1、五一广场站土方爆破开挖案例1、前言城市轨道交通建设是现目前城市发展的一项重要的基础建设，具有施工条件复杂、施工工期短、受环境影响较大的特点。五一广场站位于长沙市中心，五一大道与黄兴中路方向的十字交叉口，地理位置十分重要。该站点工程地质条件，基坑开挖深度大，且约有57米的岩层，给土方施工带来极大压力。经各方研究讨论决定，采用松动爆破进行对岩层的开挖。2、工法特点2.1 本工法施工速度快，针对城市建市施工工期压力大的特点，可以有效地缩减施工时间。2.2 减少对城市环境干扰，相对于机械破碎而言，该工法无论从噪音影响及扬尘方面，都可以最大限度缩减持续环境干扰。3.3 设备投入少，施工操作简便、速度快、2、施工效率高。3.4 周围环境较复杂，施工安全防护是重点。3、适用范围本工法适用于土石方爆破开挖施工。4、施工工艺流程及技术要点4.1工艺流程 根据在类似基坑爆破施工中所采用钻爆参数进行设计，然后进行试爆，通过试爆进行振速监测，调整爆破参数直至爆破效果满足设计要求、振速满足安全标准，爆破设计方法流程图如图4.1-1所示。图4.1-1 钻爆设计方法流程图4.2 技术要点4.2.1 炮孔布置(1)垂直炮孔布置中已开挖区10001000100010001000100010001000100010001/2基坑宽1000500预裂孔连续墙HH型钢柱炮孔500100由于基坑中间有型钢柱，基坑主体分南北两幅3、爆破。每次爆破34排孔，炮孔排列方式采用矩形或梅花形布置(图4.2.1-1)，采用小台阶式垂直钻孔爆破法，每次台阶高3m左右。图4.2.1-1 主炮孔布置示意图(2)水平炮孔布置由于爆破点周围环境复杂，为防止爆破飞石，本工程炮孔布置宜采用水平钻孔，每次以3至4排炮孔，最上面一排炮孔距顶面不少于1.5m。4.2.2 炮孔参数确定(1)垂直炮孔参数确定炮孔直径(d)钻孔可选用风动凿岩机设备，孔径为3642mm。炸药选用2#岩石改性铵油炸药或乳化炸药，药卷直径为32mm。炮孔深度和超深炮孔深度(L)按下式确定：L = H + L3式中：L炮孔深度，m；H台阶高度，m；L3超深，m。浅孔台阶爆破的台阶4、高度(H)一般不超过3m。超深(L3)一般取台阶高度的10% 15%，硬质岩石取大值，反之取小值。L3 =(0.100.15)H最小抵抗线(W)：W=(2535)d=0.50.7m孔距(a)：a=(1.02.0)W，a=0.71.4m。列距(b)：b=(0.81.0)a，b=0.71.2m；单孔装药量(Q)：Q=Vq式中：V为单位体积，m3，V=abH；q为单位用药量，kg/m3，q=(0.40.6)kg/m3。如a取1.2m、b取1.2m、H取3.0m、q取0.4kg/m3时，则单孔装药量Q=2.0kg。不同台阶高度的参数见表4.2.2-1所示。表4.2.2-1 不同台阶高度的参数段高超深孔5、深孔距排距堵塞装药单孔药量H/mL3/mL/ma/mb/mL1(m)L2(m)Q (Kg)1.50.151.651.01.00.850.800.82.00.202.201.01.01.101.101.12.50.252.751.21.21.251.501.53.00.303.301.21.21.302.002.0(2)水平炮孔参数确定炮孔直径(d)：孔径为3642mm。炸药选用2#岩石乳化炸药，药卷直径为32mm。炮孔深度和超深：炮孔深度L=23m； 最小抵抗线(W)：W=(2535)d=0.50.7m孔距(a)：a=1.0m。列距(b)：b=1.0m；单孔装药量(Q)：Q=Vq式中：V为单位6、体积，m3，V=abH；q为单位用药量，kg/m3，q=0.40.6kg/m3。如a取1.0m、b取1.0m、H取2.5m、q取0.5kg/m3时，则单孔装药量Q1.2kg。装药长1.2m，堵塞长1.3m。4.2.3 爆破网路设计根据岩石的性质，裂隙发育程度的结构特点以及爆破规模，为了改善爆破破碎质量，降低炸药消耗，减少爆破地震效应，拟采用微差爆破方式，因每个台阶只有向上和朝向最小抵线方向两个自由面，故选用排间微差起爆方式，必要时亦可采用孔间微差起爆方式。(1)微差间隔时间的确定微差爆破的合理时间间隔，应以达到形成新自由面的时间最合理，破碎质量最佳，减震效果好为原则，微差间隔时间由下式确定：式7、中：W0底盘抵抗线，f岩石坚固系数f=810。根据大量工程爆破经验和理论研究成果，同时考虑到我国现有延期雷管的分段情况，微差间隔时间通常取50150ms。本工程选用：孔间微差间隔时间为50110ms(MS3或MS5)。(2)起爆顺序形式起爆顺序分为排间微差起爆，对角线微差起爆，V形微差起爆及混合形式微差起爆。对角线起爆顺序改变了炮孔爆破的间隔与排距变为小抵抗线宽孔距爆破，块度较小，爆破比较集中，而且余向起爆减少了后冲作用，有利于保护未爆区域的基岩完整性。V形起爆前排爆破为后排创造了较长的且方向斜变的自由石，与同排依次起爆相比，加大了爆破的孔距，减小了排距，并且左右两侧岩石运动速度方向相交，有利8、于爆落岩石的相互碰撞，从而减小了块度，可使爆破集中。本次爆破工程采用对角线微差顺序起爆及V形微差顺序起爆为主的方式，如图4.2.3-1所示。(3)孔间微差起爆的网路设计对本次重点保护目标，药包需单个起爆，即孔间微差起爆。实施孔间微差起爆时，采用孔内延时和孔外延时相结合的方式，为了保证先爆装药不破坏后爆孔网路，采用孔外低段别导爆管雷管，孔内高段别导爆管雷管的设计，并满足下列设计。图4.2.3-1 起爆顺序示意图21613249孔内ms9(310ms)孔外ms3(50ms)1011232215141920211312678181754其网路连接形式如图4.2.3-2a所示，也可采用图4.2.3-29、b所示。图4.2.3-2a 孔间微差爆破网路示意图Ms9Ms3Ms9Ms3Ms9s9Ms3Ms99Ms33Ms9Ms3Ms9Ms3图4.2.3-2b 孔间微差爆破网络示意图4.2.4施工要点控制(1)钻孔深度的控制为了实现钻、爆、运循环作业和连续施工，钻孔深度取1.53.0m。(2)钻孔精度的控制钻孔孔位精度：钻孔作业应尽可能地按爆破设计的炮孔间距和排距钻孔，在实际钻孔时，由于受地形、地质等因素的影响，不能完全准确地按设计的位置钻孔，但是，为了保证爆破效果，钻孔孔位误差为20cm，对于一些不能按设计钻孔的炮位，应适当地前后左右移动，不能轻易地取消炮孔。必须严格地控制孔位精度，否则，不仅爆破效果10、不好，还将有根坎，对下一层钻爆作业十分不利。钻孔角度的精度：为了控制爆破飞石，改善爆破效果，有时设计斜孔，一般倾斜角度为7585度，在钻孔作业时，对于倾斜的炮孔应按设计的角度钻孔，特别是同一排炮孔，倾斜角度的误差不能大于1.5度。钻孔深度的精度：无论是一次性爆破，还是分层爆破，钻孔孔深(包括超钻)是十分重要的，深度不够，爆破效果就不好，炸不到设计的深度，使下一层钻爆作业十分困难，因此必须严格控制钻孔深度，一般误差不应大于30 cm。对于个别的堵孔、卡孔现象，应作好处理工作，用炮棍捣通或用高压风管吹通，否则，应重新补孔。钻孔数量：在进行明挖基坑浅孔爆破，一般不允许大规模大吨位的爆破，但是，为了减11、少放炮时对周围的干扰，应尽可能地减少爆破次数，一般一次爆破的炮孔数为2050个。(3)钻孔技术钻孔平台的修建对于分层台阶式爆破平台，应根据设计的爆破梯段，从上到下逐层修建，上层爆破后为下层平台的修建创造了条件，上一层的下平台是下一层的上平台，因此，每一层的爆破，都应对钻孔进行严格的控制，为下一层的钻爆作业创造良好的条件。钻孔技术钻孔质量标准：孔位、孔深、角度符合爆破设计的要求，误差在允许的范围内；孔口完整、孔壁光滑、孔身直顺。钻孔要领：作业手应掌握钻机的操作要领，熟悉和了解设备的性能、构造原理及使用注意事项，有熟练的操作技术，并掌握不同性质岩石的钻凿规律。钻孔技术：孔口开好后，进入正常钻孔时，12、也应掌握一定的技术。对于硬岩：应选用高质量高硬度的钻头，送全风加全压，但转速不能过高，防止损坏钻石；对于软岩：应选全风加半压，慢打钻，排净碴，每进1.01.5m提钻孔吹一次，防止孔底积碴过多而卡孔；对于风化破碎层：应风量小压力轻，勤吹风勤护孔。(4)装药与堵塞装药每个孔口应由专人负责，记录装入各孔的炸药品种和数量，并与设计数量核对无误后，再填卡、签字或盖章，交爆破负责人；装药前应与当地气象、及时掌握气象资料尽量选择晴天进行装药填塞；装药工作，应在爆破技术人员指导下进行。堵塞堵塞开始前，应根据设计要求备足填塞材料，堆放在孔口附近；装药完毕后，孔口采用沙土细料充填，顶部不留空隙；堵塞时，应有专人负13、责检查督促堵塞质量。4.2.5 盲炮的检查和处理在爆破工作中，由于各种原因造成雷管、导爆管起爆能力不足或瞎火使炸药的部分或全部未爆炸的现象叫做盲炮。爆破中发生盲炮，不仅影响爆破效果，而且在处理盲炮时有着较大的危害性。如果未能及时发现或处理不当，将会造成事故。因此，必须掌握发生盲炮的原因，以便采取有效的防护措施和安全处理方案。(1)检查产生盲炮的原因、盲炮产生原因包括由于爆破材料内的缺陷，炸药逾期过久，受潮失效；在炮孔装药或回填堵塞过程中，炸药与雷管分离而未被发现；导爆管线路受到损坏断路；炮孔孔内有水，或防水处理不当，药包和雷管受潮失效。(2)盲炮的处理方法发现盲炮应及时处理，处理方法要确保安全14、，并力求简单有效。不能及时处理的盲炮，应在其附近设置明显标志，并采取相应措施，对于难处理的盲炮，应在爆破技术负责人的指导下进行。处理盲炮时设立警戒标志，划分警戒范围，禁止无关人员进行现场或在附近做其他工作，对清理出的残余未爆材料应销毁或送公安部门指定的仓库，盲炮处理后，方可撤去警戒标志，进行施工作业。发现炮孔的主要方法是靠一听，二看，三判断；发现炮孔外的导爆管不合要求，经更换后，方可重新起爆；当炮孔不深时，可以用裸露爆破处理；如炮孔较深时，可用木制或竹制工具，小心将炮孔上部的填塞物掏出，而后取出雷管，如是销毁炸药可用水销毁；距炮孔旁一定距离处钻一平行炮孔，然后装药起爆销毁原盲炮，钻入一木制炮棍15、作为炮孔方向的标志；如炮孔底还有剩药，可以在原炮孔内重新加药起爆；在处理盲炮时，不准把带有雷管的药包从炮孔内拉出来。4.2.6 爆破地震对周围建筑的危害分析及计算爆破对周围建筑物结构的危害主要是由爆破地震所产生的，只要对爆源的大小和传播途径两个方面采取相应措施，可有效地将爆破地震对周围建筑的危害降低到最低。(1)爆破地震波安全校核依据按照爆破安全规程(GB6722-2003)中规定：爆破振动安全速度的经验公式为：最大段允许装药量Qmax式中：R为爆破振动安全允许距离，m；Qmax齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg；Vmax为保护对象所在地质点振动安全允许速度(表4.2.6-1)，c16、m/s；K、为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，可按爆破安全规程中有关规定选取(见表4.2.6-2)：本工程中可中硬岩石：K取150250、取1.51.8，或者通过现场试验确定。表4.2.6-1 爆破振动安全允许标准序号保护对象类别安全允许振速(cm/s)10Hz10Hz50Hz50Hz100Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋0.51.00.71.21.11.52一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物2.02.52.32.82.73.03钢筋混凝土结构3.04.03.54.54.25.04一般古建筑与古迹0.10.30.20.40.30.55交通隧道10206新浇大体积混凝土17、7.012按上表第二项“非抗震的大型砌块建筑物”的抗震能力V=2.32.8cm/s、第三项“钢筋混凝土结构房屋”的抗震能力V=3.54.5cm/s和第五项“交通隧道1020”进行校核。表4.2.6-2爆区不同岩性的K、值岩性K坚硬岩石501501.31.5中硬岩石1502501.51.8软岩石2503501.82.0本车站建筑及周边建筑防震列度为6度，相应允许地面质点振动速度35cm/s，见表4.2.6-3所示。表4.2.6-3建筑物抗震烈度与相应地面质点振动速度的关系建筑物设计抗震烈度( )567允许地面质点振动速度(cm/s)233558 (2)防止爆破地震对周围建筑的危害措施为减弱地震对18、楼房及连续墙的影响，本工程爆破必须控制同段起爆药量和段别间隔时差，防止其震动波的叠加。微差爆破减震：微差爆破其基本原理是将原先集中药包一次起爆改为分段延时起爆或单个起爆，减少了一次齐爆药量，这样就降低了爆破振动的幅值，大幅度地削弱了地震波强度。本工程每炮孔之间时差不少于50ms。预裂爆破减震：预裂爆破使爆区与被保护区之间形成具有一定宽度和长度的裂隙，可有效地阻止爆破震波向被保护区传播，振速可减少约15%。创造临空面：合理安排爆破工作面，根据地形条件，充分利用临空面。台阶爆破推进方向，如从西向东，爆破方向朝向西侧，减少基坑两侧的飞石。4.2.6 连续墙最小保护距离计算炮孔起爆时所产生的影响范围主19、要是炸药爆炸产生的压缩圈和裂隙圈，连续墙最小保护距离应大于炮孔爆破裂隙圈半径。(1)压缩圈半径Ry的计算公式如下：Ry=0.62(Q/)1/3式中：压缩系数，对微风化岩取10； Q集中药包药量，吨，一般地，Q=200g300g； 装药密度，吨/立方米，这里取1吨/立方米。计算结果，压缩圈半径Ry= 89cm，小于15cm(2)裂隙圈半径Rr浅孔爆破：Rr=15r (式中r为药包半径)=15(3.22)=24cm。中深孔爆破：Rr=15r=15(7.02)=52cm。用中深孔在离连续墙52cm处钻孔爆破时，对连续墙不会造成破坏。4.2.7 爆破飞石(1)台阶深孔爆破的飞石距离 计算一：个别飞石可20、由Lundborg公式计算:Rf=qd式中：q为炸药单耗，q=0.40.6 kg；d为炮孔直径，中深孔爆破取90。计算得：Rf=36.054.0m。计算二：孔径公式飞石飞散距离与飞石的初始飞散速度有很大关系,而其初始飞散速度与装药量关系很大,装药量与孔径关系密切,因此部分爆破工作者用孔径来衡量飞散距离,主要有以下相关的计算公式。瑞典德汤尼克公式:Rf=KqD式中：Kq为安全系数, Kq =40；D为炮孔直径，in(英寸)。计算得：Rf=140m。该公式中,炮孔直径是以in为单位,而我们在进行工程作业时多以mm为单位标称炮孔直径,需要进行单位换算(1in= 25.4mm),如果炮孔直径单位为mm21、,Kq取1.57；如果炮孔直径单位为cm,Kq取15.7。该式适用于单位炸药消耗量达到0.5kgm3的爆破条件。正常台阶爆破的飞石一般不会太远(不会超过计算一)。由于填塞长度过小或最小抵抗线过小而形成爆破漏斗效应，以及岩石中含有软弱夹层，或梯段深孔爆破由于过量装药、穿孔位置错误、工作面局部超挖、介质不均匀性、岩体有薄弱面、起爆顺序错误等种种原因，个别飞石距离可能大于100m。为此五一广场站基坑爆破必须采取严格的防护措施。(2)控制飞石措施设计合理，炮孔位置测量验收严格，是控制飞散物事故的关键。装药前应认真校核各药包的最小抵抗线，如有变化，必须修正装药量，不准超装药量。设计施工中，要注意避免药包22、位于岩石较弱夹层或基础的接打面，以免从这些薄弱面冲出飞散物。慎重对待断面、软弱带、张开裂隙、成组发育的节理、溶洞、采空区、覆盖层等地质构造，采取间隔填塞、调整药量、避免过量装药等措施。处理好有水孔，加强堵塞，保证良好的堵塞质量。堵塞长度不够或堵塞质量不好，特别是有水炮孔，势必造成冲炮，出现大量飞石。表面覆盖防护：炮孔装药完成后，炮区表面整体覆盖每个炮孔口用一个砂袋压住，然后表面盖上一层6mm厚钢板，再在其上用砂袋均匀覆盖一层，单个砂袋重量不小于20kg，如图4.2.7-1所示。图5.2.7-1 表面覆盖防护示意图空中隔离防护采取表面覆盖防护措施后，为防止仍有个别飞石逸出，还须采取隔离防护。基坑23、爆破的作业面均低于地表，深入地下，根据现场施工实际条件，可采取空中隔离防护方法。基坑有钢结构横向支撑，爆破时可利用此便利条件，设置空中隔离防护，将爆区上空完全封盖。具体做法：利用基坑横向钢支撑，其上铺设盖板(盖板由2.5mm厚钢板为主，周边用角钢焊接加强，24m左右大小)，盖板上铺满木板，图5.2.7-2基坑空中隔离防护示意图最后用砂袋压住。平常施工时拉开几张盖板，作为通道，爆破时再盖好。增加保护效果，控制飞石，如图5.2.7-2所示。5、材料与设备本工程投入的主要机械设备及材料见表5-1。表5-1 主要爆破钻孔机械设备序号机械或设备名称型号规格产地单位数量生产能力用途1挖掘机KOTO082024、加腾台3良好2气脚式凿岩机7655型沈阳台10良好钻孔3电动空压机20m3台2良好钻孔4移动空压机12m3柳州台2良好钻孔5露天潜孔钻车KY100型浙江台1良好钻孔6欧姆表205-1型部4良好测量7起爆器CHA-500型湘西部2良好爆破8导电线衡阳M100010以下爆破9非电击发器CCH型个20良好爆破10全站仪索加SET2100日本部1良好测量11经伟仪DJD2型部1良好测量12爆破振动测试仪IDTS2850部4良好测震6、质量控制6.1工程质量控制标准本工法采用的质量标准是土方与爆破工程施工及验收规范GBJ20183；工程爆破实用手册。6.2质量保证措施6.2.1钻孔质量保证钻孔质量直接影25、响爆破质量、爆破安全。按设计并依据测量数据、最小抵抗线大小等确定孔网参数与孔位。炮孔位置、方向和深度等须符合设计要求。具体要求为“准、正、平、直、齐”。“准”指钻孔要准确地钻在设计的孔上；“正”指钻孔方向要正确，不能歪斜；“平”指各炮孔应互相平行；“直”指各孔要钻的直，不能屈折；“齐”指各孔均要钻凿到设计孔深，孔底应落在同一平面上。6.2.2装药质量保证按设计并结合实际情况确定每孔的总装药量。装药时如发现孔位及抵抗线有所改变，应及时调整药量。6.2.3堵塞质量保证不但要求足够的堵塞长度，而且要保证堵塞质量。堵塞前先检查装药情况。如发现一场及时与爆破技术人员联系，以便采取措施。堵塞长度与最小抵抗26、线、钻孔直径和爆区环境有关，一般取0.30.4m或大于最小抵抗线。6.2.4爆破网路连接质量保证本次爆破采用复式导爆管起爆网路，敷设导爆管爆破网路时应注意的问题。导爆管一旦被截断，端头一定要密封，以防止受潮、进水及其他小颗粒堵塞管腔。可用火柴烧熔导爆管端头，然后用手捏紧即可。再使用时，把端头剪去约l0cm，以防止端头密封不严受潮失效。如导爆管需接长时，首先将导爆管密封头剪掉，然后将两根导爆管插入塑料套管中同心相对，并在套管外用胶布绑紧。绝对禁止将导爆管搭接传爆。导爆管、导爆管雷管在使用前必须进行认真的外观检查。发现导爆管破裂、折断、压扁、变形或管腔存留异物，均应剪断去掉，然后用套管对接。如果导27、爆管雷管的卡口塞处导爆管松动，则会造成起爆不可靠，延时时间不准确，应将其作为废品处理。导爆管网路中不得有死结，孔内不得有接头，孔外传爆雷管之间应留有足够的间距。用于同一工作面的导爆管必须是同厂同批号产品。为了防止雷管聚能穴产生的高速聚能射流提前切断尚未传爆的导爆管，应将起爆雷管或传爆雷管反向布置，即将雷管聚能穴指向与导爆管的传爆方向相反的方向。雷管应捆绑在距导爆管端头大于l0cm的位置，导爆管应均匀地敷设在雷管周围，并用胶布等捆扎牢固。需要指出的是，从起爆和传爆强度的角度考虑，正向布置起爆雷管比反向布置更合理。如果证向布置起爆雷管，必须采取防止聚能穴炸断导爆管的有效措施。7、安全措施7.1制定28、火工材料管理制度，并贯彻执行。7.2在全面熟悉设计文件和图纸的基础上，进行现场核对和检查，进行爆破设计。7.3与当地公安部门联系，并审查批准爆破设计方案。7.4爆破施工时，指派有一定爆破经验的爆破安全员专项负责，并按以下要点操作：爆破材料有关要求存放和专人保管看守。严格领取爆破材料的手续。已装置炸药的炮孔必须按规定长度堵塞，并保证堵塞质量。对瞎炮严格按爆破规程处理。爆破时人员撤离安全区，对危险区进行警戒，严禁人畜、车辆进入。每次爆破影响范围设立明显的警示标志，安全警戒人员和作业人员必须佩戴安全帽和袖标。爆破完成检查无误后，方可开通道路。8、环保措施8.1凡对环境有污染的废物，如生产垃圾、废弃材29、料等，必须征得建设单位和当地环保部门的同意后，在指定的地点排放、堆放、掩埋或销毁，不得污染当地水源和环境。 8.2注意夜间施工噪音对居民的影响，必须在夜间从事有噪音污染的施工，应先发安民告示，取得当地居民的同意后，方可进行施工。 8.3工程完工后，认真组织清理施工现场，拆除临时建筑，做到完工时料尽场清。8.4搞好降尘、防尘及保护环境工作。9、效益分析9.1社会效益采用本工法能缩短施工工期，满足业主对工期的要求。因周边为商业繁华区，本工法施工过程使用炮机等机械解体时间少，可减少噪音影响，同时也最大限度的减少了扬尘。9.2经济效益本工法投入机械设备少，施工时间短，能大大加快施工进度，经济效益显著。30、10、应用实例长沙地铁2号线一期工程土建SG-6标段位于五一广场的五一大道与黄兴中路交叉处，包括地铁二号线五一广场站和地铁一号线五一广场站及1#和2#两线的部分联络线三部分。根据建设单位长沙市轨道交通集团有限公司和施工单位中铁十二局建设集团有限公司，决定对地铁五一广场站基坑岩石采用控制爆破技术开挖。2号线车站主体结构型式为地下三层岛式车站，车站主体基坑长182.8m，中间端主体宽24.1m，东西两端主体宽27.8m，开挖深度26.227.7m。车站围护结构采用1.0m厚地下连续墙加60916mm钢管内支撑支护形式。采用本工法施工，在2个月内开挖出石方3万多方，大大缩减了施工工期，为后序施工创造了有利条件。