地下连续墙斜坡岩控制爆破技术

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【内容摘要】本文介绍了广州市轨道交通十三号线一期工程温涌路～新塘站区间盾构始发井地下连续墙底部斜坡岩微风化岩层处理的设计与施工，针对该盾构始发井处于斜坡岩地段，地连墙底部微风化岩层厚度分布不均，周边环境复杂的特点，对不同槽段连续墙所处围岩情况进行分析，分槽段采取冲孔桩施工，局部采取钻孔控制爆破技术，顺利完成了施工，为今后斜坡岩等复杂地质条件下地连墙的施工积累了宝贵的经验。

【关键词】冲孔桩，地下连续墙，斜坡岩，控制爆破

中图分类号：TG316文献标识码： A

1、工程概况

广州市轨道交通十三号线一期工程温涌路～新塘站区间盾构始发井位于新塘大道西路北侧和新塘钢贸城外南边空地，盾构井大里程端盾构段提供一台盾构机两次始发，小里程端提供2个工作面进行矿山法隧道施工。盾构井为矩形结构，基坑长44m，宽25～29m，基坑深29m。周边建筑物主要为6层华馨苑楼房（独立基础，基础埋深1.1～1.9m），距离基坑约40m。

盾构井围护结构采用上部吊脚墙（1m厚地下连续墙+内支撑）+下部锚喷构筑法施工形式，地连墙深度19~20m（进入中风化岩层2.5m或进入微风化岩层1.5m），采用冲孔桩冲击破碎岩层，冲孔成槽施工工艺；下部结构深度9~10m，采用锚杆+钢筋网片+喷锚构筑工艺。

2、工程地质

由于盾构井附近有瘦狗岭断裂和广三断裂两条区域性大断裂通过，岩层变化较大，根据地勘报告和现场冲孔桩取样结果，地下岩层南面偏高，北面、东面、西面偏低，呈现由南面中心向四面降低的规律分布，中间略有起伏。

图2.1 盾构始发井南面斜坡岩地质柱状图

根据现场冲孔施工取样结果分析，盾构始发井东、北、西面地连墙冲击至16.5~17.5m时，进入中风化岩层，冲击至20~21m时进入微风化岩层。而盾构井南面地连墙冲击至10~11m时，就进入中风化岩层，冲击至11~12m时，就进入微风化岩层，岩石饱和单轴抗压强度最大达125MP，岩石完整性指标RQD大于90%。

由于盾构井南面地连墙存在8~9m厚微风化岩层，岩石非常坚硬，微风化岩层部分地连墙成槽极其困难，即便采取先进的成孔设备强制钻进也很难达到满意的钻进速度，且机械钻进存在设备损耗大、维修成本高的缺点，因此对于盾构井南面进入较厚中风化、微风化花岗岩层的槽段拟采用控制爆破技术进行处理，爆破岩层厚度约9m，爆破长度约44m，地连墙宽度1m。

3、爆破方案

控制爆破原理：对于进入中风化、微风化花岗岩的槽段，采用地表钻孔的方法对中风化、微风化岩层进行钻孔，利用“预裂爆破+挤压爆破的作用机理，合理布孔，利用爆破产生的冲击波对整体性较好的中风化、微风化岩层进行破碎、分割，然后再采用抓槽机出土，冲桩机修孔成槽。爆破施工时，先进行一槽段试爆，然后对爆破槽段进行孔间抽芯取样，根据抽芯岩石的破碎情况及时调整爆破参数。

3.1、爆破参数选择

（1）每次爆破槽段长度、宽度：地连墙每次爆破槽段长度控制在3.0～6.0m，成槽宽度为地连墙设计宽度1.0m。

（2）每次爆破岩石厚度：根据各槽段中分化、微风化基岩岩面分布情况，各槽段爆破岩石平均厚度在9m左右。

（3）布孔及钻孔设计：各槽段设置两排炮孔，紧贴连续墙两侧墙边线均匀布置，孔径为90mm，孔距800mm，钻孔深度至连续墙设计深度向下200mm位置，6m槽段共钻孔16个炮孔和1个空孔（槽段正中心设置）。如果相邻槽段地连墙已浇筑成型，为确保其不受影响。进行爆破时，在距相邻地连墙接缝50cm处钻设一排三个空孔作为减震隔离段。炮孔采用地质钻机垂直钻孔，钻孔过程中用泥浆护孔，必要时下钢套筒。钻孔进入中、微风化岩层后采用抽芯的方式成孔。

（4）火工器材选型：孔内雷管选用非电毫秒导爆管雷管，起爆雷管选用导爆管，炸药选择具有防水性能2#岩石乳化炸药，药卷标准直径为60mm。

图3.1 地连墙爆理布孔示意图

3.2、单耗计算

根据瑞典的单位耗药量计算方法：q0=q1+q2+q3+q4

式中q1：基本装药量，是一般陆地梯段爆破的两倍（本工程爆破对象位于地下11～20m，且存在地下水，故视为水下爆破）。对于水下垂直钻孔，再增加10%。例如普通坚硬岩石的深孔爆破平均单耗q1=0.5kg/m³，则水下钻孔q1=1.0kg/m³，水下垂直孔q1=1.1kg/m³；

q2：爆区上方水压增量，q2=0.01h2；h2：水深，取h2=16m；

q3：爆区上方覆盖层增量，q3=0.02h3；h3：覆盖层（淤泥或土、砂）厚度，取h3=7m；

q4：岩石膨胀增量，q4=0.03h；h：梯段高度，取h=9m。

q0=q1+q2+q3+q4=1.1+0.01*16+0.02*7+0.03*9=1.67kg/m³。

根据《水运工程爆破技术规范》（JTS204-2008），风化岩水下钻孔爆破单耗经验数值为q0=1.72kg/m³。本工程爆破先按照单耗1.67kg/m³试爆后，根据爆破效果再调整爆破参数。

3.3、单孔装药量计算

单孔装药量Q=q0*a*b*H=1.67*0.91*0.8*9=10.94kg，单槽段装药量如表3.1。

表3.1 装药量参数表

3.4、装药

炮孔验收合格后，在装药爆区加工药包。为了防止爆破影响上覆土体和连续墙基底岩层，地连墙基底以上10cm、岩层顶面10cm不装药。由于起爆体上方有约16m高的地下水，水压较大，因此起爆体需配重抗浮。装药前首先准备好75mm的PVC管，计算好药包长度，将将炸药和雷管装入PVC管内指定位置。PVC管长度L根据药包长度和配重长度截取：L=L1+L2（L：截取PVC管长度；L1：药包长度；L2：填塞及配重长度）。由于连续墙岩面厚度为9m，因此单个炮孔分两段间隔装药，中间间隔0.6m，底部药卷采用双发雷管反向起爆，上部药卷采用双发雷管正向起爆,药卷之间采用双导爆索串联，间隔空隙利用PVC管进行填充。上部堵塞长度不小于2m，堵塞材料为粗砂及石屑。

3.5、起爆网络设计

起爆采用孔内分段、孔间分段的非电爆破网络，采用激发针起爆，每个炮孔装两发毫秒微差雷管，分别属于两个爆破网络，孔内两套网络和孔间网络并联后起爆，以确保起爆网络安全。

3.6、药包就位和防护

PVC管药包加工好后，在管壁上端钻两孔，用铁丝固定，上系绳索，然后开始下放药包。根据钻孔和验孔参数确定装药底部深度N1，然后准确测量PVC管与绳索长度之和N2，使N1=N2，将整个药包悬吊到准确位置并固定，误差控制在+10cm。药包就位并堵塞后，孔口采取压沙包+钢板+冲击锤”的防护措施，以防个别炮孔冲孔产生泥浆，防止炮孔泥浆喷射。

3.7、爆破安全验算

本工程最近的建（构）筑物距离爆破点约40m，根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定，安全允许振速为2～5cm/s，本工程取2cm/s。爆破地震安全距离公式：

R=（K/V）1/a*Q1/3

式中V：地震安全振速（cm/s）

Q：最大段装药量，齐发装药量（kg）

K：与地质条件有关的系数

a：爆破衰减系数

K、a属于经验数值，暂按中硬岩取值：K=180，a=1.8，在爆破作业中，K、a需要通过爆破震动监测用回归方法进一步确定。

根据上诉数据和公式，建筑物至爆破中心40m时微差爆破最大单段装药量Qmax为35.4kg，大于实际施工中单段起爆最大装药量21.88kg，安全警戒距离以爆源为中心向外50m范围，可确保爆破震动不会对周边建筑物造成伤害。

结束语：

（1）通过采取控制爆破技术处理地连墙微风化岩层，解决了斜坡岩地质条件下岩层厚度分布不均导致的地连墙成槽困难，工期长、成本高的问题，加快了地连墙成槽速度，节约了成本和时间。

（2）通过对周边建筑物进行振动监测，分析爆破振动对周边建筑物的影响，及时调整爆破参数，确保了爆破施工安全。

参考文献：

[1]、《水运工程爆破技术规范》（JTS204-2008）. 人民交通出版社，2009.

[2]、《爆破安全规程》（GB6722-2003）[S]. 中国标准出版社，2004.