赵占军

(石家庄职业技术学院建筑工程系，050081，石家庄∥副教授)



微振动浅孔控制爆破在基坑开挖中的应用

赵占军

(石家庄职业技术学院建筑工程系，050081，石家庄∥副教授)

某地铁盾构始发井处基坑岩层属于坚硬裂隙岩,岩石呈块状或巨块状,采用非炸药爆破方式施工很难对石方进行开挖,且该基坑紧邻小区建筑物及交通要道,炸药爆破极易对周边环境和安全造成影响，因此在基坑开挖中采用了微振动浅孔控制爆破方法。介绍了采用微振动浅孔控制爆破的技术方案(包括爆破参数选择、爆破施工流程及相关工作)和安全防护措施。爆破振动监测及数据处理分析表明，采用微振动浅孔控制爆破技术并制定严密可靠的安全防护措施，能够有效控制爆破飞石、噪声及冲击波,是一种安全、经济、有效的施工方法。

基坑开挖; 微振动; 控制爆破; 安全防护

Author′s address Department of Architectural Engineering, Shijiazhuang Vocational Technology Institute,050081，Shijiazhuang，China

1 工程概况

1.1 工程简介

西丽湖站位于南山区深圳市野生动物园南侧、西湖林语名苑北侧丽水路上，是深圳市轨道交通7号线工程的起点站,包括站前单渡线及站后折返线,车站全长608.812 m,结构的标准段宽19.4 m。在盾构始发井基坑处,需要爆破开挖的区域沿丽水路方向自东向西长25.45 m,南北宽28.8 m,开挖深度14.7 m。根据始发井地段地质资料可知，距地面2 m以下均为微风化花岗岩,岩体呈块状、巨块状,节理裂隙较发育。根据室内试验结果,该场地微风化花岗岩的饱和单轴抗压强度范围为42.9～104.1 MPa,标准值为72.6 MPa,为坚硬岩,岩体基本质量等级为Ⅳ级。

1.2 周边环境

西丽湖站盾构始发井基坑处于南山区丽水路与丽山路的交界地带，附近行人较多,车流量较大,且车站主体结构南侧距西湖林语名苑建筑群的最近距离为10.41～13.02 m。具体位置见图1。

图1 爆破区域周边环境图

1.3 爆破要求

(1) 由于爆点距离西湖林语小区建筑非常近,故需要周密制定爆破参数及采取安全防护措施,以严格控制爆破振动、爆破飞石，以及爆破噪声、爆破粉尘等,达到保证周边建筑、来往行人和车辆安全的目的。

(2) 在保证安全的前提下确保工程质量,爆破后岩石大块率及循环进尺符合设计要求[1]。

2 技术方案

2.1 方案选取

现场在采取微振动浅孔控制爆破方法之前,曾采用过静态破碎剂开挖、液压钻机引孔配合液压锤破碎、岩石劈裂机等施工方法,但均因成本太高、工效太低、噪声太大,完全不能满足施工进度需要。为了满足西丽湖站盾构始发井基坑石方开挖工程节点工期要求及保证爆破安全,采用微振动浅孔控制爆破方法,并结合爆破振动监测来验证爆破振动速度。

2.2 爆破参数

根据地形地质情况及相关技术要求,初步拟定了西丽湖站始发井段石方微振动爆破试验参数，如表1所示。

表1 西丽湖站始发井段微振动浅孔控制爆破参数表

3 爆破施工方法

(1) 爆破施工流程:施工准备→场地清理→测量

放线→钻孔→清孔→验孔→装药→堵塞→连网→爆破面被服→网络检查→警戒→起爆及喷雾除尘→爆后安全检查→撤除警戒→清理爆渣→挖运→下一循环。

(2) 炮眼布置:炮眼布置必须符合“炮眼深度按设计进行控制,周边眼沿着设计开挖轮廓线布置[2]”的规定。炮眼布置如图2所示。

图2 炮眼布置示意图

(3) 装药：装药前，对炮孔进行严格检查及处理；装药时,爆破员需在技术人员的指导下,按设计装药量、装药结构进行装药,且采取孔底密实装药；装药后，要检查是否装药到位。为避免炮孔装药不密实的现象[3],需用炮棍对炮孔进行梳理,以保证装药质量。

(4) 炮孔堵塞：根据最小抵抗线、孔径和现场具体施工条件等因素确定堵塞长度。炮孔堵塞要密实,堵塞长度要大于最小抵抗线。为了减小爆破产生的振动,保护临近建筑物,炮孔采用水包+药包+水包+炮泥的方式进行堵塞(见图3)。此外,堵塞时要特别注意保护起爆线,以防由于起爆线破损而导致产生哑炮。

图3 炮孔堵塞及装药示意图

(5) 起爆网络：采用电-非电起爆网络(见图4),孔内分段装Ms1、Ms3、Ms5、Ms7、Ms9段导爆管,孔外采用Ms13段延时,毫秒电雷管激发起爆。采用此种起爆方式可控制最大单响起爆药量,降低爆破振动危害,提高爆破质量和工作效率。

4 安全防护措施

4.1 爆破飞石和冲击波防护

(1) 进行主动防护。采用砂袋+竹排+炮被+1.5 m厚黏土覆盖爆点，以控制爆破飞石及减小冲击波。如图5所示。

(2) 爆破前交通疏导及爆破后哑炮排查。爆破前，对周边行人及车辆进行疏导并设置警戒岗；爆破后，由相关技术人员进入爆区检查,确认无哑炮后方可解除警戒,以保证爆点周边区域行人及车辆安全。

(3) 正确进行爆破设计。石方爆破开挖时,合理规划开挖顺序和设计临空面,爆破孔封堵段长度不得小于最小抵抗线,且最小抵抗线的设置方向尽量避开南侧西湖林语生活小区。

图5 主动防护覆盖爆点后全貌

4.2 爆破振动防护

结合爆破安全控制标准及保护对象地理位置分析,本工程爆破振动主要防护对象为车站南侧的西湖林语小区建筑物。为保证爆破安全及人们的正常生活、办公不受影响，拟采用毫秒微差单孔单联网络连接爆破,以实现微振动控制爆破的目的:有效控制最大单响起爆药量,有效降低爆破振动危害。

根据深圳市公安局的要求,西丽湖站爆破振动安全控制标准按1 cm/s控制。根据GB 6722—2011中允许最大单段起爆药量的计算公式,微差爆破时的最大单段爆破药量Qmax可按下式计算:

(1)

式中：

R——建筑物距爆源中心的距离；

v——距建筑物允许的地面振动速度；

a——与传播途径、距离、地质、地形等因素有关的系数；

检测结果表明，本次施工路段施工后的各项路用性能指标，均满足规范要求。英达就地热再生技术得到了广东广惠高速公路有限公司相关领导的肯定，认为此次施工完全体现了质量效益高、环境社会效益好、经济效益优、节能减排等优势，并要求在以后的养护工作中积极的采用新技术、新设备、新工艺。

K——与介质特性、爆破方式等有关的系数。

参考深圳市相关工程经验,取K=143.17,a=1.79,由式(1)得到允许的最大单段起爆控制药量如表2所示。在施工之前，需要根据爆点和邻近建筑物之前的实测距离,通过表2来确定最大起爆药量[5]。

表2 爆点和建筑物间的距离、振动速度及起爆药量关系表

5 爆破效果

5.1 爆破直观效果

在微振动浅孔控制爆破方法及“砂袋+竹排+炮被+1.5 m厚黏土覆盖层”安全保护措施的共同作用下,该次爆破在安全控制及工程质量控制两方面都取得了较好的效果。通过第一时间对爆破后区域的观测发现:

(1)爆破区域内没有出现飞石,仅有少量炮烟,且爆破过程中噪声较小。说明该爆破方法消除了爆破过程中可能产生的飞石、噪声及粉尘等不良因素,从根本上保障了周边建筑及来往行人、车辆的安全,达到了预期的效果,如图6所示。

图6 爆破过程中场景

(2)爆破后,通过计算得出岩石大块率为8%;岩石清理完成后,爆区位置岩面平整度较好，且爆破尺寸和高程满足设计要求,如图7所示。

图7 清理岩石后爆破点场景

5.2 爆破振动测试

5.2.1 爆破监测概况

为了验证爆破施工的效果,沿西湖林语小区同排方向距离爆点中心10 m、30 m、60 m、80 m、100 m分别布置一套TC—4850 N爆破振动记录仪,每个测点均布置4个通道,如图8所示。其他区域视现场具体情况增设。

爆破之后对各个测点所搜集到的数据进行处理,得到图9所示波形图。爆破振动监测结果见表3。

图8 爆破振动监测点布置示意图

由表3可知,各测点振动最大速度均不超过1.0 cm/s,说明爆破效果较好,未对周边建筑物表面产生任何破坏,也满足相关部门对爆破施工的理论要求。从图9中也可以直观地看出,各测点每个通道的最大振动速度均未超过1.0 cm/s。

图9 各监测点爆破振动波形图

测点编号距爆心水平距离/m传感器灵敏度/(mV/cm)质点峰值振动速度/(cm/s)爆破振动主频率/Hz爆破振动时刻/s测点11029.000.392250.00.0010测点23029.000.248938.50.0075测点36029.000.1792100.00.7880测点48029.00未触发测点510029.00未触发

5.2.2 爆破振动监测数据处理及回归分析

在爆破振动监测的过程中,难免存在人为、仪器、环境等影响因素,所监测到的数据会相应地受到影响、存在误差,绘制的振动速度-距离曲线则会出现波动性,从而给预测和评价工作造成困难。可根据爆破振动测试数据,拟合出爆源距离和振动速度之间的关系式。其函数模型的基本关系式为:

f(x)=a+b ln x

(2)

式中:

a,b——常数;

f(x)——测点瞬时振动速度;

x——测点距爆心的距离。

将表3中的数据代入式(2)进行拟合分析得:

f(x)=6.651-1.199 ln x

(2)

函数模型的相关性系数r=0.971。

数据拟合情况如图10所示。

图10 爆破振动速度预测模型图

r达到0.971,说明该函数曲线与真实数据具有较高的拟合精度。因此，采用该函数表示爆破振动速度的变化情况，可对振动速度的衰减特性起到较好的预测作用。从图10也可以看出，该函数的图形非常贴切地反映了数据的变化趋势。

根据萨道夫斯基公式:

(3)

式中:

v——振动速度;

K,α——与爆源至监测点间的爆破条件、地质条件等有关的系数和衰减系数;

Q——单耗;

R——爆源到监测点的距离。

在TC—4850 N型爆破振动测试仪附带的分析软件中代入所测到的数据进行综合回归分析，得出K=32.65,α=1.48,说明爆破效果较好,满足爆破相关规定的要求，且对爆点周边各区域的振动速度起到良好的预测作用。

6 结语

在复杂环境条件下,采用微振动浅孔控制爆破技术并与具体针对性的安全防护措施相结合开挖基坑,收效非常明显,爆破产生的冲击波、飞石、噪声等均得到了有效控制,不仅对邻近建筑物进行了成功保护,也保障了周边行人及车辆的安全[6],且具有较好的施工质量,能保证工期顺利进行,是一种安全、经济、有效的施工方法。但在具体应用中，还要结合现场和场外的具体情况制定周密的技术方案。笔者对于后续施工生产提出以下几点思考:

(1) 爆破区域紧邻西湖林语小区，周边行人多、车流量大,爆破施工时要严格遵循“浅眼、密孔、小药量、微振动、严覆盖”的原则,对爆破振动、飞石、噪声、粉尘等进行控制,以保护小区建筑物及保证施工周边区域行人的人身及财产安全。

(2) 在每次爆破前，应根据现场实际情况、出露岩石、爆破环境等条件作出相应的爆破设计，并对爆破参数作出相应的调整,以保证施工质量和施工安全。

(3) 结合初步计算,在距离小区建筑物15 m以内区域进行爆破作业需采用0.309 kg单段起爆药量，方可满足相关规定,但这样会导致施工进度非常慢且爆破成本高。为此,需考虑在距开挖边线80 cm左右位置,沿西湖林语小区建筑物一侧采用液压钻布置两排减震孔,以在保证安全的同时保证施工质量及爆破效果。

[1] 王立国.复杂环境下石方控制爆破[J].工程爆破,2005,11(3):40.

[2] 付天杰,郭峰.特坚硬岩石基坑浅孔控制爆破技术[J].工程爆破,2011,17(2):31.

[3] 柳军城,王圣彬.微震动爆破技术在软弱松散围岩中的应用[J].西部探矿工程,2002(4):73.

[4] 余健.盾构始发井基坑爆破施工技术[J].广东水利水电,2011(6):54.

[5] 刘长革.密平路石方路堑开挖控制爆破[J].工程爆破,2002,8(6):52.

[6] 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[J].爆破,2009,26(4):49.

Application of Micro Vibration Short-hole Controlled Blasting in Foundation Pit Excavation

ZHAO Zhanjun

The foundation pit rock of the shield starting well on a certain metro line is tough fractured rock in block or giant lump shape, and is hard to excavate by non-explosive blasting. But the explosive blasting will easily impact on the surrounding environment and the safety in close distance between the blasting site and the community construction. In this paper, a micro vibration short-hole controlled blasting with reliable safeguard is introduced, including the selection of blasting parameters, the blasting construction process and other related works. The vibration monitoring and data processing analysis show that this technology can effectively control the blasting slungshot, noise and shock wave, therefore is a safe, economic and effective technology.

excavation of foundation pit; micro vibration; controlled blasting; safeguard

TU 94+1

10.16037/j.1007-869x.2016.04.017

2014-09-21)