城市基坑爆破法開挖的技術(shù)控制

朱劍鋒，周鳳儀

(1.廈門地山建設(shè)發(fā)展集團有限公司，福建廈門市 361009；2.國防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院，湖南長沙 410072)

城市基坑爆破法開挖的技術(shù)控制

朱劍鋒1，周鳳儀2

(1.廈門地山建設(shè)發(fā)展集團有限公司，福建廈門市 361009；2.國防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院，湖南長沙 410072)

城市基坑爆破法開挖時，會遇到爆破振動對周圍建筑物的危害控制、飛石不出基坑的控制、炸藥爆炸破壞對基坑圍護結(jié)構(gòu)影響的控制三大難題。為此，爆破設(shè)計必須打破慣性思維，先從基坑周圍建(構(gòu))筑物、管線的振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)開始，然后根據(jù)振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)，按計算允許起爆的最大段藥量→設(shè)計爆破參數(shù)→設(shè)計起爆網(wǎng)路→爆破危害計算與控制的順序進(jìn)行設(shè)計。

城市基坑；爆破開挖；振動控制；飛石控制

隨著城市建設(shè)向地下空間的發(fā)展，基坑開挖工程越來越多，雖然發(fā)展了機械破碎法開挖、靜態(tài)破碎法開挖、二化破碎法開挖，但都各有局限性。爆破法開挖只要解決好爆破振動對周圍建筑物的危害控制、飛石不出基坑的控制、炸藥爆炸破壞對基坑圍護結(jié)構(gòu)影響的控制三大難題，爆破法仍是基坑開挖工程不可或缺的主要方法。

1 振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)控制

要有效控制振動對建(構(gòu))筑物及管線的影響，必須做好以下3方面的工作。

1.1 環(huán)境調(diào)查

(1)基坑周圍建(構(gòu))筑物的位置、結(jié)構(gòu)特點、基礎(chǔ)類型、抗震設(shè)防等級等；

(2)基坑周圍管線的位置、種類、材質(zhì)等。

1.2 振動安全允許值選擇

(1)根據(jù)爆破和保護目標(biāo)類型按《爆破安全規(guī)程》GB6722-2014中的振動安全允許值范圍的下限值進(jìn)行選擇。

(2)對于煤氣管道、輸水管等爆破安全規(guī)程中沒有給出振動安全允許值的目標(biāo)，可參照《中國地震烈度表》GB/T 17742—2008，按地震烈度Ⅳ度選擇振動安全允許值，地震烈度Ⅳ度的峰值振動速度小于2 cm/s，屬于無損震。諸多地鐵基坑爆破開挖實踐證明，按峰值振動速度不大于2 cm/s進(jìn)行控制是安全的。

1.3 計算一次爆破允許的最大單響用藥量

(1)爆區(qū)劃分。被保護目標(biāo)性質(zhì)不同，振動安全允許值也不相同，可將整個爆區(qū)平面劃分為若干爆區(qū)，這樣計算的各爆區(qū)一次爆破允許的最大單響用藥量更符合爆破實際。

(2)計算一次爆破允許的最大單響用藥量。被保護目標(biāo)的允許振動速度確定后，用下式計算一次爆破允許的最大單響用藥量。

式中：Q響——一次爆破允許的最大單響藥量，kg；

[V]——被保護目標(biāo)的允許振動速度，cm/s；

R——爆源至被保護目標(biāo)邊緣的距離，m；

K，α——與地形和地質(zhì)條件有關(guān)的參數(shù)。

2 爆破參數(shù)控制

爆破方式宜采用淺孔爆破法。

一次爆破臺階高度按下式估算：

式中：H——一次爆破臺階高度，m；

Q響——一次爆破允許的最大單響藥量，kg；

q——炸藥單耗，kg/m3。

當(dāng)計算的H值小于1.5 m時，應(yīng)按不小于1.5 m設(shè)計，并通過采取減震措施使爆破振動指標(biāo)滿足安全要求。為便于鉆孔和裝藥作業(yè)，當(dāng)計算的H值大于3 m時應(yīng)按不大于3 m設(shè)計。

根據(jù)中等硬度巖石的爆破經(jīng)驗，單炮孔的適宜負(fù)擔(dān)面積為：

式中：S——單炮孔的適宜負(fù)擔(dān)面積，m2；

dc——淺孔爆破的普通藥卷，dc＝32 mm＝0.032 m。

確定單孔負(fù)擔(dān)面積S后，按下式確定炮孔的間距和排距：

式中：a——炮孔間距，m；

b——炮孔排距，m；

W——炮孔最小抵抗線，m；

m——炮孔間距系數(shù)。

單孔裝藥量的計算公式如下：

式中：Q——單孔裝藥量，kg；

其他符號意義同前。

3 起爆網(wǎng)路控制

3.1 齊爆孔數(shù)計算

網(wǎng)絡(luò)中可以使用同一段別雷管起爆的孔數(shù)n可用下式計算：

式中：Q響——單響最大用藥量，kg；

Q——單孔裝藥量，kg。

當(dāng)n＝1時，每孔用不同段別的雷管，實現(xiàn)逐孔延時起爆。

當(dāng)n＝2，3，4…時，所得的整數(shù)數(shù)字即是可以使用同段別雷管的孔數(shù)，實現(xiàn)逐組延時起爆。

當(dāng)n＜1時，需采取減振措施，若仍不能滿足逐孔起爆的安全要求，應(yīng)重新設(shè)計爆破參數(shù)。

3.2 雷管選擇

(1)應(yīng)選擇導(dǎo)爆管雷管，以克服城市基坑作業(yè)受靜電、雜散電流、移動發(fā)射機影響帶來的不安全因素。

(2)不應(yīng)選擇HS系列導(dǎo)爆管雷管，HS系列雷管延時長、誤差大，增大了產(chǎn)生重段和沖天炮及由此產(chǎn)生的安全事故概率。

(3)應(yīng)選擇MS系列導(dǎo)爆管雷管，孔內(nèi)雷管的段別選擇應(yīng)滿足：某孔內(nèi)雷管爆炸時，孔外地面?zhèn)鞅坠軕?yīng)傳爆至該爆炸孔5孔以外，以保證網(wǎng)路安全傳爆。

4 爆破危害控制

4.1 爆破振動控制

(1)嚴(yán)格控制一次爆破允許的最大單響藥量和由此計算結(jié)果選擇的導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路聯(lián)結(jié)形式。

(2)緊貼基坑護壁用機械法、靜態(tài)法、二化法開挖深度超過爆破臺階高度0.5 m以上的減振溝槽，每條減振溝槽可以降振50%。

(3)在爆區(qū)與基坑護壁間打1～2排不裝藥的防震孔，降振率達(dá)30%～50%。

4.2 爆破飛石控制

爆破飛石采用主動控制與被動控制后，可以保證飛石不出基坑。

(1)主動控制。炮孔的填塞長度不小于40倍藥卷直徑，且填塞質(zhì)量好。

(2)被動控制。在炮孔口部自下而上按壓沙袋＋席夢思鋼絲墊＋沙袋進(jìn)行防護。在基坑上層內(nèi)支撐梁上設(shè)置防護網(wǎng)，輕柔、降噪、兜飛石效果好。

4.3 爆破沖擊波、噪聲控制

淺孔臺階爆破可以不考慮爆破空氣沖擊波的危害，但對爆破噪聲的影響必須引起重視，新爆破安全規(guī)程對不同的目標(biāo)規(guī)定了安全允許值。

(1)覆蓋法降噪。保證填塞長度與填塞質(zhì)量，在炮孔口壓沙袋、廢席夢思鋼絲墊、廢輪胎簾等，既控飛石，又控噪音。

(2)設(shè)防護排架。用鋼架管或竹竿搭設(shè)一定高度的排架，在排架上掛鋼絲網(wǎng)、工程防護網(wǎng)、竹笆等，單排可降低空氣沖擊波強度30%～50%。

(3)對地表的傳爆雷管進(jìn)行覆蓋。

4.4 基坑圍護結(jié)構(gòu)的保護

基坑圍護結(jié)構(gòu)包括坑壁連續(xù)墻、灌注樁、內(nèi)支撐梁柱等，這些結(jié)構(gòu)一旦受到炸藥爆炸作用而破壞，后果會是災(zāi)難性的。

(1)留安全保護層。根據(jù)《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》，在中等硬度巖石條件下，距圍護結(jié)構(gòu)最近的炮孔的距離(保護層)不應(yīng)小于40倍炮孔所用藥卷直徑。

(2)工序銜接時間控制。對新澆筑的鋼筋混凝土，應(yīng)待3 d后才在其附近進(jìn)行爆破。

5 爆破施工過程控制

(1)爆破前的環(huán)境調(diào)查工作。在調(diào)查基坑周圍建筑物的位置、結(jié)構(gòu)特點、基礎(chǔ)類型的基礎(chǔ)上，對樓房的散水開裂、墻面裂紋等進(jìn)行拍照；通過現(xiàn)場會的形式，業(yè)主、施工方、樓主、街道、派出所五方共同見證調(diào)查的詳細(xì)資料，并形成會議紀(jì)要，經(jīng)業(yè)主、施工方、樓主、街道、派出所五方簽字后留存。

(2)嚴(yán)格按評估和行政許可的爆破設(shè)計方案施工。爆破施工中，爆破方式、爆破參數(shù)、起爆網(wǎng)路、防護手段發(fā)生改變時，必須預(yù)先將設(shè)計變更書報送監(jiān)理，經(jīng)簽字同意后方能付諸實施，杜絕方案動態(tài)改變的隨意性。

(3)加強城市基坑爆破振動監(jiān)測與規(guī)律的研究。城市基坑爆破必須進(jìn)行振動監(jiān)測；加強對爆破地震波穿過鋼筋混凝土支護樁、連續(xù)墻等支護結(jié)構(gòu)時的振動衰減規(guī)律研究；加強對煤氣管道基槽下鋪砂墊層減震效果的研究。

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2016-07-17)

朱劍鋒(1971-)，福建廈門人，男，爆破高級工程師，主要從事巖土爆破、水下爆破方面的研究，Email：13806044049＠126.com。