深圳地铁深基坑微振动及压渣控制爆破技术应用

深圳地铁深基坑微振动及压渣控制爆破技术应用

李建强 吴 祥 包高强

摘 要 因考虑地铁的城市功能和线路规划，站址多设置在人群密集及商业区附近，周边既

有建筑物、管线、交通道路占很大的比重，在深圳地铁7号线西丽湖站深基坑岩石开挖施工中，静力开挖法既不满足施工强度需要，且施工噪声对周边居民正常生活造成干扰，综合微振动及压渣控制爆破技术，并采取合理的开挖方法，使爆破震动得到有效控制，杜绝了爆破飞石及扬尘、爆破冲击波及噪声，实现了安全生产及减少扰民的控制目标。

关键词 地铁深基坑 微振动 压渣爆破 1 工程概况

深圳市7号地铁线西丽湖站车站位于南山区丽水路上，为明挖地下岛式车站，车站主体东段北侧紧邻深圳市野生动物园、西端南侧紧邻西湖林语名苑小区及商铺，最近距离约12～13m，西端位于丽水路及丽山路交叉口，前期已对附近电力、电信、燃气等地下管线进行拆移，并对污水井采取了保护措施。西丽站基坑周边环境见图1。

图1 西丽站基坑周边环境示意图

基坑深度约17.6m，土石方开挖总量约215600m，其中石方开挖总量约24800m，需开挖的中～微风化岩层厚度约为3～16m，主要集中分布在车站西段。车站西端盾构始发井部位石方开挖比较集中，其开挖长度25.43m，开挖宽度2.38～28.8m，石方开挖量约9000m，为主要石方钻爆区域。石方开挖以微风化岩为主，夹杂少量中风化岩。微风化花岗岩岩体

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呈块状、巨块状，节理裂隙较发育，岩石抗压强度在85MPa～119MPa，为坚硬岩，岩石出露呈西南略高、东北略低趋势。 2 方案选择 2.1 技术难点

（1）车站主体部分长295.45m，宽19.4m，最大开挖深度19.1m，属于深基坑土石方开挖，临近有支挡结构及土方开挖施工，存在施工干扰。

（2）前期征地等相关问题，导致车站土石方开挖工期紧张，其中盾构始发井部位石方月强度约达到8000m/月，在复杂爆破作业环境条件下，施工难度大。

（3）爆破区西湖林语名苑小区及商铺，距离盾构始发井最近约12～13m，且临近有混凝土连续墙及支挡结构，盾构始发井西侧附近道路车辆及人流量较大且不能阻断交通，对爆破震动及飞石、爆破冲击波及噪声、爆破烟尘等控制要求严格。

（4）盾构端头井附近为微风化花岗岩，爆破质点振动速度衰減慢、传播远。 2.2 方案选择 2.2.1 静力开挖方法

静力开挖包括静态破碎剂开挖、液压钻钻导向孔后液压锤破碎法和旋挖机直接开挖法，但工效低且不满足施工强度需要，且液压锤破碎期间，施工噪声过大，干扰居民正常生活，不推荐使用。

2.2.2 微振动及压渣控制爆破技术

拟采用微振动及压渣控制爆破技术，并辅助创建先锋槽、布置减震孔及光面爆破等技术措施，进行车站深基坑石方开挖，该方法安全可靠、环保且能满足施工质量及施工强度需要。 3 爆破安全控制标准 3.1 爆破振动速度控制标准

参照《爆破安全规程》GB6722-2003，对于钢筋混凝土结构房屋，频率范围在10Hz以下时，安全允许振速为3.0～4.0cm/s；频率范围在10～50Hz时，安全允许振速为3.5～4.5cm/s；频率范围在50～100Hz时，安全允许振速为4.2～5.0cm/s。

考虑爆破施工不能影响周边居民正常生活，且避免爆破震动对房屋装修结构产生不利影响，经深圳市公安局、深圳市工程爆破协会审定，爆破安全允许振速按不大于1.0cm/s控制。 3.2 爆破飞石、爆破冲击波及噪声控制标准

石方开挖区位于城市繁华地段，周边分布有高层居民楼、城市道路、商铺、动物园等建筑设施，石方开挖期间，不得产生爆破飞石、超标爆破冲击波超压及噪声。

依据《爆破安全规程》GB6722-2003，空气冲击波超压值的安全允许标准：对人员为0.02×10Pa；参照声环境质量标准GB3096-2008规定，按2 类声环境功能区控制，其噪声按昼间60dB、夜间50dB控制，为此夜间不进行钻爆作业。 4 核心技术

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4.1 微振动控制爆破技术原理

针对软弱围岩隧道施工，如何保护隧道围岩稳定、不受或少受破坏，铁道部爆破工作者提出了微振动爆破的概念。微振动控制爆破技术是综合爆源能量分散原理及微差起爆技术的应用，在总装药量不变的情况下，通过多打孔，单孔少装药和采用毫秒微差顺序起爆技术，使爆破地震波能量在时空上分散，有效降低和减弱爆破地震波的强度。 4.2 压渣爆破技术

在爆破飞石安全防护方面，一般采用控制最小抵抗线方向、严格控制爆破孔封堵长度及封堵质量、爆破面采用钢丝胶片+钢丝网覆盖等方法，但作业工序繁琐，且不能完全消除爆破产生的烟尘、冲击波及噪声等环境影响，如采用环保清洁爆破专利技术，对大量石方爆破开挖而言，施工成本高，且仍存在爆破飞石风险。

采用压渣防护技术优点如下:第一，就地取材，可充分利用附近开挖土石方，利用反铲进行压渣覆盖，施工效率高；第二，爆破面压渣后，相对增加了封堵长度，不但杜绝了爆破飞石，而且还使炸药的爆炸能量完全作用于岩体破碎，增加了爆破孔利用率，基本消除了炮根；第三，在压渣条件下，覆土消除了爆破烟尘、爆破冲击波超压及噪声，达到了环保施工，尤其适合城市及复杂爆破环境下的爆破施工。 5 爆破试验

5.1 最大单段爆破药量计算

爆破作业过程中，主要的保护对象为西湖林语和深圳大学城清华大学园区，依据爆破振动安全允许距离计算式：

?K?. R???Q?V?131a式中：R——爆破震动安全允许距离，单位为m；

Q——炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，单位为kg； V——保护对象所在地质点振动安全允许速度，单位为cm/s；

K、a——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按经验值选取或通过现场试验确定。

依据上述公式，初步选取的允许最大单段爆破药量Qmax为

Qmax?R.?3?V?

??K?3a针对临近的西湖林语、深圳大学城清华大学园区等居民楼，选取V=V允=1.0cm/s。 参照深圳市地区类似工程地质爆破检测成果，K＝143.17，a＝1.79，首先按此进行爆破试验相关参数计算，允许的最大单段药量值Qmax见表1。

表1 允许最大单段药量值Qmax计算表 R（m） V（cm/s） K a Qmax（kg） 10 12 15 20 30 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 143.17 143.17 143.17 143.17 143.17 1.79 1.79 1.79 1.79 1.79 0.24 0.42 0.82 1.95 6.58 5.2 爆破试验

试验区选择在西丽湖站盾构始发井设计终点里程基坑中部，共进行了两次爆破试验，试验区中心距离西湖林语小区建筑最近距离21m，钻孔采用YT28手风钻，钻孔直径42mm，炸药规格为乳化Φ32mm@200mm×200g，试验情况如下。 5.2.1 第一次爆破试验

表2 第一次浅孔台阶爆破试验 孔深m 1.5～1.8 堵塞长度m 1.1～1.3 孔距m 0.9 单孔药量kg 0.4～0.5 排距m 0.8 孔数个 39 钻孔倾角o 90 总药量kg 19 装药长度m 0.4～0.5 单耗kg/m 0.35 3安全防护：采用孔口双层砂袋+单层橡胶被服+1.2～1.5m粘土的覆盖方式。 爆破效果：距爆心水平距离8m处，爆破质点振动速度0.39cm/s；20m处，爆破质点振动速度0.25cm/s，27m以外未触发（振动速度小于0.1cm/s）。爆破现场无飞石、无炮烟，无爆破冲击波及噪声，爆破孔孔底岩体破碎，无炮根。 5.2.2第二次爆破试验

表3 第二次浅孔台阶爆破试验 孔深m 1.5～1.8 堵塞长度m 1.1～1.2 孔距m 0.8 单孔药量kg 0.4～0.6 排距m 0.8 孔数个 43 钻孔倾角o 90 总药量kg 21 装药长度m 0.4～0.6 单耗kg/m 0.42 3安全防护方式：采用孔口单层砂袋+单层橡胶被服+1.2～1.5m粘土的覆盖方式。 爆破效果：距爆心水平距离30m处，爆破质点振动速度0.22cm/s，其余未触发（振动速度小于0.1cm/s），无飞石、但个别孔有覆土上冲及少量炮烟溢出，无爆破冲击波及噪声，局部遗留有炮根。

5.3 爆破网络设计及爆破效果分析

为监测爆破质点振动速度及进行爆破质点振动速度衰减规律研究，现场共布置了6个监测点。爆破采用孔外延期、孔内延时的非电微差顺序起爆网络，每4～5孔为一组，每组采用Ms1、Ms3、Ms5、Ms7、Ms9段非电导爆管孔内延时，除第一组直接采用电雷管激发外，其它组之间均采用Ms11段孔外串接延期，顺序起爆，从两次爆破试验效果分析，爆破质点振动速度值较小，均满足爆破安全控制要求。