复杂环境下的岩石基坑垂直开挖和控制爆破施工工法

复杂环境下的岩石基坑垂直开挖和控制爆破施工工法XX市第一建筑安装工程有限公司1．前言随着西部大开发的进一步发展，城市建设速度进一步加快，在综合考虑城市功能、景观要求、建筑安全的前提下，一批高层建筑、超限高层建筑的地下空间的利用价值日趋明显，扩展、利用地下空间有着广泛的前景。当拟建项目位于临近建筑物、市政管网、地下人防设施、地下轻轨隧道等复杂环境时，使得岩质基坑开挖更趋困难。多年以来，我公司在重庆承接了一批高层、超高层建筑。多次在主城区进行石方开挖，周边环境异常复杂。过去常采用的人工凿打和机械大开挖已远不能满足建设的需要，必须采用效率更高的施工更精确的垂直开挖和控制爆破技术开挖。泰兴市第一建筑安装工程有限公司组织技术攻关，经过不断总结与提高，形成了一套复杂环境下的岩石深基坑垂直开挖和控制爆破的施工技术，成功地应用于重庆世界贸易中心、重庆国际贸易中心、国际开发金融大厦等一批超限高层工程岩质边坡的基坑开挖，取得了较好的经济效益和社会效益。经总结，形成本工法。2．工法特点2.1沿开挖边线精确定位采用机械方式分层垂直开挖减振槽，避免对保留围岩的扰动，同时可最大限度阻断爆破地震波的传播路径。2.2控制最大段单响药量，将爆破振动控制在符合《爆破安全规程》要求的范围之内，确保周围建筑物及市政设施的安全。2.3精确计算药量，覆盖爆区，杜绝爆破飞石，控制爆破产生的噪声。2.4采用信息化施工，通过爆破振动的实时监测，随时修正爆破参数和减振槽开挖深度。2.5对垂直岩壁进行适度处理后，可直接作为防水施工的基层，可直接采用单面支模浇筑结构，经济效益更为显著。3．适用范围该工法可广泛应用于各种石方开挖，如基坑、基槽等开挖，尤其是在下述几种特殊条件下选用优势更为明显：3.1城、镇建筑物稠密地区的石方基坑开挖。3.2临近建筑物的地下人防设施、城市轻轨隧道等。3.3文物、古迹附近的开挖工程。3.4基础相邻建（构）筑物的石方开挖。3.5软弱围岩、不良地质的石方开挖。3.6无施工场地的深基坑岩壁垂直开挖。4．工艺原理城镇石方浅孔控制爆破是指采用孔径小于75mm、孔深小于5m的减弱松动爆破。主要通过沿开挖边线精确定位放线采用机械方式分层垂直开挖减振槽，将爆破区域与保护区域隔断，设计合理的孔深、孔排距、单耗和最大段单响药量等爆破参数，爆区覆盖等技术手段，控制爆破产生的飞石、振动、噪声等有害效应。同时利用爆破振动实时监测进行过程控制，以达到临近保护区域1.0m以内实施安全爆破的目的。将垂直开挖后的岩壁适当处理作为防水基层，同时采用单面支模浇筑外墙。5．施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程现场勘察→爆破方案设计→施工准备→精确定位放线→机械分层垂直开挖减振槽→布孔、钻孔→装药、堵塞、联线→振动监测、覆盖防护、警戒、起爆→爆后检查→爆破效果及监测数据分析→修正设计参数、进行下一道工序→清渣→基坑岩壁处理公安审批公安审批爆破方案设计现场勘察施工准备业主审查人员机具进场爆破器材准备精确定位放线机械分层垂直开挖减振槽布孔、钻孔装药、堵塞、联线覆盖、警戒、起爆爆后检查振动监测爆破效果及监测数据分析修正设计参数、进入下道工序清渣基坑岩壁处理图5.1－1、施工工艺流程图5.2关键技术沿基坑开挖边线精确定位，采用机械分层垂直开挖减振槽（岩壁垂直度偏差控制在30~50mm以内），将爆破区域与保护区域隔断；要求减振槽的深度大于炮孔深度的1.5倍。采用合理的炮孔布置、毫秒雷管分别进行微差爆破。精确计算药量、爆区覆盖等措施控制飞石、地震效应和噪声等有害效应。控制飞石在1.0m以内。建立完备的爆破振动监测系统，实时监测，并据此修正减振槽深度和爆破参数，进行信息化施工。5.3操作要点减振槽的分层垂直开挖1、开挖边线的精确测定根据总平面图利用AUTOCAD的标注功能，标定转角点及每隔8m左右的补点的坐标，利用全站仪精确测定各点坐标，现场再标定外移100mm的控制线，经复核后作为切割线。如下图所示。图5.3－1定位坐标布置示意图2、减振槽的开挖根据专项施工方案及专家论证意见，基坑周边设置1.5m~3m宽的减振槽，切割机首行依据基础边线将机械就位，复核无误后，按线进行切割，内侧切割时的精度可适当放宽。每皮切割深度在500mm左右，切割工作每推进15m左右时，由开岩机将减振槽中的岩石破碎、外运。3、减振槽开挖的垂直度控制减振槽每切完一皮、清渣后，需用全站仪进行复核，及时修正切割机械的位置，如此循环进行减振槽的开挖，并将垂直度控制在允许范围内，实现基坑岩壁分层垂直开挖的目标。分层、分段控制爆破施工1、试爆为了安全起见，按爆破设计药量的下限做小药量爆破试验，检验爆破的实际效果，并同时监测爆破振速，推算最大段单响药量，以期达到在严格控制下的最大生产效率。2、爆破参数控制表浅孔控制爆破爆破参数表序号岩石坚固系数f梯段高度H(m))孔深L(m)最小抵抗线W(m)孔间距a(m)孔排距b(m)装药量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图5.3－2爆破炮孔布置示意图3、布孔、钻孔严格爆破方案中的炮孔布置进行布孔、钻孔。4、装药严格按照《爆破安全规程》（GB6772—2003）第4.10条规定进行装药。5、堵塞严格按照《爆破安全规程》（GB6772—2003）第4.11条规定进行填塞。6、爆破网路设计及联线根据现场的实际情况，选择电网路或非电网路。建议采用非电网路；为了减少一次齐爆药量，控制爆破振动和噪声，采用毫秒微差雷管分段起爆，建议爆破微差时间≥50ms，经常使用的普通毫秒微差雷管的段别有：1、3、5、6、7、8、9、10段。联线时按照《爆破安全规程》（GB6722－2003）第条相关规定进行。7、爆区覆盖爆区覆盖可杜绝爆破飞石和降低噪声。①、覆盖材料采用废轮胎编织，其长宽为3米×2米，并在炮被四角设置把手以便使用。②、覆盖范围炮被覆盖区域的边缘必须超过起爆区域边缘的0.8倍最小抵抗线。③、覆盖的注意事项在采用炮被覆盖爆破区域时，炮被应整体放置到覆盖区域，不能来回拖拽，防止破坏爆破网路。当爆破区域较大需采用多个炮被覆盖时，炮被之间应进行叠放，叠放区域的宽度应大于0.8倍最小抵抗线，且先爆区域的炮被放在上层。爆破振动监测对重点施工地段和周围建（构）筑物较近的区域，必须进行跟踪监测每一次的爆破。振动监测应符合《爆破安全规程》（GB6772—2003）第4.15条规定，1、测试系统使用仪器及系统布置：（IDEC）UBOX—20016、（IDTS）—3850/4850等记录仪及配套传感器，为了提高抗干扰能力，各测点之间用屏蔽线连接。传感器测点1（IDEC）UBOX—传感器测点1（IDEC）UBOX—20016或IDTS3850/4850爆破振动记录仪计算机打印机传感器测点2传感器测点n图、爆破振动监测系统图2、监测方案①、测点布置。研究爆破地震动波传播规律通常是沿爆破区径向或环向布置1条或几条地表测线，径向测点按对数曲线布置，测点应放在同一地层或基础上，每一测点必须测垂直方向振动量，最好能同时测3个方向量。监测点应布置在被监测对象附近的地表、基础或建筑物上。②、传感器和爆破振动记录仪标定每隔一定的时间（半年或一年）对所使用的传感器和爆破振动记录仪进行标定，确保监测数据真实可靠。③、量测数据的处理与使用。应用公式V=K（Q1/3／R）α及一元回归法对所测得的数据进行回归分析，得到与介质、地形有关的系数K、α，从而可得到质点振速V的衰减规律，然后根据上式、允许最大振动速度、爆心距R，推算出下一次允许起爆药量Q，以达到科学装药。爆破警戒根据工程的实际情况，按照《爆破安全规程》（GB6772—2003）第4.12条规定进行实施。起爆按照《爆破安全规程》（GB6772—2003）的起爆程序进行起爆。盲炮处理按照《爆破安全规程》（GB6772—2003）第4.14条规定进行处理。岩壁的处理根据基坑开挖前外移100mm的控制线，沿基坑每隔10m左右向坑内挂垂线，专人记录，根据平面内的垂直偏差值，确定岩壁表面的抹灰找平厚度。此后采用吊篮上下进行基层抹灰整平，抹灰厚度一般为30~50mm并养护一周。6、材料与设备表6-1材料、机具设备表序号名称规格单位数量备注1全站仪NTS-332RR套22电子经纬仪DT202套23水准仪DSZ2套3精密型4炸药2号岩石乳化Kg330005雷管8号发100006空压机SA-5150WW台47风动凿岩机7655把128CAT挖机CAT320辆29自卸汽车北方奔驰12T辆2010钻头个300011钻杆m100012起爆器MFB-200个213双芯导电线m200014绝缘胶布箱2015劳保手套双100016防尘口罩个20017警戒口哨个1018测振仪IDTS-38550台419速度传感器CD-1个127、质量控制7.1严格沿开挖边线采用精确定位机械切割方式分层垂直开挖减振槽，按照GBJ201—83《土方与爆破工程施工及验收规范》、《工程测量规范》、《混凝土结构工程施工质量验收规范》《建筑地基基础工程施工质量验收规范》进行施工。7.2根据施工现场地质条件，按照GB6722-2003《爆破安全规程》做好爆破设计，严格按设计孔网参数进行布孔、钻孔及装药，保证爆破效果，破碎块度均匀，利于挖装。7.3控制底层超钻深度，做到不欠挖、不超挖，达到底部一次成型。随时修正减振槽的开挖深度，以达到临近保护区域1.0m以内安全爆破的目的。在开挖的全过程中，控制振动、飞石、冲击波及噪声的影响，保证周围建筑及人员安全。在每层垂直开挖坑边减振槽时，随时检查修正坑壁几何尺寸及垂直度，确保其达到作为防水基层（适当处理）、单面支模的垂直度和浇筑混凝土的要求。7.6基坑变形观测1、本工程基坑四周临近超高层建筑物及地下管网，为防止爆破地震波对周边建（构）筑物影响，必须由专业单位对爆破作业进行监测，并对轻轨、万豪、国贸三处设临时监测点。2、爆破作业前，由施工单位组织建设单位、监理单位等共同对临近的建筑物及设施进行观察，并进行了拍照和摄像，包括原有的建筑物是否有裂缝等现象。爆破前先进行试爆，在试爆时进行监测取得相关数据，并调整好用药量，在爆破过程中不间断监测，建立好相关的资料。8、安全措施8.1爆破作业及爆破器材使用均应严格遵守《爆破安全规程》（GB6772—2003）和《民用爆炸物品管理条例》的规定。8.2爆破设计必须由具有公安部规定的相应资质人员设计，爆破作业必须由公安部门培训的爆破员和安全员实施，并做到持证上岗。8.3沿开挖边线采用机械开挖深度大于炮孔深度1.5倍的隔振槽，宽度可控制在1.5~3m。同时将爆破振动控制在允许标准以内，通过振动监测进行动态信息化管理，随时调整爆破参数，以减小爆破振动的影响。8.4精确计算药量，爆区覆盖，杜绝爆破飞石。控制飞石在1.0m范围以内。8.5每次钻孔、埋药、布线、封口后，在爆破前全部用橡胶带编织的炮被对爆破区进行覆盖，对损坏的炮被及时修复和更换。8.5现场施工人员必须佩戴安全帽，现场不允许吸烟、嬉戏、打闹。9、环保措施9.1采取湿式打孔、爆区覆盖等措施，起到降尘、降噪作用。9.2优先采用先进的环保机械。经常对施工现场进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。9.3为不影响和干扰市民休息，禁止夜间爆破。10、效益分析以国际开发金融大厦为例。10.1技术效益本工法解决了在城区及特殊环境下的岩石深基坑进行分层垂直开挖和控制安全爆破施工的难题。通过精确定位放线、分层垂直开挖减振槽、采用浅孔控制爆破，施工中可有效控制岩壁的垂直度、爆破地震效应和飞散物等爆破有害效应，保证了施工安全，取得了良好的施工效果，为类似工程提供了成功的经验。10.2经济效益采用静态爆破成本317元/m3，采用人工切割凿打成本为360元/m3，采用城区石方控制爆破成本为81元/m3，而本项目爆破石方量为90000m3，较人工切割凿打可节约资金2511万元，较静态爆破可节约资金2124万元。另外，采取分层垂直开挖基坑岩壁，较放坡开挖大大减少了开挖量和后期的回填量，对岩壁进行适度处理后作为防水基层，为地下室外墙单面支模和混凝土浇筑创造了条件，加快了施工进度，实现无场地施工的目标。10.3社会效益采用石方控制爆破方案，较人工凿打方案提前工期12个月，较静态爆破方案提前工期6个月，避免了过长时间影响和干扰市民正常生产、生活秩序。本工法与同类爆破工程的工法相比，有利于文明施工，能确保周围建筑物、构筑物和重要设施不受爆破有害效应的影响，且实现了基础边壁垂直开挖，确保了人民群众、生命财产的安全，适用于各种条件下的石方控制爆破。11、应用实例11.1重庆世界贸易中心基坑开挖爆破工程该工程位于重庆渝中区解放碑夫子池，周边环境复杂，爆破区域临近402、462路公交车站和重庆大世界酒店。地下5层，地上62层，总高度：262m，总建筑面积：13.8万m