復(fù)雜環(huán)境下的巖石基坑垂直開挖和控制爆破施工工法

復(fù)雜環(huán)境下的巖石基坑垂直開挖和控制爆破施工工法XX市第一建筑安裝工程有限公司1．前言隨著西部大開發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展，城市建設(shè)速度進(jìn)一步加快，在綜合考慮城市功能、景觀要求、建筑安全的前提下，一批高層建筑、超限高層建筑的地下空間的利用價(jià)值日趨明顯，擴(kuò)展、利用地下空間有著廣泛的前景。當(dāng)擬建項(xiàng)目位于臨近建筑物、市政管網(wǎng)、地下人防設(shè)施、地下輕軌隧道等復(fù)雜環(huán)境時(shí)，使得巖質(zhì)基坑開挖更趨困難。多年以來，我公司在重慶承接了一批高層、超高層建筑。多次在主城區(qū)進(jìn)行石方開挖，周邊環(huán)境異常復(fù)雜。過去常采用的人工鑿打和機(jī)械大開挖已遠(yuǎn)不能滿足建設(shè)的需要，必須采用效率更高的施工更精確的垂直開挖和控制爆破技術(shù)開挖。泰興市第一建筑安裝工程有限公司組織技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過不斷總結(jié)與提高，形成了一套復(fù)雜環(huán)境下的巖石深基坑垂直開挖和控制爆破的施工技術(shù)，成功地應(yīng)用于重慶世界貿(mào)易中心、重慶國際貿(mào)易中心、國際開發(fā)金融大廈等一批超限高層工程巖質(zhì)邊坡的基坑開挖，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。經(jīng)總結(jié)，形成本工法。2．工法特點(diǎn)2.1沿開挖邊線精確定位采用機(jī)械方式分層垂直開挖減振槽，避免對保留圍巖的擾動(dòng)，同時(shí)可最大限度阻斷爆破地震波的傳播路徑。2.2控制最大段單響藥量，將爆破振動(dòng)控制在符合《爆破安全規(guī)程》要求的范圍之內(nèi)，確保周圍建筑物及市政設(shè)施的安全。2.3精確計(jì)算藥量，覆蓋爆區(qū)，杜絕爆破飛石，控制爆破產(chǎn)生的噪聲。2.4采用信息化施工，通過爆破振動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，隨時(shí)修正爆破參數(shù)和減振槽開挖深度。2.5對垂直巖壁進(jìn)行適度處理后，可直接作為防水施工的基層，可直接采用單面支模澆筑結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。3．適用范圍該工法可廣泛應(yīng)用于各種石方開挖，如基坑、基槽等開挖，尤其是在下述幾種特殊條件下選用優(yōu)勢更為明顯：3.1城、鎮(zhèn)建筑物稠密地區(qū)的石方基坑開挖。3.2臨近建筑物的地下人防設(shè)施、城市輕軌隧道等。3.3文物、古跡附近的開挖工程。3.4基礎(chǔ)相鄰建（構(gòu)）筑物的石方開挖。3.5軟弱圍巖、不良地質(zhì)的石方開挖。3.6無施工場地的深基坑巖壁垂直開挖。4．工藝原理城鎮(zhèn)石方淺孔控制爆破是指采用孔徑小于75mm、孔深小于5m的減弱松動(dòng)爆破。主要通過沿開挖邊線精確定位放線采用機(jī)械方式分層垂直開挖減振槽，將爆破區(qū)域與保護(hù)區(qū)域隔斷，設(shè)計(jì)合理的孔深、孔排距、單耗和最大段單響藥量等爆破參數(shù)，爆區(qū)覆蓋等技術(shù)手段，控制爆破產(chǎn)生的飛石、振動(dòng)、噪聲等有害效應(yīng)。同時(shí)利用爆破振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)行過程控制，以達(dá)到臨近保護(hù)區(qū)域1.0m以內(nèi)實(shí)施安全爆破的目的。將垂直開挖后的巖壁適當(dāng)處理作為防水基層，同時(shí)采用單面支模澆筑外墻。5．施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程現(xiàn)場勘察→爆破方案設(shè)計(jì)→施工準(zhǔn)備→精確定位放線→機(jī)械分層垂直開挖減振槽→布孔、鉆孔→裝藥、堵塞、聯(lián)線→振動(dòng)監(jiān)測、覆蓋防護(hù)、警戒、起爆→爆后檢查→爆破效果及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析→修正設(shè)計(jì)參數(shù)、進(jìn)行下一道工序→清渣→基坑巖壁處理公安審批公安審批爆破方案設(shè)計(jì)現(xiàn)場勘察施工準(zhǔn)備業(yè)主審查人員機(jī)具進(jìn)場爆破器材準(zhǔn)備精確定位放線機(jī)械分層垂直開挖減振槽布孔、鉆孔裝藥、堵塞、聯(lián)線覆蓋、警戒、起爆爆后檢查振動(dòng)監(jiān)測爆破效果及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析修正設(shè)計(jì)參數(shù)、進(jìn)入下道工序清渣基坑巖壁處理圖5.1－1、施工工藝流程圖5.2關(guān)鍵技術(shù)沿基坑開挖邊線精確定位，采用機(jī)械分層垂直開挖減振槽（巖壁垂直度偏差控制在30~50mm以內(nèi)），將爆破區(qū)域與保護(hù)區(qū)域隔斷；要求減振槽的深度大于炮孔深度的1.5倍。采用合理的炮孔布置、毫秒雷管分別進(jìn)行微差爆破。精確計(jì)算藥量、爆區(qū)覆蓋等措施控制飛石、地震效應(yīng)和噪聲等有害效應(yīng)?？刂骑w石在1.0m以內(nèi)。建立完備的爆破振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測，并據(jù)此修正減振槽深度和爆破參數(shù)，進(jìn)行信息化施工。5.3操作要點(diǎn)減振槽的分層垂直開挖1、開挖邊線的精確測定根據(jù)總平面圖利用AUTOCAD的標(biāo)注功能，標(biāo)定轉(zhuǎn)角點(diǎn)及每隔8m左右的補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)，利用全站儀精確測定各點(diǎn)坐標(biāo)，現(xiàn)場再標(biāo)定外移100mm的控制線，經(jīng)復(fù)核后作為切割線。如下圖所示。圖5.3－1定位坐標(biāo)布置示意圖2、減振槽的開挖根據(jù)專項(xiàng)施工方案及專家論證意見，基坑周邊設(shè)置1.5m~3m寬的減振槽，切割機(jī)首行依據(jù)基礎(chǔ)邊線將機(jī)械就位，復(fù)核無誤后，按線進(jìn)行切割，內(nèi)側(cè)切割時(shí)的精度可適當(dāng)放寬。每皮切割深度在500mm左右，切割工作每推進(jìn)15m左右時(shí)，由開巖機(jī)將減振槽中的巖石破碎、外運(yùn)。3、減振槽開挖的垂直度控制減振槽每切完一皮、清渣后，需用全站儀進(jìn)行復(fù)核，及時(shí)修正切割機(jī)械的位置，如此循環(huán)進(jìn)行減振槽的開挖，并將垂直度控制在允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)基坑巖壁分層垂直開挖的目標(biāo)。分層、分段控制爆破施工1、試爆為了安全起見，按爆破設(shè)計(jì)藥量的下限做小藥量爆破試驗(yàn)，檢驗(yàn)爆破的實(shí)際效果，并同時(shí)監(jiān)測爆破振速，推算最大段單響藥量，以期達(dá)到在嚴(yán)格控制下的最大生產(chǎn)效率。2、爆破參數(shù)控制表淺孔控制爆破爆破參數(shù)表序號(hào)巖石堅(jiān)固系數(shù)f梯段高度H(m))孔深L(m)最小抵抗線W(m)孔間距a(m)孔排距b(m)裝藥量Q(kg)13~51.21.350.70.70.70.2021.82.01.01.00.90.3732.02.21.21.01.00.6048~101.21.350.70.70.70.2351.82.01.01.00.90.5362.02.21.21.01.00.90圖5.3－2爆破炮孔布置示意圖3、布孔、鉆孔嚴(yán)格爆破方案中的炮孔布置進(jìn)行布孔、鉆孔。4、裝藥嚴(yán)格按照《爆破安全規(guī)程》（GB6772—2003）第4.10條規(guī)定進(jìn)行裝藥。5、堵塞嚴(yán)格按照《爆破安全規(guī)程》（GB6772—2003）第4.11條規(guī)定進(jìn)行填塞。6、爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)及聯(lián)線根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，選擇電網(wǎng)路或非電網(wǎng)路。建議采用非電網(wǎng)路；為了減少一次齊爆藥量，控制爆破振動(dòng)和噪聲，采用毫秒微差雷管分段起爆，建議爆破微差時(shí)間≥50ms，經(jīng)常使用的普通毫秒微差雷管的段別有：1、3、5、6、7、8、9、10段。聯(lián)線時(shí)按照《爆破安全規(guī)程》（GB6722－2003）第條相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。7、爆區(qū)覆蓋爆區(qū)覆蓋可杜絕爆破飛石和降低噪聲。①、覆蓋材料采用廢輪胎編織，其長寬為3米×2米，并在炮被四角設(shè)置把手以便使用。②、覆蓋范圍炮被覆蓋區(qū)域的邊緣必須超過起爆區(qū)域邊緣的0.8倍最小抵抗線。③、覆蓋的注意事項(xiàng)在采用炮被覆蓋爆破區(qū)域時(shí)，炮被應(yīng)整體放置到覆蓋區(qū)域，不能來回拖拽，防止破壞爆破網(wǎng)路。當(dāng)爆破區(qū)域較大需采用多個(gè)炮被覆蓋時(shí)，炮被之間應(yīng)進(jìn)行疊放，疊放區(qū)域的寬度應(yīng)大于0.8倍最小抵抗線，且先爆區(qū)域的炮被放在上層。爆破振動(dòng)監(jiān)測對重點(diǎn)施工地段和周圍建（構(gòu)）筑物較近的區(qū)域，必須進(jìn)行跟蹤監(jiān)測每一次的爆破。振動(dòng)監(jiān)測應(yīng)符合《爆破安全規(guī)程》（GB6772—2003）第4.15條規(guī)定，1、測試系統(tǒng)使用儀器及系統(tǒng)布置：（IDEC）UBOX—20016、（IDTS）—3850/4850等記錄儀及配套傳感器，為了提高抗干擾能力，各測點(diǎn)之間用屏蔽線連接。傳感器測點(diǎn)1（IDEC）UBOX—傳感器測點(diǎn)1（IDEC）UBOX—20016或IDTS3850/4850爆破振動(dòng)記錄儀計(jì)算機(jī)打印機(jī)傳感器測點(diǎn)2傳感器測點(diǎn)n圖、爆破振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)圖2、監(jiān)測方案①、測點(diǎn)布置。研究爆破地震動(dòng)波傳播規(guī)律通常是沿爆破區(qū)徑向或環(huán)向布置1條或幾條地表測線，徑向測點(diǎn)按對數(shù)曲線布置，測點(diǎn)應(yīng)放在同一地層或基礎(chǔ)上，每一測點(diǎn)必須測垂直方向振動(dòng)量，最好能同時(shí)測3個(gè)方向量。監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)布置在被監(jiān)測對象附近的地表、基礎(chǔ)或建筑物上。②、傳感器和爆破振動(dòng)記錄儀標(biāo)定每隔一定的時(shí)間（半年或一年）對所使用的傳感器和爆破振動(dòng)記錄儀進(jìn)行標(biāo)定，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。③、量測數(shù)據(jù)的處理與使用。應(yīng)用公式V=K（Q1/3／R）α及一元回歸法對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到與介質(zhì)、地形有關(guān)的系數(shù)K、α，從而可得到質(zhì)點(diǎn)振速V的衰減規(guī)律，然后根據(jù)上式、允許最大振動(dòng)速度、爆心距R，推算出下一次允許起爆藥量Q，以達(dá)到科學(xué)裝藥。爆破警戒根據(jù)工程的實(shí)際情況，按照《爆破安全規(guī)程》（GB6772—2003）第4.12條規(guī)定進(jìn)行實(shí)施。起爆按照《爆破安全規(guī)程》（GB6772—2003）的起爆程序進(jìn)行起爆。盲炮處理按照《爆破安全規(guī)程》（GB6772—2003）第4.14條規(guī)定進(jìn)行處理。巖壁的處理根據(jù)基坑開挖前外移100mm的控制線，沿基坑每隔10m左右向坑內(nèi)掛垂線，專人記錄，根據(jù)平面內(nèi)的垂直偏差值，確定巖壁表面的抹灰找平厚度。此后采用吊籃上下進(jìn)行基層抹灰整平，抹灰厚度一般為30~50mm并養(yǎng)護(hù)一周。6、材料與設(shè)備表6-1材料、機(jī)具設(shè)備表序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1全站儀NTS-332RR套22電子經(jīng)緯儀DT202套23水準(zhǔn)儀DSZ2套3精密型4炸藥2號(hào)巖石乳化Kg330005雷管8號(hào)發(fā)100006空壓機(jī)SA-5150WW臺(tái)47風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)7655把128CAT挖機(jī)CAT320輛29自卸汽車北方奔馳12T輛2010鉆頭個(gè)300011鉆桿m100012起爆器MFB-200個(gè)213雙芯導(dǎo)電線m200014絕緣膠布箱2015勞保手套雙100016防塵口罩個(gè)20017警戒口哨個(gè)1018測振儀IDTS-38550臺(tái)419速度傳感器CD-1個(gè)127、質(zhì)量控制7.1嚴(yán)格沿開挖邊線采用精確定位機(jī)械切割方式分層垂直開挖減振槽，按照GBJ201—83《土方與爆破工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《工程測量規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行施工。7.2根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)條件，按照GB6722-2003《爆破安全規(guī)程》做好爆破設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行布孔、鉆孔及裝藥，保證爆破效果，破碎塊度均勻，利于挖裝。7.3控制底層超鉆深度，做到不欠挖、不超挖，達(dá)到底部一次成型。隨時(shí)修正減振槽的開挖深度，以達(dá)到臨近保護(hù)區(qū)域1.0m以內(nèi)安全爆破的目的。在開挖的全過程中，控制振動(dòng)、飛石、沖擊波及噪聲的影響，保證周圍建筑及人員安全。在每層垂直開挖坑邊減振槽時(shí)，隨時(shí)檢查修正坑壁幾何尺寸及垂直度，確保其達(dá)到作為防水基層（適當(dāng)處理）、單面支模的垂直度和澆筑混凝土的要求。7.6基坑變形觀測1、本工程基坑四周臨近超高層建筑物及地下管網(wǎng)，為防止爆破地震波對周邊建（構(gòu)）筑物影響，必須由專業(yè)單位對爆破作業(yè)進(jìn)行監(jiān)測，并對輕軌、萬豪、國貿(mào)三處設(shè)臨時(shí)監(jiān)測點(diǎn)。2、爆破作業(yè)前，由施工單位組織建設(shè)單位、監(jiān)理單位等共同對臨近的建筑物及設(shè)施進(jìn)行觀察，并進(jìn)行了拍照和攝像，包括原有的建筑物是否有裂縫等現(xiàn)象。爆破前先進(jìn)行試爆，在試爆時(shí)進(jìn)行監(jiān)測取得相關(guān)數(shù)據(jù)，并調(diào)整好用藥量，在爆破過程中不間斷監(jiān)測，建立好相關(guān)的資料。8、安全措施8.1爆破作業(yè)及爆破器材使用均應(yīng)嚴(yán)格遵守《爆破安全規(guī)程》（GB6772—2003）和《民用爆炸物品管理?xiàng)l例》的規(guī)定。8.2爆破設(shè)計(jì)必須由具有公安部規(guī)定的相應(yīng)資質(zhì)人員設(shè)計(jì)，爆破作業(yè)必須由公安部門培訓(xùn)的爆破員和安全員實(shí)施，并做到持證上崗。8.3沿開挖邊線采用機(jī)械開挖深度大于炮孔深度1.5倍的隔振槽，寬度可控制在1.5~3m。同時(shí)將爆破振動(dòng)控制在允許標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，通過振動(dòng)監(jiān)測進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息化管理，隨時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，以減小爆破振動(dòng)的影響。8.4精確計(jì)算藥量，爆區(qū)覆蓋，杜絕爆破飛石。控制飛石在1.0m范圍以內(nèi)。8.5每次鉆孔、埋藥、布線、封口后，在爆破前全部用橡膠帶編織的炮被對爆破區(qū)進(jìn)行覆蓋，對損壞的炮被及時(shí)修復(fù)和更換。8.5現(xiàn)場施工人員必須佩戴安全帽，現(xiàn)場不允許吸煙、嬉戲、打鬧。9、環(huán)保措施9.1采取濕式打孔、爆區(qū)覆蓋等措施，起到降塵、降噪作用。9.2優(yōu)先采用先進(jìn)的環(huán)保機(jī)械。經(jīng)常對施工現(xiàn)場進(jìn)行灑水，防止塵土飛揚(yáng)，污染周圍環(huán)境。9.3為不影響和干擾市民休息，禁止夜間爆破。10、效益分析以國際開發(fā)金融大廈為例。10.1技術(shù)效益本工法解決了在城區(qū)及特殊環(huán)境下的巖石深基坑進(jìn)行分層垂直開挖和控制安全爆破施工的難題。通過精確定位放線、分層垂直開挖減振槽、采用淺孔控制爆破，施工中可有效控制巖壁的垂直度、爆破地震效應(yīng)和飛散物等爆破有害效應(yīng)，保證了施工安全，取得了良好的施工效果，為類似工程提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。10.2經(jīng)濟(jì)效益采用靜態(tài)爆破成本317元/m3，采用人工切割鑿打成本為360元/m3，采用城區(qū)石方控制爆破成本為81元/m3，而本項(xiàng)目爆破石方量為90000m3，較人工切割鑿打可節(jié)約資金2511萬元，較靜態(tài)爆破可節(jié)約資金2124萬元。另外，采取分層垂直開挖基坑巖壁，較放坡開挖大大減少了開挖量和后期的回填量，對巖壁進(jìn)行適度處理后作為防水基層，為地下室外墻單面支模和混凝土澆筑創(chuàng)造了條件，加快了施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)無場地施工的目標(biāo)。10.3社會(huì)效益采用石方控制爆破方案，較人工鑿打方案提前工期12個(gè)月，較靜態(tài)爆破方案提前工期6個(gè)月，避免了過長時(shí)間影響和干擾市民正常生產(chǎn)、生活秩序。本工法與同類爆破工程的工法相比，有利于文明施工，能確保周圍建筑物、構(gòu)筑物和重要設(shè)施不受爆破有害效應(yīng)的影響，且實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)邊壁垂直開挖，確保了人民群眾、生命財(cái)產(chǎn)的安全，適用于各種條件下的石方控制爆破。11、應(yīng)用實(shí)例11.1重慶世界貿(mào)易中心基坑開挖爆破工程該工程位于重慶渝中區(qū)解放碑夫子池，周邊環(huán)境復(fù)雜，爆破區(qū)域臨近402、462路公交車站和重慶大世界酒店。地下5層，地上62層，總高度：262m，總建筑面積：13.8萬m