深基坑爆破开挖技术在地铁工程中的应用.pdf

第2 6 卷第4 期 爆破 V 0 1 ．2 6N o ．4 2 0 0 9 年1 2 月B L A S T I N GD e c ．2 0 0 9 _ _ _ I II i ●_ _ - _ _ ●_ _ ●_ ●●_ ●- ■一 D O I 1 0 ．3 9 6 3 4 ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 0 9 ．0 4 ．0 1 3 深基坑爆破开挖技术在地铁工程中的应用 朱朝祥，蔡伟，杨建军 南京同大爆破工程有限公司，南京2 1 0 0 7 摘要介绍了微差中深孔松动控制爆破在地铁基坑开挖中的应用，根据工程实际，选取合理的爆破参数， 经过多次试验加以调整。总结出了极具实用性的施工方法，确保了施工安全，同时加快了工程进度，为整个 地铁提前贯通赢得了宝贵的时间。经过多次的爆破施工，道路交通和附近单位没有受到任何影响，做到了万 无一失。 关键词深基坑；微差爆破；爆破安全；地铁 中图分类号T D 2 3 5 ．3 7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 9 0 4 A p p l i c a t i o no fB l a s t i n gE x c a v a t i o nT e c h n o l o g yo fD e e p F o u n d a t i o nD i t c hi nS u b w a yP r o je c t Z H UC h a o - x i a n g ，C A IW e i ，Y A N GJ i a n √u n N a n j i n gT o n g d aB l a s t i n gE n g e e r i n gC o ．L t d ，N a n j i n g2 1 0 0 0 7 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o no fm e d i u m l e n g t hh o l el o o s eb l a s t i n gw i t hm i l l i s e c o n dd e l a yi n s u b w a ye x c a v a t i o n ．B a s e do nt h ep r a c t i c e ，a n dt h r o u g has e r i e so ft e s t st oa d j u s t i n g ，t h eb l a s t i n gp a r a m e t e r sw e 咒t e a - s o n a b l ys e l e c t e d ．W eS u l n m e du pt h ev e r yp r a c t i c a lm e t h o dt oe n s u r et h ec o n s t r u c t i o ns a f 哆a n ds p e e du pt h ew o r k p r o g r e s s ，a n dw i nv a l u a b l et i m ef o ra d v a n c ec o m p l e t i n gt h ee n t i r es u b w a y ．A f t e rm a n yr o u n d so fb l a s t i n g ，r o a da n d t r a f f i ca n dn e a r b yu n i t sa r en o ta f f e c t e da n da b s o l u t e l ys a f e ． K e yw o r d s d e e pf o u n d a t i o nd i t c h ；m i l l i s e c o n dd e l a yb l a s t i n g ；b l a s t i n gs a f e t y ；s u b w a y 1 工程概况 1 ．1 工程简介 南京地铁二号线是江苏省和南京市的重点工 程，2 0 0 5 年底开工建设，一期工程投资约1 0 5 亿元， 计划2 0 0 9 年通车。线路全长2 1 ．6 3k m ，设车站1 8 座，孝陵卫车站是沿途1 8 座车站之一，建设过程中 需要开挖基坑，约7 00 0 0m 3 的石方需要爆破。岩石 为砂岩，普氏强度约为f _ - 8 一l O ，待爆基坑眼沿宁杭 公路自西向东长1 6 5m ，南北宽4 6 ．5m 。爆破开挖 深度1 9m 。 收稿日期2 0 0 9 一1 0 一0 5 作者简介朱朝祥 1 9 7 8 一 ，男，南京同大爆破工程有限公司工程 师，E m a i l c o s a n g z h u 1 6 3 ．c o r n 。 1 ．2 周围环境 爆破地点位于宁杭公路孝陵卫段，爆区环境复 杂。北距施工现场项目部7 0m 、西北距孝陵卫小学 5 0m ；南侧最近距中山医院4 01 “ 1 1 、距离南京理工大 学校园正大门4 5m 、距工商银行南京孝陵卫分理处 5 51 1 1 ；东西两侧为宁杭公路。具体环境见图1 。 1 ．3 工程要求 1 保证工程质量，开挖不破坏底板、爆后粒径 块度满足清运要求，基坑尺寸和底部高程符合设计 要求，保证爆后基岩的平整度；2 确保周围建筑和 公共设施安全，爆破不得影响宁杭公路正常通行； 3 基坑边沿采用预裂爆破，保证岩面平整和围岩 稳定。 万方数据 5 0 爆破2 0 0 9 年1 2 月 图1 周围环境图 单位m F i g ．1 E n v i r o n m e n tc h a r t u n i t m 2 技术方案 2 ．1 总体方案 1 根据周围环境情况，采用中深孔微差松动控 制爆破结合预裂爆破的施工方法。 2 根据基坑的形状特点、开挖要求、挖运设备 的约束等，采用平面分区段，上下分层爆破的施工方 案。第1 步，机械清表，开挖地表l 一3m 深的表层 土；第2 步，从东向西爆破开挖至地表下一1 1m 深； 第3 步，从东向西爆破开挖至底板标高一1 9m 。开 挖顺序见图2 。 图2 开挖顺序图 单位m F i g ．2 E x c a v a t e st h es m o o t hc h a r t u n i t m 2 ．2 爆破参数 2 ．2 ．1 中深孔爆破参数 1 孔径d 依据钻机性能、台阶高度和地质条 件，钻孔孔径选取8 9m m 。 2 台阶高度H 依据铲装设备的能力作业条件，参 照地形特点，第l 层台阶取8m ，第2 层台阶取为8m 。 3 最小抵抗线形按照孔径的倍数来确定，通 常取2 5 3 0 倍，在这里选取为2 ．5m 。 4 超深h 超深按公式h 0 ．1 5 0 ．3 5 形计 算，根据施工现场岩石硬度情况取为0 ．4 0 ．6m ， 爆破后3 次后，根据开挖情况调整为1 ．0m 。 5 孔距口3 ．0m 。 6 排距b 2 ．5m 。 7 填塞长度通常取2 0 ～4 0 倍的孔径做为填塞 长度，施工初期取4 ．0m 。后经多次爆破填塞变更 为3 ．5m 。因孔内含水，填塞选用直径2c m 的瓜子 片和黄沙。 8 单位炸药消耗量经测算，炸药单耗为K 0 ．3 5k g ／m 3 。 9 单孔装药量Q 第1 排孔炸药量按公式Q k a W H 计算，第2 排孔及以后各排孔装药量按公式 Q k a b 料算 经过计算爆破参数见表1 。 表1 爆破参数表 T a b l e1 B l a s t i n gp a r a m e t e r 参数名称预裂爆破参数中深孔爆破参数 2 ．2 ．2 预裂孑L 爆破参数 预裂爆破是在主爆孔之前起爆布置在开挖边线 的1 排预裂孔，使之在相邻2 孔之间形成裂缝，整个 预裂孔的布孔平面形成一个断裂面，以减弱主爆区 爆破时地震波向边坡岩体的传播并阻断向边坡外发 展的裂缝。主爆孔爆破后，沿预裂面形成一个超挖 很少或没有超挖的光滑边坡。 1 孑L 间距口 8 一1 2 d ，d 为孑L 径。 2 线装药密度根据三峡工程提出的预裂爆破 公式‘1 | q 1 3 d a m 仃∽ 式中，q 。为线装药密度，g ／m ；d 为钻孔直径，c m ；口为 孔距，c m ；盯为岩石抗压强度，M P a 。该装药公式对 应的不耦合系数为2 4 ，实际施工中药卷直径 咖3 2 ，不耦合系数8 9 ／3 2 2 ．7 8 。 3 孔深孔深比底板高程深1 ．5m 。 4 装药采用导爆索上绑药卷的方法加工成线 装药密度的线状药包后使用竹篾固定，送至孔内。 底部1 ．5m 的装药量比线装药加强4 倍。顶部1 3m 线装药密度适当消减。 5 填塞填塞长度0 ．6m ，用沙子或岩粉堵塞。 3 爆破施工 3 ．1 施工工艺流程 测量放线一 表土剥离一修整钻孑L 平台一钻孔放 万方数据 第2 6 卷第4 期朱朝祥，蔡伟，杨建军深基坑爆破开挖技术在地铁工程中的应用 5 1 样一下钻_ 检查孑L 深_ 装药一堵塞一网路连接一安 全防护一安全警戒一起爆一爆后检查一盲炮处理_ 解除警报一安全检查一排除危石一挖运一清理根底 _ 下一工作循环。 3 ．2 炮孔布置 边孔与台阶边缘保留1 ．0m ，保证钻机安全工 墨尸l 黑；自| I 预裂孔预裂孔l●● 。。。。 。I oOOoO O6 主爆孔 预裂芄 。预裂孔。 。。。 。 作。孔位根据设计要求测量确定，但孔位要避免布 在岩石被振松、节理发育或岩性变化大的地方，可以 调整孔位，调整时要注意抵抗线、排距和孔距之间的 关系。预裂孔的钻凿质量，是获得平整、规则的边坡 坡面的基本条件。好的钻孔质量要求有符合设计的 炮孔位置、方向和深度。布孔方式见图3 。 b 炮孔布置示意图 图3 炮孔布置示意图 单位c m F i g ．3 B l a s t i n gh o l ea r r a n g e m e n ts c h e m a t i cd r a w i n g u n i t e m 3 ．3 装药 采用孔底密实装药结构，装药时根据设计的药 量先在每一孑L 口放好要装的药，标明起爆药包位置、 雷管段别、装药量。含水T L T L 装药时要注意是否装 到位，中间有无空段，经常用炮棍轻捣，保证密实。 3 ．4 填塞 填塞长度与最小抵抗线、钻孑L 直径和爆破区环 境有关。填塞长度要取钻孔直径的2 0 4 0 倍或大 于抵抗线，在干孔中堵塞物可以用细砂土、粘土或凿 岩时的岩粉，要防止混进石块砸断起爆线。含水孔 采用瓜子片和砂填塞，填塞过程中要经常检查起爆 线路，防止因堵塞损坏起爆线而引起瞎炮。 地方，用草袋或麻袋裹覆。起爆网路见图4 。 至起爆点 q 四通 M s s - 4 孔外延 M S 一7 孔内延 M S 一4 _ 。兰 畸呈 M s 一4 望 1 呈．． M S 一4 ，望 窆 预裂孔 ，主爆孔 毫 一预裂孔 图4 起爆网络图 F i g ．4 D e t o n a t i o nn e t w o r ke h a F t 4 起爆网路 5 爆破安全 采用孔内外非电微差起爆网路，多排孔微差爆 破，以毫秒级微差间隔时间。即孔内放置M S 7 、 M S 8 、M S 9 、M S l 0 等高段位雷管，孔外使用M S 4 低段 位雷管。一字型起爆具体见图4 所示。采用这种网 路目的是为了提高爆破质量，减少爆破振动，改善爆 破效果，减少爆破次数，增加一次爆破方量，提高工 效。根据需要在炮孑L 中装不同段别的非电毫秒雷 管，一般同排同段。为严格控制单响起爆药量，如同 排一段单响药量过大，则在排内再根据需要装不同 段别的非电毫秒雷管。孔外分段的导爆管及雷管必 须采取有效的保护措施，如放在不易被石块砸到的 5 ．1 爆破振动 根据我国爆破安全规程第6 ．2 ．2 条规定，一 般建、构筑物的爆破地震安全性应满足安全振动速 度的要求，结合实际实地周边环境的建构筑物类型， 控制最大单响安全起爆药量。楼房爆破振速 参照 钢筋混凝土框架房屋 控制在4 ．0c m ／s 以内。具体 根据爆破振动公式验算口】 Q 。。 R 3 K 。／K Ⅳ8 式中，Q 一为最大单响起爆药量，k g ；R 为爆源离建 筑物的距离，m ；K 。为爆破振动速度，c m ／s ；K 、口为爆 破系数，本工程K 1 7 0 、口 1 ．8 。 万方数据 5 2爆破2 0 0 9 年1 2 月 对于不同位置的爆破，因爆源与被保护建筑物 的距离不同。单响起爆药量差别很大。见表2 。 表2 爆破振动速度表 K ， 4 ．0c m ／s T a b l e 2D e m o l i t i o nv i b r a t i o ns p e e dt a b l e K 。 4 ．0c m ／s 最大单响药量／k g 3 05 22 4 16 6 2 每次爆破时需实际测量爆点与建筑物的距离， 根据上表确定最大起爆药量。在每次钻孔时，要预 先估计该位置最大单响药量，以确定孔距、排距。 因采用多排孔微差爆破技术，实际爆破时同段 药量最大不会超过1 5 0k g 。在施工时靠近钟山医院 时的炮孔做到单孔单响 单孔药量在2 4k g ，其余 炮孔在2 5 孔一响，故能保证将爆破振速控制在安 全要求以内。 5 ．2 爆破飞石 个别飞石可由L u n d b o r g 公式计算口J R ， q d 式中，q 为炸药单耗；d 为炮孔直径，中深孔爆破取9 0 m m ；q 0 ．3 5k g ／m 3 ，得R ， 3 1 ．5m ，小于最小安全距 离。除此之外，还从以下几个方面防止爆破飞石1 1 确定合理的爆破单耗值，绝不能因挖方要求 块度小而任意加大药量以提高破碎度，必须避免单 耗失控造成飞石。 2 施工时慎重对待断层、软弱带、张开裂隙、成 组发育的节理等地质构造，采取调整孔网参数、间隔 堵塞、调整药量等技术措施。 3 堵塞段长度须大于最小抵抗线，并堵塞紧 密。保证堵塞质量，不但要保证堵塞长度，而且保证 密实。 4 多排爆破时要选择合理的延迟时间，防止因 前排带炮造成后排最小抵抗线大小与方向失控。 5 孔E l 及爆区上方采用专用炮被覆盖。 5 ．3 空气冲击波 中深孔微差爆破，爆破冲击波可以忽略不计，预 裂爆破用导爆索起爆时容易出现飞石和爆破冲击 波，为防止飞石，采用如图5 方法进行防护口1 。 图5 预裂孔防护示意图 F i g ．5 P r e h i a t u sp r o t e c t i o ns c h e m a t i cd r a w i n g 6 爆破效果及体会 2 0 0 7 年5 月开始爆破，2 0 0 7 年1 2 月全部爆破 结束，前后共爆破1 8 次，平均每月完成爆破、挖装、 清运1 00 0 0m 3 。爆破后顶部有少量大块，使用液压 镐头机破碎后便于清运。每次爆破放量约40 0 0 m 3 ，满足现场运力要求。爆破高程符合设计要求， 预裂边坡光滑平顺，不用修整即可喷锚支护，安全、 经济、高效的完成了施工任务。通过本工程的实施， 有以下几点体会。 1 在复杂环境下采用排间等间隔微差中深孔 爆破法施工深基坑节省了时间，能有效缩短工期。 2 采用微差爆破有效控制了一次起爆最大药 量，把爆破振动控制在有效范围内，确保了周边建筑 和设施的安全。 3 预裂爆破有效的保护了基坑围岩的稳定，提 高了工程的质量，有很高的经济效益。 4 采用炮被覆盖的防护方式，有效的控制的爆 破飞石和冲击波，确保了交通的正常通行。将爆破 对外界的影响降到最低。重型汽车轮胎帘炮被可以 重复利用，节约了工程成本。 参考文献 [ 1 ] 汪旭光．中国典型爆破工程与技术[ M ] ．北京冶金工 业出版社，2 0 0 6 3 3 7 - 3 8 9 ． [ 2 ]刘殿中．工程爆破实用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 9 4 2 9 - 4 6 0 ． [ 3 ]王清江．渝怀铁路十六标段路堑开挖一次成型爆破技 术[ J ] ．国防交通工程与技术，2 0 0 6 2 2 6 - 2 9 ． 万方数据