结合工程实例浅谈地铁车站深基坑爆破施工方法
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摘要: 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。江苏某地铁站,位于南京市繁华地段,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。
关键词: 地铁 ,深基坑, 施工方法, 炮眼监控量测
1工程概况
1)工程简介。
地铁站主体结构位于中山路下方,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号竖井开挖尺寸为18. 8m×6. 6m,深度为28 m,采用倒挂井壁法施工。在竖井井口处设置一道1. 5 m宽、1 m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震动荷载,保证结构稳定。
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. 26 m。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(19.91 m~8. 20 m)及中风化辉绿岩(8. 20 m~-5. 74 m),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10 m。
3)结构形式。
竖井结构形式为矩形,开挖尺寸为18. 8 m×6. 6 m,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50 cm /榀,打设42锚管,注水泥水玻璃双液浆,横向间距1 m /根;中风化岩层间距为75 cm /榀,打设22砂浆锚杆,注水泥砂浆,横向间距1 m /根。
2.1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。
2.2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20 m3空压机供风,炮孔直径为42 mm。风钻钻进速度为20 cm/min,孔深1.2 m约需6 min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号岩石乳化炸药,单个药包重量为150 g。采用不耦合装药,药卷规格为外径32 mm,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。
2.3炮眼布置原则
1)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40 cm。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8 cm左右,向外倾角约10°,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5 cm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。
2.4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(见表1)。周边眼间距60 cm,内圈眼间距75 cm,辅助眼及扩槽眼间距90 cm,排距70 cm~90 cm,见图1。掏槽眼采用斜眼复楔形掏槽方式[2],见图2。掏槽眼内侧孔口间距为2.5m,外侧孔口4. 5 m。掏槽眼深度1. 6 m,倾斜角度60°,其他眼深度均为2 m。
2.5炮眼封堵
炮泥采用粘土和细砂拌和,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 cm ~30 cm左右。
2.6 爆破网络连接
我们在隧道上一般是采取的也就是隧道“光面爆破”，所谓光面爆破就是在爆破开挖时，沿设计开挖轮廓钻孔装药，在开挖区主爆破孔之后起爆，以获得比较平整壁面的爆破。光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。掏槽眼：1、3段。辅助眼：5段。内圈眼：7、9段。周边孔：11、13、15段。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。
3竖井监控量测
1）在施工过程中, 由于常见的各种施工方法涉及大量基坑开挖、暗挖、降水和爆破等工程,对地层易产生扰动,有可能引起地表、附近高大建筑物变形或塌陷,危及建筑物及人员的安全,同时,污水管和下水井管渗漏致使土质自稳能力丧失,造成施工艰难。而监控量测在指导隧道施工上具有重要意义。由于隧道设计过程中对围岩结构以及地下土层状况，包括地下水位和管网的不确定性，使得支护参数存在可变性，隧道施工过程中的监控量测主要是监测围岩与支护的变形和应力，了解隧道围岩与支护的变形特征与受力状态，判断围岩的稳定性、支护的合理性，对下一步的设计与施工提供指导，实现动态设计与施工。另外结合隧道施工中的风险工程，如下穿既有建筑，既有河流，既有管线管网等，对其进行风险监控，达到施工过程中的风险预控，保障隧道结构的施工安全，同时也避免地上建筑及构筑物的倾覆和破坏，保障隧道基坑开挖的安全性，使整个隧道在安全的环境下施工，对施工作业人员的人生财产安全负责，使城市地铁施工在取得良好的经济效益的同时，有良好的社会影响和社会效应。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、爆破震动速度、周边建筑物倾斜等[3]。爆破震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-0850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. 0 cm /s以下4次; 1. 0 cm /s~1. 5 cm /s之间54次; 1. 5 cm /s~2. 0 cm /s之间5次。爆破振速基本控制在1. 5 cm /s以内,爆破安全性很高。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2 m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. 18 mm,施工期间基坑结构稳定。
4结论与建议
1)1号竖井施工过程中,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. 5 cm /s以下,周边30 m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。根据爆破震动速度、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,容易受爆破震动的影响,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.爆破工程[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[3]王梦恕.北京地铁浅埋暗挖法施工[J].岩石力学与工程学报, 1989(3): 56-57.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。