厦门火车站岩石爆破开挖技术

厦门火车站岩石爆破开挖技术

王锋

中铁建工集团有限公司上海

摘要：基坑开挖深度内土层分布主要为残积砾质粘性土、全风化花岗岩（V类岩）、砂砾状强风化花岗岩（V类岩）、碎块状强风化花岗岩（V类岩）、中风化花岗岩（Ⅲ类岩）。，不经过处理挖掘机械无法正常作业，施工难度极大。利用浅孔爆破技术可在不影响周围岩石体的情况下将需开挖岩石体进行有效破碎，从而减小了开挖难度，大大提高了施工效率。

关键词：岩石；钻孔；爆破；开挖

簇联网联图

1前言

随着城市建设不断发展，地下空间不断加深，工程建设不断向城市周边地区发展，所遇到的地质环境不再局限于松软土质，遇到风化岩层等硬质土层情况将越来越多，常规镐头机破碎、挖掘机开挖结合的承台开挖方式，机械投入大，对工期进度也有严重制约，已经很难满足施工要求，特别是对开挖个体数量多、土方量较大的施工场地。

厦门站项目所在地地质环境较为特殊，除开表层部分填土外，下部绝大部分为全风化花岗岩（V类岩）、砂砾状强风化花岗岩（V类岩）、碎块状强风化花岗岩（V类岩）、中风化花岗岩（Ⅲ类岩），岩石坚硬，不经过处理挖掘机械无法正常作业，施工难度极大，对进度形成严重影响，需要开发一种既能保证周围岩石不受影响，又能有效的控制承台、墩台及桩基开挖尺寸，还能加快进度、保证质量的新技术。

在厦门火车站工程中，结合地质及设计特点，应用钻爆结合承台、墩台及桩基开挖施工，取得了良好的效果。

2适用范围

适用于全风化花岗岩（V类岩）、砂砾状强风化花岗岩（V类岩）、碎块状强风化花岗岩（V类岩）、中风化花岗岩（Ⅲ类岩），不经过处理挖掘机械无法正常作业，承台及桩基多、深度深、开挖石方量大且工期紧的施工场地。

3爆破技术设计及施工工艺

3.1爆破设计原则及方案选择

3.1.1爆破设计原则：

1、本工程采用浅眼松动控制爆破；

2、爆区四面距离构建物及道路较近应严格控制爆破震动、飞石、冲击波；严防炮烟中毒等爆破公害，确保爆破施工安全，提高爆破效率。

3.1.2爆破方案对比及选择：本工程离建筑物近，宜采用浅孔松动控制爆破。

3.2施工方法及工艺流程

3.2.1主要采取的爆破方式方法：本工程爆破方法主要采用浅眼松动控制爆破，机械配合挖运石渣。

3.2.2选用爆破器材：

1、炮孔直径：浅眼爆破38mm~42㎜；采用梅花形或三角形布孔，边界为沿边线布设；将小爆破炮眼布置在石块中心。

2、炸药选择：直径32mm2#岩石乳化炸药或岩石硝胺炸药。

3、雷管选择：1~15段毫秒延时非电导爆雷管；

4、起爆电源：MFB-150型起爆或击发枪。

5、检测仪表：205-1型欧姆表。

6、炸药单耗选择：

（1）基坑大开挖爆破平均单耗：q1=0.35~0.40㎏/m3；

（2）坑壁松动爆破平均单耗：q3=0.20~0.30㎏/m3；

（3）多自由岩体爆破平均单耗q4=0.15~0.20㎏/m3。

（4）桩基爆破平均单耗q5=2.0~3.0㎏/m3

爆破单耗应根据试爆后确定，若遇有特殊地质构造和前排炮孔抵抗线等条件变化应按实际情况进行调整爆破参数。

3.2.3工艺流程：

剥离表土—布孔—钻孔—验孔—补孔—装药—联接—导通—填塞—覆盖—警戒—起爆—爆后检查

3.3爆破参数选择与装药量计算

3.3.1爆破孔网参数：

3.3.3单孔装药量计算公式：

（1）开挖爆破：Q=abLq；

（2）多面临空体：Q=W3q或Q=aW2q

（3）孔桩爆破：Q=（LSηq）/N

注：式中q——炸药单耗，中硬岩取2.0~3.0；掏槽眼q取大值，周边眼及辅助眼取小值

L——炮孔深度

S——桩井开挖面积

η——炮孔利用率，取0.75%~0.85%

N——炮孔数[按N=3.3（fS2）1/3计算布设]

3.4装药、堵塞和起爆破网路设计

3.4.1装药结构：采用孔底连续装药，用黄土堵塞密实，有水时用中砂堵塞。

3.4.2装药长度、密度：详见上表

3.4.3最小堵塞长度及堵塞方式：详见上表

3.4.4起爆网路形式、起爆网路图：

非电导爆管雷用簇联加非电雷管接力联接，如图1

1）基坑浅眼爆破时孔内多段位毫秒非电导爆管雷延期闭合（四通串联）起爆网路，如图4-1；

2）孔桩爆破采用孔内多段位导爆管雷簇联后用一导爆管雷引到地面，再接至起爆站，如图4-2。

3.5孔网参数、单孔药量计算表：详见上表

计算式及相关图表

3.5.1爆破安全距离验算

3.5.1.1爆破飞石距离估算：

根据Lundborg的统计规律，结合工程实践经验，本工程由于桩基爆破在井底爆破井口有重覆盖不会产生，最有可能产生飞石为基坑爆破，则爆破飞石距离可由下式计算：

Rf=KTqD

式中，Rf—爆破时可能产生的最远飞石距离，m；

KT—与爆破方式、填塞长度、地质、地形条件有关的系数，取1.0～1.5，本项目取1.5；

q—炸药单耗，kg/m3，本工程最大值为承台爆破取q=0.4kg/m3；

D—炮孔直径，mm，本项目取42mm；

用以上数字代入公式为：

Rf=1.5×0.7×42=25.2m

由此可见，本项目的爆破一般情况下，可能产生的飞石距离一般情况下小于25.2m，正常不会对爆区周围的和其他被保护对象的防护产生危害，但为确保万无一失，在爆破施工时采用沙袋、竹片、帆布对爆破物体进行密实覆盖，并在其上空挂设密目安全网加防护，严格控制爆破飞石，爆破抛掷方向应朝向安全距离较大的方向，扩大警戒范围，实际警戒设在爆区50m外，以保证施工安全。

3.5.1.2爆破振动安全距离：

（1）爆破震动效应，根据《爆破安全规程》，爆破地震效应不大于相应建筑物爆破振动安全控制标准。具体计算如下：

震动速度经验计算公式为：V=K（Q1/3/R）a

式中：V—保护对象所在地面质点振动速度（cm/s）

Q—最大一段起爆药量（kg），

R—爆心至测点的距离（m）

K、a—与爆破点至计算保护对象间的地形、地质系数及衰减指数，取K=150，a=1.5

因本工程周边建构物较近，爆破振动速度控制须严格按上表中规定要求进行控制，并尽量取小值。按经验及本工程特点，爆破振动速度应控制在2.5以下，爆破振动衰减指数a=1.5，场地岩性参数K取150，按公式Q=R3（V/K）3/a计算可不同安全距离的最大段允许最大装药量如下表：

根据上表计算严格控制最大段装药量，当单孔装药量还不能满足最大段允许装药时应减炮孔深度增加炮孔密度来减小单孔装药量并采取单孔单响起爆破。

3.5.1.3爆破冲击波安全距离：

根据《爆破安全规程》规定爆破空气冲击波超压限值，对人员、建构筑物冲击波超压限值为：

△Pmax<0.02（105Pa）。本工程为露天台阶松动控制爆破，可不考虑爆破冲击波的安全距离。但为确保安全本工程冲击波要求仍按露天抛掷爆破冲击波安全允许距离公式进行控制，即Rk=KnQ1/2或Qmax=（R/Kn）2，Kn取极不利爆破作用指数为2时的极限5.则单段允许的最大装药量列表如下：

由上表可知，由于本工程采用微差松动爆破严格控制最大段装药量和多层重覆盖和防护等措施来减少爆破冲击波，可以防止爆破空气冲击波超压对人员、建构筑物影响。

3.5.2爆破施工图表

4、施工安全保证措施

4.1组织保障措施：

配备足够的劳动力，特别加强风钻工、机械工、驾驶员等主要工种的力量。公司对工程实行不定期检查，及时召开施工进度协调会。物资供应部门要根据施工现场实际需要提前组织资源，施工人员要提前报送物资需求进场计划，确保施工所需物资的及时供给。

4.2技术保障措施

4.2.1、防止早爆措施：

1）雷雨天气禁用爆破作业。若正在爆破作业施工中，突然出雷雨天气征兆时应立即停止作业，人员撤出危险区，并设置安全警戒。

2）严格遵守《爆破安全规程》和爆破作业操作规程。

4.2.2、爆破振动控制措施：

孔内分段和地面分段应严格按设计进行，严格控制药量，严禁混装、乱段和叠段。采用微分装药和微差爆破，控制最大装药量。采用台阶式开挖爆破增加自由面有利减振。

4.2.3、爆破飞石控制与防护措施：

本工程爆破临近建（构）筑物、高压线和道路，露天开挖爆破应采取周密的安全覆盖：先在每个炮孔口盖上一只大土袋，再土袋上盖上竹片，竹片上再压土袋。再加盖帆布，并在上空挂设密目安全网，注意土袋内不得装入石子并且要封袋口。对于孔桩爆破在桩井内爆破，采用桩井口重型覆盖，可控制飞石不飞出孔桩。孔桩口部的具体覆盖方法是：在孔桩口周围垫4个砂袋，高度约为50cm作为透气口；在砂袋上面铺设Φ10～16＠250×250钢筋方格网；钢筋网边长大于孔桩直径60cm以上，且刚度满足要求；在钢筋网上密铺砂袋，砂袋数量不少于25袋，并且向四周延伸20cm以上；孔中心再盖砂袋成金字塔式覆盖，电梯井爆破先按孔桩方式爆破到设计标高后扩大而成以利防控飞石。

4.2.4、其他安全技术措施：

爆破作业应严格遵守《中华人民共和国民用爆炸物品安全管理条例》、国标GB6722-2014《爆破安全规程》及公安机关的有关规定和省市级有关安全操作规程。

爆破作业前应进行施工方法、质量和安全交底，让每个作业人员熟悉本方案，并严格按设计施工。

牢固树立“安全第一，预防为主”的观点，经常开展安全教育等其它安全活动，保证安全生产，文明施工。

爆破前应做好各项准备工作，特别是覆盖、防护材料和检查凿岩作业情况。

凿眼、爆破装药、联线、堵塞、覆盖、警戒、起爆、清渣各工序应互相配合，互相检查，发现问题及时解决。

爆破前应安民告示，使周围单位、居民以及过入车辆行人明确爆破地点、标志、时间、警戒信号及范围、安全注意事项。

临近道路爆破时必须对东西两侧的道路及仙岳路人行道进行临时中断交通。

4.3事故预防措施

4.3.1防止早爆措施：

a、提高爆破作业人员安全施工操作水平，严禁违章作业。

b、使用木质或不产生火花的炮棍装药，严禁用铁质的工具。

c、遇雷雨时立即停止爆破作业，迅速撤离危险区，并在危险边界设置岗哨，防止他人误入。

d、严禁在爆区内使用手机和抽烟。

e、严格按照GB6722—2014《爆破安全规程》操作。

f、火工品应轻拿轻放。

g、爆破作业现场严禁交叉作业。

5应用实例及效果

厦门站站房墩台、承台及桩基基底持力层选择中风化岩层，石方约为1万立方，工程于2013年5月开工，2015年12月竣工。成功运用了浅孔爆破墩台、承台及桩基开挖技术，在保证工程质量、缩短工期、节约成本方面取得了显著的效果，取得了良好的社会和经济效益。

利用浅孔爆破技术而对周围岩石不产生影响，然后用挖掘机对四周基坑壁进行修整及挖除内部土体，形成光滑平整面作为墩台、承台及桩基及混凝土的胎膜。本工法的主要难度在于如何确定在岩石中使用最合理的火药量、火药埋深、药孔间距，使需要开挖的岩石能够直接通过挖机开挖，最大程度的加快施工进度。

参考文献：

[1]中国工程爆破协会.《爆破安全规程》（GB6722—2014）.北京：国家质量监督检验检疫总局.2014[2]《建筑施工手册》（第五版）编委会.《建筑施工手册》（第五版）.北京：中国建筑工业出版社.2013：第二册175-230

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.《土方与爆破工程施工及验收规范》（GB50201-2012）.北京：中国建筑工业出版社.2012

[4]中国有色金属工业协会.《工程测量规范》（GB50026-2007）.北京：中国计划出版社.2008

作者简介：

王锋（1982年6月），男，本科，助理工程师，中铁建工集团上海分公司。