地铁车站竖井深基坑光面爆破施工技术
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【摘要】青岛市地处山东半岛南部，东、南濒临黄海。某地铁车站地处青岛市中心地带，本车站采用暗挖法施工。车站竖井所在范围的地质以强风化及中风化辉绿岩为主，在中风化岩层，需要对竖井深基坑采取爆破方式进行开挖。由于周边建筑物众多，管线纵横交错，竖井爆破需采取光面控制爆破施工技术。本文主要针对车站竖井的光面控制爆破进行详细阐述，对在硬质岩层中采用光爆技术开挖深基坑提出相关的意见与建议。
【关键词】 竖井 深基坑 光面爆破 沉降监测
Applying Smooth Blasting Technology to the Deep Holes Excavated in the Constructing of Subway Stations
Zhou Kezhang，Zhou Hao，Lu Ning，He Zhonglian，Wang Wei
（The Fourth Company of China Eighth Engineeing Burrau Ltd Qingdao 266071 ）
1、前言
随着我国经济的迅猛发展，城市将更多地向地下空间延伸，地铁车站大部分修建在繁华市区，周边建筑物林立，交通繁忙，故多采用暗挖法进行车站的施工，为此需要通过施工竖井及风道进入车站主体结构，然后再进行车站主体结构的开挖及二次衬砌施工。
青岛某地铁车站，位于繁华地段，为市中心商业区。竖井穿越地质依次为素填土层、强风化辉绿岩层、中风化辉绿岩层。在中风化岩层地段，需要采取光面控制爆破技术进行施工。在施工过程中克服了周边建筑物的扰动、地下管线的变形等影响因素，安全优质地完成了竖井施工任务。
2、工程概况
2.1工程简介
该地铁站主体结构位于马路下方，采用暗挖中洞法施工。车站在两端设置两处风井及风道，在施工期间作为施工竖井及施工通道。1#竖井开挖尺寸为18.8*6.6m，深度为28m，采用倒挂井壁法施工。在竖井井口处设置一道1.5m宽、1m高的混凝土锁口圈梁，以保证向下开挖过程中，能够承担竖井井身重量及爆破振动荷载，保证结构稳定。
2.2工程及水文地质
竖井范围地貌为坡残积台地，后经人工改造，场地由东向西缓倾，地面高程约22.26m。竖井地质情况由上到下依次为素填土（22.26m～19.91m）、强风化辉绿岩（19.91m～8.20m）及中风化辉绿岩（8.20m～-5.74m），局部受区域构造影响，岩石节理裂隙较发育。中风化辉绿岩的抗压强度约35Mpa，辉绿色，块状结构，岩芯呈碎块状，锤击易碎。岩体较破碎，局部较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水和基岩裂隙水，地下水位埋深约10m。
2.3结构形式
竖井结构形式为矩形，开挖尺寸为18.8*6.6m，竖井采用格栅钢架+喷射混凝土支护体系。素填土层及强风化岩层格栅间距为50cm/榀，打设Φ42锚管，注水泥水玻璃双液浆，横向间距1m/根;中风化岩层间距为75cm/榀，打设Φ22砂浆锚杆，注水泥砂浆，横向间距1m/根。
3、光面爆破施工方法
3.1光面爆破施工工艺流程
竖井光面爆破按以下流程进行：
测量放样风动凿岩机钻眼清孔装药引爆通风排烟出渣断面测量（欠挖处理）格栅安装、初期支护下一循环
3.2施工设备及爆破材料
1）钻孔采用6台YT-28风动凿岩机同时进行，一台20m3空压机供风，炮孔直径为42mm。风钻钻进速度为20cm/min，孔深1.2m约需6分钟完成。监测仪器为爆破测振仪1台，型号为Vm-63型;精密水准仪1台，莱卡NDA03型;收敛仪1把，YD-SLJ-3型。
2）炸药采用2#岩石乳化炸药，单个药包重量为150g。采用不耦合装药，药卷规格为外径32mm，不耦合系数为1.3。
3）非电毫秒微差导爆管起爆，通过导爆管引爆安装在药卷中的雷管，引发药卷爆破，从而爆破岩石。
3.3炮眼布置原则
1）先布置掏槽眼，角度与水平岩面约呈60°，但在岩层层理发育明显时其方向应尽量垂直于层理，以保证掏槽效果。掏槽眼比其他炮眼深40cm。掏槽眼在打设过程中要控制好角度，角度过大，可能造成掏槽无法形成，后续爆破无临空面;角度过小，将可能造成两侧掏槽眼眼底串通，降低炸药爆破威力【1】。
2）周边眼严格按照开挖轮廓线布置，在硬岩中，周边眼的眼底落在断面开挖轮廓线外8cm左右，向外倾角约10度，眼口紧贴上一榀格栅喷射混凝土面布置;在软岩中，周边眼的眼底落在断面开挖轮廓线内5cm左右，以减小爆破时超挖量。对于局部欠挖部位，采用风镐人工修整，保证结构厚度。
3）辅助眼的布置原则是密，中间略大，并根据岩性软硬程度合理调整炮孔间距。
3.4炮眼布置参数
在中风化辉绿岩地层中，根据现场前三次试爆情况，确定以下布置参数。周边眼间距60cm，内圈眼间距75cm，辅助眼及扩槽眼间距90cm。排距70～90cm，如图1。掏槽眼采用斜眼复楔形掏槽方式【2】，如图2。掏槽眼内侧孔口间距为2.5m，外侧孔口4.5m。掏槽眼深度1.6m，倾斜角度60°，其它眼深度均为1.2m。
图1 竖井炮眼布置平面示意图
图2 掏槽眼布置示意图
炮眼爆破参数设计及经济指标表 表1
孔类
孔间距（mm）
孔深（m）
雷管段位
单孔装药量（g）
炮孔数（个）
周边眼
600
1.2
13
150
42
11
42
内圈眼
750
1.2
9
200
30
8
30
辅助眼
900
1.2
6
200
21
5
23
扩槽眼
900
1.2
3
200
15
2
15
掏槽眼
1.6
1
300
10
总装药量（kg）
42.4
炸药设计单耗（kg/m3）
0.37
3.5炮眼封堵
炮泥采用粘土和细砂拌合，比例为砂：粘土：水=3：1：1，含水量为15%～20%。一般以手握紧能使之成型，松手后不散开，且手上不沾水迹为宜。药卷安放后应立即进行堵塞，首先塞入纸团或塑料泡沫，以控制炮泥堵塞长度，堵塞长度控制在20～30cm左右。
3.6爆破网络连接
起爆顺序为先掏槽眼，扩槽眼，然后辅助眼、内圈眼，最后是周边眼。
导爆管雷管选择多段位毫秒微差起爆，由于基坑长度较大，左右两侧选择两种段位导爆管雷管。掏槽眼1段，扩槽眼2段、3段，辅助眼5段、6段，内圈眼8段、9段，周边眼11段、13段。
网络连接采用并串并联连接方式，约20个导爆管一束，然后采用导爆管引出地面，引爆装置引爆。
4竖井监控量测
4.1在施工过程中，进行日常监测的项目主要有地表沉降、洞周收敛、内支撑水平位移、爆破振动速度、周边建筑物倾斜等【3】。爆破振动速度是反映爆破设计优劣的一个重要指标。施工过程中采用TC-4850爆破测振仪（三通道）进行振速测试。竖井累计进行了21次振速测试，获取63个振速分量值。主要分布范围为：1.0cm/s以下4次;1.0cm/s～1.5cm/s之间54次;1.5cm/s～2.0cm/s之间5次。爆破振速基本控制在1.5cm/s以内，爆破安全性很高。
4.2在竖井口范围，按要求共布置68个地表沉降观测点。从竖井开始施工时进行初始监测，监测频率为每天1次。本文选取两个监测点，分别位于长边及短边一侧靠近竖井2m处，其时间-累计沉降曲线如图3所示。CJ1点最大沉降量为31.23mm，CJ2点最大沉降量为23.18mm，施工期间基坑结构稳定。
图3 CJ1、CJ2时间-累计沉降量曲线图
5、结论与建议
1）1#竖井施工过程中，共进行了21次振速测试。结果为爆破质点振速大部分控制在1.5cm/s以下，周边30m范围地面仅有微微震动。由于全部在白天进行爆破作业，对行人基本无影响。
2）竖井掏槽眼采用复楔形掏槽方式，大大加快了掏槽眼的作业时间，缩短了每循环的施工时间。
3）施工过程中遇到了岩石破碎带及部分孤坚石，及时调整了炮眼间距及药量，爆破效果良好。中风化岩层中，周边眼残眼率基本在70%以上，超欠挖量得到了有效控制。
4）监控量测在竖井爆破施工过程中作用明显。根据爆破振动速度、地表沉降等数据的监测分析，可以及时掌握竖井结构及周边的地层变化情况，及时采取加强措施。
5）竖井长边方向沉降量与短边方向比较，沉降量略大。主要原因为长边方向基坑净空收敛较短边略大，容易受爆破振动的影响，对地层的扰动较大。
参考文献：
[1] 关宝树.隧道施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2] 戴俊等.爆破工程.北京：机械工业出版社，2007.4
[3]王梦恕等.北京地铁浅埋暗挖法施工[J].岩石力学与工程学报，1989