深基坑爆破施工方案设计与安全监控.pdf

第2 6 卷第4 期 2 0 0 9 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 6N o ．4 D e c ．2 0 0 9 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 0 9 ．0 4 ．0 1 2 深基坑爆破施工方案设计与安全监控 陈雯1 ，罗晓辉2 ，金亚兵3 ，赵行立3 1 ．深圳市水污染治理指挥部办公室，深圳5 1 8 0 3 6 ； 2 ．华中科技大学土木工程与力学学院岩土工程研究所，武汉4 3 0 0 7 4 ； 3 ．深圳市地质勘查局，深圳5 1 8 0 2 8 摘要在建基坑工程中场坪爆破施工安全控制的目标是确保基坑围护结构及其相邻环境的安全。设计 主要针城市复杂环境下进行的基坑工程坑底场坪爆破，根据基坑安全要求，结合爆破安全规范所确定的相邻 环境安全控制目标，通过爆破方案的选定及其孔网参数的设计，分析拟定了基坑围护结构振动安全标准为7 c m ／s 。通过爆破防护与监测方案设计，实现控制爆破振动、飞石等的危害。爆破施工监测结果表明，爆破方 案设计所拟定爆破施．x - Z k 其控制方法满足规范的控制要求。确保了爆破施工安全、高效、顺利进行。 关键词基坑围护结构；爆破；爆破监测；振动安全标准 中图分类号T D 2 3 5 ．4文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 0 9 0 4 0 0 4 5 一0 4 B l a s t i n gC o n s t r u c t i o nD e s i g na n dS a f e t yM o n i t o ro fD e e pP i t C H E NW e n l ，L U OX i a o ．h u i 2 ，J I NY a ．b i n 9 3 ，Z H A O 藏昭一l i 3 1 ．S h e n z h e nO f f i c eo fW a t e rP o l l u t i o nM a n a g e m e n tP r o j e c t ，S h e n z h e n518 0 3 6 ，C h i n a ； 2 ．H u a z h o n gU n i v e r s i t yo fS c i ． T e c h ．，I n s t i t u t eo fG e o t e c h n i q u e ，W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h i n a ； 3 ．S h e n z h e nG e o l o g i c a lE x p l o r a t i o nB u r e a u ，S h e n z h e n518 0 2 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o n t r o lo b j e c to fg r a d i n gb l a s t i n gc o n s t r u c t i o ng u a r a n t e et h es a f e t yo fp i ts u p p o r ts t r u c t u r ea n di t s s u r r o u n d i n gd u r i n gt h ep i tc o n s t r u c t i o n ．T h i sd e s i g nf o c u s e so ng r a d i n gb l a s t i n gi np i tc o n s t r u c t i o ni nu r b a nc o m p l e x e n v i r o n m e n t ．B a s e do nt h ep i ts a f e t yr e q u i r e m e n t sa n dt h er e g u l a t e ds a f e t yc o n t r o lo b j e c to fa d j a c e n ts u r r o u n d i n gb y b l a s ts a f e t yr e g u l a t i o n ，a n dt h r o u g ht h ec h o i c eo fb l a s t i n gs c h e m ea n di t sh o l ea n dn e t w o r kp a r a m e t e rd e s i g n ，t h ev i - b r a f i o ns a f e t ys t a n d a r d7e m ／so fp i ts u p p o as t r u c t u r eW a sd e f i n e dp r e l i m i n a r i l y ．T h r o u g ht h es a f e t yp r o t e c t i o na n d m o n i t o r i n g ，t h ed a m a g eo fb l a s t i n gv i b r a t i o n ，f l y r o c k ，e t c ．W a sc o n t r o l l e d ．T h em o n i t o r i n gr e s u l t ss h o wt h a tt h eb l a s t i n g c o n s t r u c t i o na n di t sc o n t r o lm e a s u r e so fd e s i g nc o n t e n tt ot h er e g u l a t i o nr e q u i r e m e n t sa n da l lo ft h o s eg u a r a n t e et h e s a f ea n de f f e c t i v ep r o c e s so fb l a s t i n gc o n s t r u c t i o n ． K e yw o r d s p i ts u p p o r ts t r u c t u r e ；b l a s t i n g ；b l a s tm o n i t o r i n g ；v i b r a t i o ns a f e t yr e a t i o n 1工程概况 拟建的深圳布吉污水处理厂主体结构拟采用全 埋地下室方案，污水处理规模2X1 0 4m 3 ／d 。主体地 下室基坑开挖边线长度东边2 7 8 ．8 8m 、西边3 1 0 ．2 5 收稿日期2 0 0 9 1 0 1 1 作者简介陈雯 1 9 6 8 一 ，女．高级工程师。本科，从事水污染处理 工程研究，E m a i l 1 3 8 2 5 2 9 7 1 9 3 1 3 9 ．C O r n 。 m ，宽度南边1 2 7 ．0m 、北边1 4 5 ．6 3m ，基坑开挖面 积约3 73 0 9 ．8 5m 2 ，底板埋深约1 8m ，局部最深处约 2 1 ．5m 。基坑的相邻环境主要为市政交通道路与地 下给排水管道、箱涵，各类通讯设施等，环境安全控 制要求高，紧邻基坑北边、西边，相距约1 5 3 0m 为 1 条深度4 ．5 5 ．5m 左右的天然河流，现为城市污 水排放河沟，常年排水。基坑东南4 0m 为粤宝路， 西北3 0m 为居民楼房，西南7 0 ～1 1 0m 处为一高陡 万方数据 爆破 2 0 0 9 年1 2 月 边坡，坡顶为德兴花园。周边环境复杂，安全控制要 求高。 拟建场地地面高程平均为2 0 一2 5m 。基坑范 围内主要地基土层有松散．稍密的素填土；可塑状、 分布厚度不均一的砂质粉质粘土；呈透镜体分布，夹 薄层粉细砂的淤泥质粉质粘土；粘性土含量达5 ％ 一1 0 ％的中粗砂、粉细砂层；粘性土含量达5 ％一 1 0 ％的砾砂；可塑一硬塑状的残坡积粉质粘土层；全 风化砂岩、强风化砂岩以及微风化砂岩。 基坑围护结构设计为上部填土层放坡开挖，挂 网喷砼护面；下部砂层与粘土层直立开挖，钻 冲 孔桩 预应力锚索 局部采用钢管支撑，锚索间距 为2 ．0m 支护，桩间旋喷桩止水。支护桩径12 0 0 m ／n ，桩中心距20 0 0m m ，桩顶设一道12 0 0m m 8 0 0m m 的冠梁。桩身、冠梁砼均为C 2 5 。 因基坑面积大，基坑内基岩埋深起伏较大，微风 化一新鲜岩石为硬质砂岩，岩石坚固系数， 7 ～1 0 ， 因此必须采用爆破施工。 2 爆破方案与设计 2 ．1 爆破方案与爆破参数设计 本工程爆破施工的特点是 1 爆破过程中必 须确保基坑围护结构的安全； 2 必须确保相邻建 筑物、环境的安全。因此爆破方案宜采用深孔与浅 孔相结合的松动爆破，同时控制爆破振动，防飞石、 滚石。综合考虑环境特点和施工进度要求引，爆破 施工方案的设计原则如下 1 因基坑尺寸及其周边环境的情况，沿基坑长 轴方向自由空间较大，爆破临空面宜沿基坑长轴横 向布置，可有效遏制沿基坑宽度方向的飞石； 2 基坑中部采用一级台阶深孔爆破，接近基坑 围护结构一方面采用浅孑L 爆破，另一方面设置一定 数量的减振孔，以确保爆破振动对基坑围护结构不 产生危害； 3 为避免爆破振动太大，采用毫秒延期电雷 管，深孔预留空气柱，反向一次起爆，分段爆响的起 爆技术； 4 沿基坑长轴边设置飞石防护网，爆孔采用砂 袋防护，大块岩石二次破碎采用机械破碎法。 基于上述爆破施工设计原则，拟定的爆破设计 参数如下 1 台阶爆破的深孔孑L 径为7 6m m ，浅孔孔径为 4 2i ／l l n ，其他设计参数见表l 。 2 孔网参数计算见表2 、表3 。 表1 台阶爆破参数表 表27 6h i m 直径炮孔台阶控制爆破参数表 1 1 ／m 肜mh ／m a ／mb ／mL ／m 1 ．01 ．0O ．31 ．O1 ．01 ．4 2 ．01 ．2O ．31 ．21 ．22 ．5 3 ．01 ．20 ．3 ．1 ．21 ．23 ．3 4 ．O1 ．20 ．31 ．21 ．24 ．3 L 3 ／mL I ／mQ ／k g 0 ．5 4 1 ．2 0 1 ．8 0 2 ．5 2 0 ．6 0 ．8 1 ．31 ．2 2 ．O1 ．3 2 ．81 ．5 2 ．2 爆破安全距离校核 根据爆破安全规程的规定[ 1 】，爆破振动安全 距离按以下公式计算HJ ，得到的最大药量见表4 。 R 肜[ 秽] “4 Q 1 式中，[ 口] 为爆破振动安全允许质点振动速度峰值， c m ／s ；Q ．。, 为爆破单响最大炸药量，k g ；K 为与介质性 质、爆破方式等因素相关的系数，在岩石中通常为3 0 1 8 0 ，土壤中为1 0 0 2 0 0 ；仅为与传播途径和地质地 形等因素有关的衰减指数，近距离为1 ．5 ～2 ．3 ，远距 离为1 ．2 1 ．5 ；尺为爆破振动安全距离，m 。 表4 不同爆心距R 对应的同段最大药量 Q 。。／k g 飞石安全距离按如下公式计算 S 4 0 d 2 式中，S 为飞石安全距离，n l ；d 为炮孔直径，i n 。 针对深孔、浅孔爆破计算得到的飞石安全距离 分别为1 2 1m 、6 7n l 。考虑到实际爆破区域在基坑 底面，存在一个垂直高差，因此爆破中应加强覆盖防 护，以及立体防护。 2 ．3 起爆网路与防护措施设计 根据振动及安全距离计算，同段爆破药量为2 3 8 k g ，炮孔布置见图l ，网路连接见图2 。其控制目标是 万方数据 第2 6 卷第4 期陈雯，罗晓辉，金亚兵，等深基坑爆破施工方案设计与安全监控 4 7 在单段起爆药量受到限制的情况下，实现多孔多段起 爆，以大孔距小抵抗线形式布置炮孔可降低大块率， 同时减少飞石的发生。防护措施除在加强放炮过程 中的安全警戒外，对爆区范围进行平面防护 见图 3 ，在基坑边缘设置立体防护 见图4 。 图1 炮孔布置示意图 L Ll 山L jL J 山l 山I 山lL J 山l 一 7 65432l234567 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 图2 起爆模式示意图 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 } ／ 眇袋 竹篱。 ， 咆孑L 底空 长度 、I 图3 平面防护示意图 基坑 图4 立体防护示意图 3 爆破监测方案设计 此次爆破监测的重点对象是基坑围护结构，同 时考虑到对周边环境的影响控制，对相邻的布吉河 箱涵、邻近建筑物、粤宝路，以及邻近高边坡也进行 监测。爆破监测设备采用中科中控T C - 4 8 5 0 、3 8 5 0 型2 种振动监测仪，配备x , y 、z 三方向一体的高质 量传感器，采用自适应量程技术，对各种幅值的信号 都能准确捕捉，可真正避免波形削顶或丢失信号的 情况。爆破施工前根据选择的监测点位置，实施监 测点的地面硬化，采用石膏黏贴，测试监测仪的工作 状态，保持其运行正常。 爆破监测点布置的确定原则 见图1 1 当爆区位于基坑中央时，以爆心为中心，沿 围护结构冠梁顶面呈“米”或“I ”形布置监测点； 2 当爆区接近基坑短轴边时，从基坑两个长短 轴转角处沿围护结构长、短轴的冠梁顶面呈“L ”形 布置监测点边界； 3 当爆区位于基坑某一转角处时，沿围护结构 长、短轴的冠梁顶面呈“L ”形布置监测点边界； 4 当爆区位于基坑某一长轴边时，沿该围护结 构长轴的冠梁顶面呈“一”形布置监测点边界； 5 各测点的三向定义为基坑长轴方向为石向， 短轴方向为y 向，铅直方向为 向。 关于爆破振动安全允许标准，参照爆破安全 规程的规定⋯，及有关研究成果[ 5 。7 ] ，爆破振动安 全预警值综合确定为7 ．0c m ／s 。上述预警值的确 定是基于如下考虑 1 由于基坑围护结构为临时性结构，支护桩净 间距仅为0 ．6m ，围护结构设计没有考虑抗振性能 要求。因此参照爆破安全规程⋯，可将基坑围护 结构归属隧道、巷道类别； 2 基坑围护结构在交付使用之后有长达1Y 的地 下结构施工时间，即基坑安全控制状态至少需要1Y ； 3 基坑围护结构的安全性直接受到爆破振动 的影响，较高的振动速度将导致支护桩上土压力瞬 间增加，危机基坑安全。因此在爆破振动安全预警 值确定时按下限考虑。 4 爆破监测记录与分析 根据上述爆破方案与监测方案设计以2 0 0 9 年3 月2 日的一次爆破施工监测记录为例。炮孔6 0 个， 炮孔平均深度8 ．0m ，炮孔间距为2 ．0mx 2 ．0m ，总 药量7 2 0k g ，分为8 段爆破，爆破为毫秒控制方法，毫 秒间隔2 5 7 5m s 。总爆破时间约0 ．7 5s 。 根据前述爆破监测点布置的确定原则，为了监 测振动波沿基坑短轴断面的衰减规律，此次爆破采 用“l ”形布置监测点，共布置监测点4 个 见图5 ， 图6 a 、 b 为E X P 3 - 3 5 7 观测点竖向振动速度％、 水平向振动速度叱、虬时程曲线。表5 给出了监测 测试断面的各点最大振动速度。由此可见 1 在 不考虑爆区与测点间地形、建筑物标高的影响下，水 平向振动速度叱、口，的衰减率为8 ．1 ％、4 ．3 ％，竖向 振动速度也的衰减率为1 1 ．3 ％； 2 爆破振动速度 万方数据 4 8 爆破2 0 0 9 年1 2 月 控制在设计所要求的范围。 p 帕 ● 目 o 厶 吕 图5 基坑及爆破监测点平面布置图 “l I ，、．j j 。．．J 1 6 I ．．．．．⋯．． ．⋯．．． ⋯y ’1 r 1 州”⋯⋯ ⋯⋯ p ∞ ● 皇 o 厶 巨 0 80O ．1 0O ．2 0 O ．3 00 ．4 0O ．5 0O ．6 0O ．7 0O ．8 0O ．9 01 ．0 1 0 ．0 800 ．1 00 ．2 0O ．3 00 ．4 0 0 ．5 00 ．6 0O ．7 00 ．8 00 ．9 01 ．0 1 t | 5t | s a 竖向振动速度匕 b 水平向振动速度kb 图6E X P 3 - 3 5 7 观测点振动速度时程曲线 表5 爆破各振动监测点的最大振动速度 参考文献 5 结语 由上述爆破施工及其监测方案设计，通过爆破 施工的实践，完全达到了设计目标。飞石安全得到 了有效控制与防护，基坑围护结构及邻近的高边坡 安全，周边居民无不良反应。 国家标准局．c B 6 7 2 2 ．2 0 0 3 爆破安全规程[ s ] ．北 京中国标准出版社，2 0 0 4 ． 刘殿中．工程爆破使用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 9 ． 孙长兵，崔建平．深圳宝安区场坪爆破工程设计[ J ] ． 爆破，2 0 0 5 ，2 2 4 5 9 - 6 1 ． 林苗苗，余德运．高速公路路堑边坡预裂爆破参数选 择[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 1 3 2 - 3 3 ． 方向，高振儒，龙源，等．减震沟对爆破震动减震 效果的实验研究[ J ] ．工程爆破，2 0 0 2 。8 4 2 0 - 2 3 ． 焦建斌．爆破地震安全评定标准初探[ J ] ．爆破，1 9 9 5 ， 1 2 3 4 5 4 7 ． 唐春梅，丁亚伦．爆破地震动安全判据初步探讨[ J ] ． 有色金属，2 0 0 1 4 1 - 4 ． O 5 0 5 O 5 O 5 0 5 0 5 O 5 O 5 0 3 4，，2●，o o加o d 五之4 ≈4 4 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 0 3 0 4 ，，2 2 ●●o o加以以以之q 0 4 4 1 j 1 J 1 J 1 J 1 j 1 J 1 J n 心 口 H ∞ ∞ 口 万方数据