爆破點(diǎn)地質(zhì)地形條件相關(guān)的指數(shù)，Q、K分別為最大單段爆破藥量、與爆破點(diǎn)地質(zhì)地形條件相關(guān)的系數(shù)，其中K、取值分別為180、1.6。振動測試也需要在試爆過程中開展，以此對K、取值進(jìn)行修正，更好為城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工提供指導(dǎo)。考慮到案例地鐵車站爆破作業(yè)存在較廣作業(yè)地點(diǎn)且耗時較長，為保證周邊建筑物安全，安全校核中爆破震動速度設(shè)定為1 cm/s，可得到表1所示的不同距離允許的最大起爆藥量或同時起爆藥量。

需嚴(yán)格遵循表1所示起爆藥量開展爆破作業(yè)，在臨近在建電線、通訊管溝、臨時板房、建筑物的爆破作業(yè)中，爆破臺階高度需要適當(dāng)降低，單孔裝藥量可同時通過分層開挖降低，必要時起爆可選擇單孔單響方法，以此在安全范圍內(nèi)控制單響藥量，具體的施工指導(dǎo)需要得到震動監(jiān)測支持，保證城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工安全。施工設(shè)計(jì)使用微差爆破，存在較小的炸藥單耗，由于需要開展露天爆破，為保證施工安全，需選擇以下方法控制沖擊波危害：第一，不得裸露爆破。施工過程不應(yīng)存在過長的一次爆破炮孔間延時，避免后排變?yōu)槁懵侗频那闆r出現(xiàn);第二，堵塞質(zhì)量控制。第一排孔的堵塞質(zhì)量需要嚴(yán)格控制，如較大后沖在工作面出現(xiàn)，堵塞長度需要得到保證，使用鉆孔產(chǎn)生的巖屑對水炮孔進(jìn)行堵塞，不得使用黃泥堵塞，避免堵塞不密實(shí)問題出現(xiàn);第三，地質(zhì)異常處理。對于張開裂隙、斷層等地質(zhì)異常處理，選擇間隔堵塞方式，同時需保證過量裝藥不在大裂隙處出現(xiàn)。

2.5 設(shè)計(jì)成果

案例地鐵車站明挖施工設(shè)計(jì)選擇孔內(nèi)外預(yù)裂延遲設(shè)計(jì)，使用三維爆破網(wǎng)，以2.16 kg控制單管最大起爆藥量，保證存在20 m內(nèi)的飛石安全距離。結(jié)合具體施工監(jiān)測結(jié)果可以確定，施工過程存在0.91 cm/s的最大爆破振動峰值速度的，低于允許標(biāo)準(zhǔn)，存在35%以上的爆炸產(chǎn)生地震強(qiáng)度衰減率，通過將保護(hù)對象和主爆爆區(qū)通過預(yù)裂爆破形成的預(yù)裂分開，周邊建筑物得到較好保護(hù)。在具體施工過程中，需要做好施工質(zhì)量驗(yàn)收、參數(shù)隨時調(diào)整、爆破前的宣傳等工作，保證微差控制爆破優(yōu)勢充分發(fā)揮。

3 結(jié)論

綜上所述，城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設(shè)計(jì)需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的明挖法施工設(shè)計(jì)、爆破方法選擇、飛石控制措施、爆炸減震措施等內(nèi)容，則提供了可行性較高的設(shè)計(jì)路徑。為更好開展明挖車站鉆爆施工設(shè)計(jì)，爆破振動速度必須在設(shè)計(jì)中得到嚴(yán)格控制，新型爆破技術(shù)的積極應(yīng)用也需要引起關(guān)注。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮小冬.地鐵鉆爆法施工對鄰近建筑物的振動響應(yīng)預(yù)測[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2021（2）：580-589.

[2]賈海鵬，劉殿書，方真剛.地鐵隧道鉆爆法施工中敏感區(qū)間及安全藥量確定[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2021（1）：23-29.