地铁某车站基坑施工中爆破技术的应用.doc

水贝站基坑施工中爆破技术的应用

摘要：本文主要介绍了深圳市轨道交通二期3号线工程3102标段水贝站基坑开挖及抗拔桩成孔过程中的爆破设计、安全防护及相应应急预案等。
关键词：预裂爆破 松动爆破 爆破参数 爆破安全 应急预案 可行性评估 效果分析
一、工程概况
深圳市轨道交通二期3号线（现更名为深圳市地铁龙岗线）工程3102标段水贝站（YDK11+373.6～YDK11+878.415）位于罗湖区布心路北侧、翠竹北路西行100米。车站主体沿布心路呈东西走向，南侧紧邻布心路，布心路为城市快速路，交通十分繁忙，交通流量相当大；北侧建筑物密集，车站全长范围内有一座8层厂房、一座6层厂房，均为混凝土框架结构，承台桩基础，桩底入基岩1～2m。两座厂房基本与车站纵向平行布置，最近仅7.8m，最远仅8.8m。参见示意图1。

示意图1——场地平面位置图
基坑支护采用地下连续墙＋φ609钢管支撑＋双拼I45b钢围檩联合支护体系。在地下连续墙施工过程中，因入岩段成槽困难，故在成孔深至入岩1m后终孔，下部岩石与基坑整体同时爆破开挖，人工续接连续墙。
车站基坑标准段开挖深度为17.5m，两端加深段开挖深度为21.0m。上部土层主要为杂填土、粘性土、全风化岩、强风化岩。基坑开挖10.3～12.7m深时（局部8.2m），即揭示中风化岩石，岩石裂隙不发育，不能采用机械直接开挖，需爆破施工，爆破量约12000m3。基坑西端40m长车站开挖范围内未揭示岩石。
基坑中部、中轴线上设计有直径1.0m的抗拔桩25根，其中13根直接坐落在基坑基岩上，有12根需开挖上部强风化岩后爆破开挖至入岩2.0m。
二、爆破方案内容概述
基坑及桩基控制爆破开挖方案主要内容是：

1、采用浅孔台阶松动爆破，控制炸药单耗及爆破参数，以减少爆破飞石与爆破震动。
2、采用先在两端拉槽，以形成多个新自由面及多个工作面，则可控制爆破方向又有利于减少炸药单耗，提高爆破效果。
3、采用毫秒起爆技术，即有利于提高爆破效果，又有利于控制爆破飞石与爆破震动。
4、为确保爆破安全，采用爆破体覆盖防护，以进一步防范爆破飞石；做到万无一失。
5、浅眼松动爆破，由两端的东、西向中间开挖，由上至下逐层下挖。
6、对于连续墙未到位部分（小体积岩石），岩石与钢筋砼接触部分采用预裂爆破，其余部位采用多打孔少装约（布孔参数要根椐现场具体情况而定），爆后用风镐修整。
7、抗拔桩采用桶形螺旋掏槽。
三、爆破参数
1、浅眼拉槽爆破（参见示意图二）
1）炮眼直径：Φ=42mm；
2）拉槽高度：H=2～3.0m，据不同部位，层次而定；
3）拉槽角度：Q=750；
4）拉槽眼炸药单耗：K2=0.45kg/m3计算；
5）扩槽眼炸药单耗：K1=0.3～0.35kg/m3计算；
6）拉槽爆破的覆盖防护应加强，比常规台阶松动爆破多加一层竹排及一层砂土袋（参见示意图三）。
示意图二——拉槽炮孔布置 示意图三——覆盖防护
2、浅眼松动爆破
拉槽爆破后，1.0～3.0m的台阶采用浅眼松动爆破，以拉槽为侧向自由面，呈排布设垂直炮眼（参见示意图四），爆破参数如下:
1）炮眼直径： Φ=42mm
2）最小抵抗线： w=0.8～1.0m
3）炮眼间距： a=1.0～1.2m
4）炮眼排距： b=0.8～1.0m
5）炮眼深度： L=H+h
6）台阶高度： H=1～3.0m
7）炮眼超深： h=0.2m～0.5m
8）炸药单耗： K=0.35kg/m3
9）每个炮孔装药量：（见表一）：
Q=q·w·H·a

示意图四——松动爆破炮眼布置
表一 浅孔爆破参数表
台阶高
H(m)
孔径
Φ(mm)
最小抵抗线
W(mm)
孔距
a(m)
排距
b(m)
孔深
L(m)
填塞长度
I(m)
单耗
q(kg/m3)
单孔药量
Q(kg)
1
42
0.8
1.0
0.8
1.3
1.0
0.35
0.28
2
42
1.0
1.2
1.0
2.3
1.2
0.35
0.84
3
42
1.1
1.3
1.1
3.3
1.8
0.35
1.5
四、预裂爆破参数
对于连续墙未到位部分（小体积岩石），岩石与钢筋砼接触部分附近采用预裂爆破。预裂爆破的预裂炮眼先于主爆区的炮眼起爆，它主要起隔振作用，以保护边坡稳定或使保留部分（钢筋砼）免受强的爆破振动影响。
1、炮眼直径： d＝45mm
2、炮眼间距： a=36mm
3、不偶合系数： 1.5～2.0
4、装药量： Ql=kda1/2=108g/m
式中：
Ql—装药集中度，即每米炮眼的装药量（g/m）；
K—岩石系数。坚硬岩石为0.6，中等强度岩石为0.4～0.5，软岩为0.3～0.4；
d—炮眼直径；
a—炮眼直径。
五、抗拔桩爆破参数
1、桩径：1.0m，爆破成孔直径为孔径和护壁厚度之和。
2、爆破方式：采用孔内微差毫秒非电雷管；
3、炸药类型：Φ32mm筒状乳化炸药；
4、单循环进尺：每个爆破循环实际进尺0.8m；
5、炮孔参数及布置（参见表二、示意图五）
a、孔深：L=1.0~1.2m。中心孔1.2m、掏槽辅助孔1.0m、周边孔1.0m；
b、孔径：Φ42mm；
c、孔距：a=0.15～0.4m；
d、倾角：β=90°（中心孔，掏槽孔，辅助孔）；
β=80°（周边孔，保证10-15cm外插量）。
表二 炮孔参数、药量表
项目
桩孔直径（m）
孔深（m）
1.0
中心孔（个）
1
1.2
掏槽孔（个）
3
1.1
辅助孔（个）
12
1.0
周边孔（个）
8
1.0
总炮孔数（个）
19

循环进尺（m）
0.8
爆破量（m3/进尺）
0.904
单耗（kg/m3）
3.00
总装药量（kg）
2.713
单孔装药量（kg）
掏槽孔
0.4
辅助孔
0.3
周边孔
0.13
最大一次起爆药量（kg）
0.143
备注：单孔装药量要根据现场地质、布孔以及试炮的实际情况作最佳调整；

示意图五——抗拔桩炮孔布置及起爆顺序
6、装药量：
a、单井装药量：Q单井=Kn.v（以Φ1.0m的桩井为例，含护壁）
式中：Kn——平均炸药单耗量，取3kg/m3
v———爆破岩石体积，依每个循环实际进尺为0.8m计
V=πr2H=0.904m3
则：Q单井=2.713kg
Φ1.0m桩井以Q=19眼计算，则单孔装药量
QO=0.143kg/孔
b、最大同段装药量（QMAX）的控制。
采用桶形螺旋掏槽每个炮孔控制在不同段别雷管，即同段最大装药量：
由Qmax=1×0.194=0.143kg。

7、装药结构（参见示意图六）
1）采用孔底连续装药方式；
2）堵塞部分用砂质粘土捣实。

示意图六——抗拔桩起爆网路和防护
8、起爆网路
用CH—500型起爆器起爆桩井内的电雷管，电雷管引爆孔内非电雷管，最后不同段别的非电雷管起爆各自炸药包。
六、装药与起爆
1）本工程采用乳化炸药，以防炮眼中有水失效；
2）全部采用连续装药结构，为减少爆破震动，炮孔底部垫空5cm；
3）非电微差起爆方法：采用孔内非电微差雷管，孔外电雷管集簇击爆的与非电混合式起爆网路。微差电力起爆方法：每孔装一发微差电雷管，孔外采用大串联的方式。
4）雷雨天气禁止使用电爆网路。
七、爆破安全
1、爆破安全及环境保护评估
按设计的药量装入炮孔中爆炸所产生的能量，一部份作有效功－－破碎岩石；还有一部份则产生有害的爆破效应－－爆破振动、爆破飞石、爆破空气冲击波、爆破噪声。爆破时还会产生一定的爆破有害气体和爆破粉尘。
这些有害效应有的会涉及到爆破安全，有些会影响到周围的环境。所以爆破施工设计必须进行爆破安全及环境保护评估，在此评估的基础上提出可行、有效的技术措施，以确保爆破工程安全，作好环境保护工作。
1）爆破振动
爆破产生地表层振动是必然的。但振动量级的大小、地震参数（频率、振幅、衰减等）等可以通过不同的技术措施而加以控制的。
据我国国家标准，一次最大段药量为Qmax（kg），爆破中心点至被保护物的距离为R（m）则被保护物处的爆破地震速度V可按下式进行计算：
Qmax=R3（V/K）3/α
式中，据本工程的地质、岩石条件取K=60、α=1.5，则可预算出可能产生的震速。
据国标GB6772-2003（参见表三）规定，居民框架楼的安全振速为3～5cm/s。本工程为确保安全，对大楼振速按1.0cm/s进行控制。
表三 爆破振动安全允许标准（GB6722—2003）
序号
保护对象类别
安全允许振速/（cm/s）
﹤10Hz
10Hz～50Hz
50Hz～100Hz
1
土窑洞、土坯房、毛石房屋
0.5～1.0
0.7～1.2
1.1～1.5
2
一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物a
2.0～2.5
2.3～2.8
2.7～3.0
3
钢筋混凝土结构房屋a ※
3.0～4.0
3.5～4.5
4.2～5.0
4
一般古建筑与古迹b
0.1～0.3
0.2～0.4
0.3～0.5
5
水工遂道c
7～15
6
交通遂道c
10～20
7
矿山巷道
15～30
8
水电站及发电厂中心控制室设备
0.5
9
新浇大体积混凝土:b
龄期：初凝～3d
龄期：3d～7d
龄期: 7d～28d

2.0～3.0
3.0～7.0
7.0～12
注1：表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。
注2：频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据：硐室爆破﹤20Hz；深孔爆破10Hz～60Hz；浅孔爆破40Hz～100Hz。
A、选取建筑物安全允许振速时，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素。
B、省级以上（含省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应经专家论证选取，并报相应文物管理部门批准。
C、选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑建筑物的重要性、围岩状况、断面大小、深埋大小、爆源方向、地震振动频率等因素。
D、非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出的上限值选取。
每次爆破最大段药量控制如下表四：
距离(m)
8
9
10
11
12
13
14
15
16
办公楼（Q）kg
0.142
0.203
0.278
0.370
0.480
0.611
0.763
0.938
1.138
依照上表控制不同距离的同段最大药量爆破振动不会对大楼产生危害。
2）爆破飞石
爆破飞石，是指脱离爆堆而飞出的零星碎块。产生爆破飞石的原因主要有：
爆破参数不当,如炸药单耗过大、某些炮眼位置不当而W值过小、炮眼角度偏差、装药长度过长、堵塞长度过短、堵塞不密实；装药部位遇有较大的裂隙或软弱层面;起爆次序有误或有部分拒爆产生时，都可产生较严重的飞石。
所以，必须从设计、施工、管理方面采取技术措施，使其不产生或很少产生爆破飞石。另一方面，本爆破设计同时提出在所有部位还必须采取防护措施，其防护方式有：基坑爆破体表面用砂袋+铁丝网+砂袋防护。
根据众多城市内爆破施工的实践经验，爆破飞石是可以控制、可以防护得住的。只要在施工中按本设计要求，精心施工、严格管理，可保证爆破飞石不会造成危害。
3）爆破空气冲击波及爆破噪声
炮孔中炸药爆炸后，尚有一部分爆炸气体从孔口冲出或随爆碎块间隙中冲出，形成空气冲击波，冲击波扩散，能量衰减而成为爆破噪声。
为减小冲击波的能量，其关键是保证堵塞长度及堵塞质量、爆破参数适宜。
本设计的爆破参数及对堵塞的要求，可将爆炸空气冲击波及噪声控制到最小状态。
本爆破工程场地开阔，有利于冲击波扩散，基坑爆破又在地面以下，传至地面以上的空气冲击波将大为减小；本工程所有的爆破均有覆盖物遮挡，则空气冲击波会很快衰减不会造成危害。
爆破噪声，由于前述三方面原因，也会相对减小，据本公司许多工程实例表明，在爆破警戒区处，其噪声可控制在90dB以下。不会造成危害，同时也应当不会引起邻近人员心烦，尽管本工程邻近人员较少，但也应给以重视，必须坚持按本施工组织设计提出的相应措施执行，以做到文明施工。
4）爆破有害气体与爆破粉尘
A．全部采用符合国家标准且在保质期内的炸药，爆破有害气体生成量符合国家标准。另一方面，本爆区场地开阔，有限的有害气体已经扩散，更不会产生危害。
B．孔桩爆后必须进行通风，空气质量达标后，方可下去施工。

C．爆破粉尘，由于本工程全部采用松动爆破，而不采取抛掷（扬弃）爆破，又由于本爆破主要为普坚石，爆破后多呈块状，粉状物很少，故爆破粉尘量相应较少。
2、爆破技术安全措施
全面执行国家爆破安全规程及深圳市公安部门有关爆破施工的有关规定，对于本工程，结合本工程实际情况，特提出以下各项安全技术措施，以确保安全施工。
1）严格按深圳市公安局审查批准的爆破设计施工方案执行，不得擅自改动。
2）施工准备阶段
A．爆破作业人员持证上岗，非持证人员不得从事爆破作业。
B．爆破由现场爆破工程师负责，全面和统筹安排爆破的各项工作。
C．开工前三天在爆破地点、邻近各路口设立爆破警示牌，张贴安民告示，公告工程名称、施工单位、爆破时间及注意事项等有关内容。
D．爆破施工前，必须对施工现场进行清理与熟悉。提出可靠的
技术措施和防护措施。
E．爆破前三天，必须准备齐全爆破警戒用品，如红旗、袖标、口哨、对讲机等。
F．进行安全教育。
3）爆破施工阶段
A．按设计进行测量、放线，标出各部位的轮廓线，测后必须复查。
B．由爆破人员布设炮眼，其有关参数向打眼工交代清楚。
C．按标的位置及参数进行打眼，打眼工不得私自改变眼位、眼向、眼深。
D．由技术人员检查每个炮眼，不合格炮眼必须补打或采取妥善措施，否则不许装药。
E．市化轻公司每天统一配送到工地的火工品，将其产品证书交监理单位，对雷管进行检测、挑选，电阻差值应符合国家标准。
F．所用的火工品材料，必须于爆破前一天下午4时前报化轻公司，由化轻公司统一配送。火工品到达现场后由专人保管，爆后专车退库，施工现场不许存放。
G．加工起爆药包由持证人员操作加工，并按国家标准进行操作。
H．装药由持证人员按国家安全规程标准进行操作。装药过程中如遇到卡药等故障，需报告爆破技术人员妥善处理。
I．装药量由爆破工程技术人员据现场实际情况审定后确定。不许私自多装与少装。
J．堵塞要确保堵塞长度与堵塞质量，操作要细心。
K．起爆网络连接由爆破员负责，严格执行《爆破安全规程》及《深圳市爆破作业人员
安全操作细则》。
L．雷雨天气禁止使用电雷管起爆。如装药过程中突遇雷雨，应立即停止爆破作业，人员撤至安全区，并作好警戒工作。
M．起爆前由安全员检查覆盖防护情况，覆盖不合格者不许起爆。
N．本爆破工程警戒范围基坑爆破定为200米，孔桩爆破50米。
O．爆破警戒点设置（参见示意图一)。实行定人、定岗、定责。警戒人员应标志明显、联络用具（旗、口哨、对讲机）齐备可靠，严守其责。
P．爆破后，切断电源，5分钟后由爆破技术人员和一位爆破员进入基坑现场进行检查，经确认无拒爆等险情后，发出解除警戒信号。
Q．如发现有拒爆，按国家安全法规标准进行处理。
R．作好每次爆破记录。
S．严格爆破器材管理、严防丢失、施工工地不准存放任何爆破器材。
T．爆破时间暂定每天: 上午11:30一12:30
下午5:30一6:30
八、应急预案
1、预案制定的原则
根据《中华人民共和国安全生产法》、《中华人民共和国安全生产法实施条例》、《建设工程安全生产管理条例》和《民用爆炸物品安全管理条例》等法令法规的有关规定，坚持安全第一、预防为主、主救为主、统一指挥、分工负责的原则，确保一旦发生安全事故，能有效的防止事故扩大，减少人员伤亡和财产损失，优先保护人和优先保护大多数人，优先保护贵重财产，使救援工作科学、迅速、措施得当，特制定本预案。
2、可能发生事故的确定和影响
根据项目的特点和施工任务，本工程项目可能发生的安全事故有：人员桩井作业时的坠落伤害、机械操作失误伤害、意外爆破伤害、桩井防护垮塌伤害、爆破飞石伤害、爆破振动伤害、爆炸气体伤害、食物中毒等。上述事故一旦发生，均会造成人员伤亡或财产损失，必须引起项目施工管理人员和现场作业人员的高度重视。
3、应急机构的组成
工程项目部成立重大安全事故急救援指挥领导小组，发生较大事故时，领导小组成员迅速到达指定岗位，因特殊情况不能到岗的，由所在单位按指挥机构组成名单排序递补。
应急救援指挥部办公室设在工程项目现场办公室。

施工安全事故应急救援领导小组职责和分工：
1）负责制定和修订本工程项目的“施工安全事故的应急救援预案”。
2）组织应急救援专业队伍，并组织实施和演练。
3）检查督促做好重大事故的预防措施和应急救援的各项准备工作。
4）事故发生时，发布和解除应急救援命令，并组织指挥救援行动。
5）向上级汇报并组织事故调查，总结应急救援工作的经验和教训。
4、救援报警
1）报告事故发生地址。讲清楚事故发生在什么地方，什么路几号、什么路口、附近有什么特征。
2）报告事故类型。说明伤情（病情、火情、案情）和已经采取了什么措施，好让救护人员事先做好急救的准备。
3）说明事故地点的电话或手机号码，以便救护车（消防车、警车）找不到所报地方时，随时用电话通迅联系。基本打完报救电话后，应问接报人员还有什么问题不清楚，如无问题才能挂断电话。通完电话后，要有人留守，并应派人在场外等候接应救护车（消防车、警车），同时把救护车进工地现场的路上障碍及时给予清除，以便救护车到达后能及时进行抢救。
4）如有几部电话和手机，可由数人同时向有关救援单位报警求救，以便让各种救援单位都能以最快的速度到达事故现场。
5、应急响应
安全事故的应急和救援措施应根据事故发生的环境、条件、原因、发展状态和严重程度的不同，而采取相应合理的措施。因此本《应急响应》是安全事故发生后，实施抢救工作和进行事故处理和指导性意见，在实施过程中应根据不同情况随机进行处理。
1）应急程序
A．重大事故的应急响应
首先发现者紧急大声呼救、同时可用手机或对讲机立即报告工地当班负责人→条件许可紧急施救→报告联络有关人员（紧急时立即报警、打求助电话）→成立指挥部（组）→必要时向社会发出救援请求→实施应急救援、上报有关部门、保护事故现场等→善后处理。
B．一般伤害事故的应急响应
首先发现者紧急大声呼救→条件许可紧急施救→报告联络有关人员→实施应急救援、保护事故现场等→事故调查处理。
2）事故应急救援措施的基本要求

A．各有关人员接到报警救援命令后，应迅速到达事故现场。尤其是现场急救人员要在第一时间内到达事故地点，以便能使伤者得到及时、正确的施救。
B．当事故发生后，要立即与工地附近医院联系，要求派遣医务人来工地协助救护，当人员伤害较多或较严重时，应同时立即向120急救中心求救，或立即拨打110等求助有关部门或机构。
C．当医生未到达事故现场之前，急救人员应按照有关救护知识，立即救护伤员，在等待医生救治或送往医院抢救过程中，不要停止和放弃施救。
D．当事故发生后，或发现事故险兆时，应迅速组织疏散无关人员撤离事故现场，积极采取有关措施并组织治安人员设立警戒，不让无关人员进入事故现场，并保证事故现场的救援道路畅通，以便救援的实施。发现事故险兆时，应立即停止作业，采取必要的应急措施后迅速组织人员撤离作业现场，并迅速研究、分析事故险兆的发展，尽可能采取科学有效的措施，避免事故的发生。
E．当发生重、特大事故，如上一级部门应在事故现场建立应急指挥部，专业救援队到达事故现场后，应急救援人员应协助他们进行施救，并服从他们的统一指挥。
6、应急救援预案的演练、评价及修改
工程项目部应经常不定期地对本应急救援预案进行演练，以检验本应急救援预案的效果。演练或事故发生后，应对应急救援预案的实际效果进行评价，并对预案进行及时的修改和完善。
九、方案可行性评估
1、本设计方案经深圳市公安局民用爆炸物品管理部门审批，通过了资深专家评估组安全评估，施工单位符合相应资质、标准。
2、基坑采用中间拉槽、台阶微差松动爆破，电、电－非电起爆方案可行；抗拔桩采用螺旋直孔掏槽，电－非电起爆方案可行。
3、设计方法、设计参数合理。
4、采用3～4层表面覆盖防护可行。
5、基坑采用电爆串联和非电簇联后电雷管引爆的起爆网路；桩采用孔内非电雷管、簇联后电雷管引爆的电－非电起爆网路，此起爆网路可安全准爆。
6、设计中采取的事故预防对策和措施适当可行。
7、本项目的安全等级确定为B级。
十、爆破效果分析
到目前为止，本工程爆破共进行20次振动监测（参见表五），从监测数据及爆破实效看，本爆破设计符合施工实际需要，爆破效果良好，且无飞石逸出现象发生。
表五 爆破振动观测记录报告单汇总
序号
监测日期
监测数据
爆破效果
序号
监测日期
监测数据
爆破效果
1
5月18日
0.277cm/s
良好
11
7月15日
0.560cm/s
优
2
5月23日
0.359cm/s
良好
12
7月20日
0.756cm/s
良好
3
5月30日
0.309cm/s
良好
13
7月25日
0.888cm/s
良好
4
6月05日
0.208cm/s
良好
14
7月30日
0.662cm/s
良好
5
6月11日
0.281cm/s
良好
15
8月05日
0.813cm/s
良好
6
6月16日
0.218cm/s
优
16
8月09日
0.765cm/s
良好
7
6月22日
0.760cm/s
良好
17
8月15日
0.576cm/s
优
8
6月30日
0.988cm/s
良好
18
8月21日
0.827cm/s
良好
9
7月05日
0.912cm/s
良好
19
8月25日
0.745cm/s
良好
10
7月10日
0.860cm/s
良好
20
9月1日
0.565cm/s
良好