城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設計研究

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計。結合具體施工成果可以發現，設計能夠較好保護周邊建筑物。

關鍵詞：地鐵明挖車站;城市密集建筑群;鉆爆施工設計

中圖分類號：U231.3;TU312 文獻標識碼：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用存在較高難度，這對地鐵明挖車站鉆爆施工設計提出較高挑戰。為較好應對這種挑戰，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

為提升研究的實踐價值，以某地鐵車站工程作為研究對象，工程主體圍護結構采用鉆孔樁+預應力錨索+巖石錨桿的形式，案例站段標準斷面寬、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15 m為居民樓、商住樓，距離車站基坑左側20 m為交通較為繁忙的市政道路。車站場區地形較為濱海堆積區，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人工填土層、海相沼澤化層含淤泥中、粗砂、含有機質粉質黏土層?；鶐r主要為中生代燕山晚期花崗巖，局部煌斑巖呈脈狀侵入，受構造作用的影響，本場區范圍內局部發育碎裂巖及節理密集帶。

2 城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設計

2.1 明挖法施工設計

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際降水量，地面處理質量也需要嚴格控制，同時需要做好對管線及建筑物的保護。在開挖案例工程基坑前需要進行施工降水，地下水位監測需要在開挖過程中嚴格開展，對于基坑開挖過程中暴露出的滲漏等問題要及時處理。結合基坑多層支護特點，案例工程采用縱向分段橫向分層開挖設計，以15～20 m為分段長度，低于設計錨索腰梁支架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負責，輔以獨特防塌技術和一定人工開挖作業，按照20 cm長度提前預留。

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計實踐中，需開展安全振動速度測量，施工線和建筑物的位置關系屬于測量重點，建筑物的高度和年代、地基類型、地基深度、結構設計、施工質量等均需要得到充分考慮。結合計算結果，可確定建筑結構抗震性能，同時可完成爆破安全振動速度的科學選擇，該值過大會導致明挖車站鉆爆施工對周邊建筑物造成嚴重破壞，過小則會限制爆破技術發揮，這不僅會帶來嚴重浪費，施工進度也會同時受到制約。結合爆破安全規程，需結合不同建筑物存在的安全允許振動速率規定，最終確定周邊建筑物的安全振動速率，為具體設計提供依據。站場石方爆破方法選擇需要完成各段最大藥量確定，計算公式如式（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、被保護建筑物允許質點振動速度、與地形等因素有關系數、爆破地震隨距離衰減系數，其中取1.6，v取1 cm/s，k取180。

結合案例工程實際，站場石方爆破從坑底向下進行，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，站場四周需要設置減震孔，直徑為35～65 mm，孔間距需要控制在25 cm內。在爆破參數的設計中，預裂爆破孔徑、藥柱直徑、藥柱孔徑分別設置為42 mm、0.3～0.5 m、25 mm，藥柱孔深、藥量分別設置為1.0～3.0 m、0.6 kg。為實現對爆破振動速度的控制，設計選擇同時在孔內、孔外起爆的方法，同截面同起爆段結合各部分到結構間允許振動速度確定最大裝藥量?；?00 m3的一次爆破規模，同一區段設置孔數在2個以上，基于要求，選擇單孔單段、高孔、低孔戶外雷管。低段、高段分別設置有預裂孔3個、6個，其中1個低段預裂孔與外排孔相連接，施工過程需首先完成爆破預裂，之后的依次爆破需要從大到小進行。

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，需要對臺階標高進行檢查，同時明確凹陷、裂縫、充填空隙等軟弱區。需要確認挖掘機質量，并在基坑支護梁施工環節埋設對車分布的加強環，每28 m埋設28個，用鋼絲繩（8 mm）固定，滿足爆破施工需要。露天爆破會導致個別巖塊飛散，這可能對周邊建筑物、人員、設施設備造成嚴重威脅和破壞，個別飛石的飛散距離直接受到爆破方法、地質構造、地形、堵塞長度、孔網參數、堵塞質量等因素影響，按照同類工程經驗，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，合理設計。嚴格開展炮孔的測量驗收，規避單耗失控問題，同時保證炮孔不朝向居民區;第二，科學應對軟弱帶、斷層、張開裂隙。各藥包的抵抗線需要在裝藥前進行細致核對，相應變化出現時需要對裝藥量進行修正，超量裝藥情況不得出現;第三，嚴把堵塞質量。需保證填塞密實和填塞長度滿足設計要求;第四，人員分流引導。在明挖車站鉆爆施工開始前，需做好周邊人員分流引導并設置隔離措施，具體施工過程需要強化周邊警戒力度;第五，全覆蓋防護。施爆部位需要在爆破環節開展全覆蓋防護，通過沙袋壓孔，鐵絲網覆蓋于沙袋上，再將沙袋設置于鐵絲網上，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計選擇預裂爆破減震技術，在開挖基巖的過程中需要完成等高線設計。在爆破基巖前，需要爆破處理主爆區，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域的爆炸性振動波大部分振動能量，隔離區后面區域受到的振動能夠大幅降低。案例工程中部分爆破區距離建筑物較近，處于靜態破碎狀態的某些危險區域需要得到重視，如存在超標的檢測結果，施工需選用靜壓破碎方式，保證周邊建筑安全，保證周邊環境受到的影響處于可控范圍。防護設施與防爆區域間需要設置防震孔，間距需小于25 cm，直徑控制在35～65 mm區間，選擇單列或雙列設計，這設計存在30%～50%的減振效果。設計還需要劃分大爆破區為小爆破區，這對地震作用減少和爆破質量控制均能夠發揮積極作用，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，地震影響能夠進一步降低。城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工設計需要嚴格遵循《爆破安全規程》（GB6722—2014）要求，以此為依據針對性計算爆破地震波震動速度，即：

式（2）中的R、分別為被保護物與爆破點間的最近距離、與爆破點地質地形條件相關的指數，Q、K分別為最大單段爆破藥量、與爆破點地質地形條件相關的系數，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?？紤]到案例地鐵車站爆破作業存在較廣作業地點且耗時較長，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。

需嚴格遵循表1所示起爆藥量開展爆破作業，在臨近在建電線、通訊管溝、臨時板房、建筑物的爆破作業中，爆破臺階高度需要適當降低，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，以此在安全范圍內控制單響藥量，具體的施工指導需要得到震動監測支持，保證城市密集建筑群明挖車站鉆爆施工安全。施工設計使用微差爆破，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。施工過程不應存在過長的一次爆破炮孔間延時，避免后排變為裸露爆破的情況出現;第二，堵塞質量控制。第一排孔的堵塞質量需要嚴格控制，如較大后沖在工作面出現，堵塞長度需要得到保證，使用鉆孔產生的巖屑對水炮孔進行堵塞，不得使用黃泥堵塞，避免堵塞不密實問題出現;第三，地質異常處理。對于張開裂隙、斷層等地質異常處理，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。

2.5 設計成果

案例地鐵車站明挖施工設計選擇孔內外預裂延遲設計，使用三維爆破網，以2.16 kg控制單管最大起爆藥量，保證存在20 m內的飛石安全距離。結合具體施工監測結果可以確定，施工過程存在0.91 cm/s的最大爆破振動峰值速度的，低于允許標準，存在35%以上的爆炸產生地震強度衰減率，通過將保護對象和主爆爆區通過預裂爆破形成的預裂分開，周邊建筑物得到較好保護。在具體施工過程中，需要做好施工質量驗收、參數隨時調整、爆破前的宣傳等工作，保證微差控制爆破優勢充分發揮。

3 結論

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

參考文獻：

[1]馮小冬.地鐵鉆爆法施工對鄰近建筑物的振動響應預測[J].地下空間與工程學報，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間及安全藥量確定[J].北京理工大學學報，2021（1）：23-29.