复杂环境下的岩石深基坑控制爆破与边壁垂直开挖综合施工技术.doc

复杂环境下的深基坑岩石爆破
及坑壁垂直开挖综合施工技术

1 工程概况
XX大厦位于XX市渝中区CBD核心区，处于XX路与XX路交界处,该工程地上58层,地下5层, 其建筑面积17.86万m2，为XX第一高层。见图1。该工程基坑深21m，开挖面积近1万m2，总开挖量近21万m3。该项目基坑全部为硬质砂岩，基坑开挖边线距轻轨2号线墙边仅约6.6米左右（开挖边线为结构外边线向外100），同时在轻轨与建筑物基坑间又有人
图1 XX大厦效果图
防洞室穿过，其西南侧又与XX大酒店和XX国贸中心超高层建筑相邻，使得周边及地下施工环境变得异常复杂。由于基坑开挖受各种条件的制约，必须要做到垂直开挖，使得基坑开挖施工难度极大。
根据地勘报告，表层填土厚2.0m左右，其余全部为坚硬砂岩，平均天然单轴抗压强度为45Mpa，开挖深度近21.00m，核心筒电梯基坑为27.4m。基底绝对标高为230.00m，（±0.000=250.600）。而轻轨的顶标高为235.41m， 底标高为232.21m。人防洞宽度约
4m，其顶标高不尽一致，平均标高约235m左右。XX大厦周边位置关系见图2。

图2 周边位置关系图
2 施工方案的选择
2.1 基坑开挖方案
根据场区内地层岩性，对于人工填土、粉层粘土可采用挖机直接开挖，近2m深的土层开挖时加宽40cm，用作条石砌筑堡坎。对于砂岩、泥岩的基坑开挖，通常采取爆破方案开挖。而针对该区域的岩石特征及周边的特殊环境和垂直开挖的要求，则必须对开挖方案进行专家论证。根据局部开挖后表现出的岩层特性，认为原地勘报告提供的相关参数较为保守，可进行适当修正。根据地层岩性基本呈水平状态，岩层完整，少许裂隙极不发育，其中并不含裂隙水的客观情况，经专家论证后，可取消原设计的锚杆支护，但要加强相关区域的基坑变形观察。为有效减少爆破开挖产生的水平振动力的影响，达到有效保护保留围岩的目的，决定采用设置减振槽的方法加以解决。该方案由建设单位组织公安、爆破协会、轻轨公司、设计、
监理、施工等相关单位进行论证确定。
2.2轻轨保护方案
由于离轻轨边的距离太小，如何确保轻轨隧道的安全，成为土石方爆破中的最重要最关键的内容之一。为此，由建设单位组织XX市公安部门、XX市爆破协会、XX市轻轨办等单位共同参加的专家论证会，并经共同研究商定，轻轨边线向外50m为保护区，保护区内采用机械切割的方法，不得爆破。离轻轨50m以外可采用浅孔松动爆破。专家论证会见图2。

图2 爆破方案论证会 图3 浅孔松动爆破
2.3人防洞室的保护方案
基坑开挖过程中，人防洞室与基坑相交处局部会被纵向切断，此时人防洞室及轻轨隧道的部分拱脚将被切除，从而形成一个较大的悬臂拱形板，（详下图4），可导致局部人防洞室倒塌，人防洞室的安全又将直接危及到轻轨的安全，因此确保人防洞室的安全又成为土石方开挖过程中的又一重点。为此建设单位又组织了设计单位、爆破协会、爆破施工单位等单位的专家共同研究施工方案。征得人防单位的同意，位于基坑边的人防洞穴，可以用砼堵塞，人防洞穴堵塞后，基坑开挖将不影响轻轨的安全及人防洞室的安全。

图4 基坑、人防洞室、轻轨相对位置剖面示意图
3 土石方爆破方案
3.1施工工艺流程
现场勘察→爆破方案设计→施工准备→机械开挖隔振槽→布孔、钻孔→装药、堵塞、联线→振动监测、覆盖防护、警戒、起爆→爆后检查→爆破效果及监测数据分析→修正设计参数、进行下一道工序→清渣
3.2 浅孔松动爆破
由于相邻炮孔起爆间隔时间很短，致使各炮孔在爆破过程中的能量场相互发生影响而产生一系列良好效果。主要优点有：①可使爆破地震效应和空气冲击波以及飞石作用降低。②爆破后的岩块块度均匀，大块率低。③爆堆形状整齐、集中，利于提高生产效率果。④相应提高了炸药能量的利用率。
这种浅孔松动爆破是利用孔内孔间微差顺序起爆，利用毫秒非电导雷管起爆系统，通过一定的爆破设计和起爆网络联接方式，实现孔内微差的爆破技术，这项技术的使用，可有效地
控制爆破震动的危害。爆破时，一次爆破用药的总量不得超过3Kg。详图3。
3.3 爆破区域的划分
本工程的东南侧临近地下轻轨，距离约6 m左右，按轻轨公司要求，轻轨隧道边向外50米的范围内均为轻轨保护范围。所以靠轻轨的50m的范围内在拟定方案时均采用机械切割岩石，用开岩机破碎；地下室其他部位均可采用爆破作业。而且要求爆破前先完成减振槽的切割，切割区先向下切割至少5米深后再进行爆破，有效地减少了爆破对轻轨的危害。详图5。
离轻轨边50m保护线

爆破区域
切割区域

图5 现场切割区和爆破区域图示
3.4 减振槽的设置
减振槽是在基坑周边采用机械切割的方法，开设的宽度1.5m~3m、深度大于炮孔深度1.5倍的条状形基槽。将爆破区域与保护区域有效隔断，减少爆破振动，达到保护岩体安全的目的。施工时采用机械开挖方式进行分层切割开挖，开岩机配合分段破碎并装运出渣。减振槽的设置如图6。

图6 现场机械切割减振槽
3.5 保护层开挖爆破柔性垫层的使用
保护层开挖一次爆破，是一项成熟的新技术，其主要方法是用手风钻一次钻孔到位，孔底加柔性垫层，一次爆破完成的爆破技术，这样既能保护基面，又减少了作业循环，提高了效率。
3.6 爆破监测
3.6.1本工程基坑四周临近超高层建筑物及地下管网，为防止爆破地震波对周边建（构）筑物影响，按专家组意见，委托了相关专业单位对爆破作业进行监测，并对轻轨、XX、国贸三处设临时监测点。
3.6.2爆破作业前，施工单位组织了建设单位、监理单位等共同对临近的建筑物及设施进行观察，并进行了拍照和摄像，包括原有的建筑物是否有裂缝等现象。爆破前先进行试爆，在试爆时进行监测取得相关数据，并调整好用药量，在爆破过程中不间断监测，建立相关的资料。爆破监测详图7、图8

图7 现场位于国贸爆破监测点图示 图8 现场位于轻轨处爆破监测点图示
4 岩壁基坑垂直开挖的技术措施
4.1 机械切割、岩壁垂直开挖的施工
岩体开挖前，按基坑开挖图测定出开挖边线，预留100mm左右的切割余量，采用机械切割，切割机的导轨需严格按开挖控制线就位，并进行适量微调（内高外低），每切割一皮后，由开岩机配合分段破碎出渣，如此循环进行减振槽的开挖，经复测，效果较好。岩壁垂直开挖效果见图9。

图9 岩壁垂直开挖现场效果图 图10 筏板内岩石开挖方法
4.2 施工测量控制
每次机械切割前，均需对实际开挖面进行测量，实时修正切割线的位置，从而取得较高的控制质量，实现垂直开挖的要求。
5 筏基、桩基、条基的开挖

5.1筏基开挖
由于筏基平面尺寸较大，而基础深度一般在2.6以内，此时可采用分段切割，开岩机进行破碎，分段清理出渣。见图10。而筏板内的电梯井则采用金钢钻抽取岩芯成孔。
5.2桩基开抗
桩基尺寸一般在2.8m以内，此时只能采用金钢钻沿周边抽取岩芯，每皮深500mm。中部采用机械破碎或人工用大锤振裂后出渣。见图11。
5.3条基开挖
对于墙下条基，只能采用机械切割的方式进行，后由开岩机破碎或人工打钢钎振裂的方式出渣。见图12。
机械切槽

图11 桩基机械钻孔抽芯成孔图 图12 墙下条基机械切割成槽图
6 爆破作业安全注意事项
6.1 爆破作业及爆破器材使用均应严格遵守现行《爆破安全规程》和《民用爆炸物品管理条例》的相关规定。
6.2 爆破设计必须由具有相应资质的人员设计，爆破作业必须由公安部门培训合格的爆破人员 和安全人员实施，操作人员必须做到持证上岗。
6.3 减振槽沿开挖边线采用时，机械开挖深度必须大于炮孔深度1.5倍，宽度可控制在1.5~3m。，通过振动监测进行动态信息化管理，随时调整爆破参数，将爆破振动控制在允许标准以内，最大限度地减小爆破振动的影响。

6.4 计算药量及装药量必须精克，做好爆破区的覆盖工儿，杜绝爆破飞石伤人。
6.5 现场必须设置警戒线，非爆破人员严禁进入施工现场，施工人员必须佩戴安全帽。现场禁止吸烟，杜绝明火，做好炸药库房的防火、防爆工作。
7 人防洞室的堵塞措施
7.1 处理方案的选择
为避免人防洞室出现意外现象，人防洞室处沿基坑边纵向16m、横向6m的范围内暂不切割，形成后开挖区。后开挖区的保留，可以承受人防洞室及轻轨隧道形成的压力，如图10所示的虚线范围内为后开挖区。后开挖区以外的土石方仍继续开挖，待人防洞室内全部用砼填完并且达到一定强度后方可开挖。
人防洞室位置
后开挖区域

图10 人防洞室后开挖区域示意图章
7.2 洞室填堵施工
7.2.1 洞室空间的测定
根据人防办提供的人防洞穴的顶标高约在235m左右，经研究决定，在开挖至标高238m左右时，先局部开出探孔，对人防洞室内部进行实地测量，测出洞室内部空间尺寸、走向，为堵塞方案的确定提供依据。
7.2.2 毛石混凝土的填充施工
首先对洞室内壁进行处理，尤其是洞顶的毛边需人工打凿，将顶壁分段处理，使各区段内
略形成坡状。
洞室内每4m左右分段砌筑800mm左右厚的毛石墙，每次砌筑高度500左右。采用泵送混凝土，由内向外分段浇筑。各段内每次浇筑300左右厚的混凝土，安排专人抛掷30％混凝土量的毛石（就地取材并振捣密实。
7.2.3洞室顶部空隙的处理
各段内余高在0.5m左右时改为压力灌注混凝土。
各区段的位置用机械钻孔的方式布置灌注孔与排气孔，见图11。压力灌注孔可通过测量布置在洞顶较高的一侧。灌注孔上用膨胀螺栓将泵管与输送泵进行连接，将泵送压力调至0.4MPa后实施压力灌注，待排气孔内的浆液充满时，维持压力半小时左右后停止灌注。灌注的混凝土采用C25细石混凝土，内掺水泥含量10％的ZY型膨胀剂，以减少后期收缩量。
机械钻孔
灌注孔

图11 灌注孔的布置图
8 应用效果
8.1 安全稳定可靠，经济效益显著
采用设置减振槽的方法，在实施爆破时有效地保护了保留岩体的稳定性。岩壁的垂直开挖，较留置工作面减少石方开挖量8400m3。采用松动爆破则增加了爆破施工的安全性及爆破效果，较静态爆破节约成本330元/m3，较人工凿打节约成本380元/m3，在施工进度上，是静态爆破的8倍，人工凿打的20倍。该项目已于2009年12月25日完成了基坑开挖，整个施工过程安全，较计划工期提前26天。

8.2 应用前景广阔
在松动爆破时设置减振槽，可广泛应用于各种石方的开挖，特别是对城镇复杂的周边环境、建筑物基础临近、基槽、文物保护区域、软弱岩体等石方的开挖更加适用，应用前景广阔。
结束语
XX大厦由于临近超高层建筑、轻轨隧道、人防洞室及市政干道，施工环境复杂。直壁开挖又大大增加了施工难度。通过前期的科学论证，采用松动爆破与设置减振槽相结合的施工方法，保证了岩石深基坑的垂直开挖；通过设置探孔，查清内部走向，采用分层填筑和压力灌注的方法，成功进行人防洞室的封堵，确保了人防及轻轨隧道的安全。为复杂环境下岩石深基坑的垂直开挖及洞室的处理提供了成功的范例。