复杂环境下基坑钢筋混凝土支撑爆破拆除

复杂环境下基坑钢筋混凝土支撑爆破拆除

1基坑支护情况上海西郊的地下南北通道位于上海西郊的原始站下，由三层站和城市轨道交通15号线的综合地下大厅组成。先期实施的地下1层综合大厅基坑内支撑分为上下2道,第1道支撑中心标高-0.95m,中间局部有栈桥,第2道支撑中心标高为-6.45m,支撑混凝土设计标号均为C30。根据工程需要快速拆除2道钢筋混凝土支撑及第2道围檩,顶冠梁暂作保留。总计爆破钢筋混凝土方量约为3360m3。基坑北侧距离铁路隔离墙2.0m,围墙外侧即为运营中的京沪、沪昆等铁路线,距离最近铁路轨道中心线仅7.4m～8.2m,平行长度达83m;东侧距离围墙55m,围墙外为沪宁城际施工区;东南角距离铁路上海西站站房32.0m;南侧距离轨道交通11号线上海西站本体19.0m;西南角距离上海(西)邮件转运站5.5m;西侧距离围墙40.0m,围墙外侧为沪宁城际施工区。支撑爆破周围环境复杂,距离运营铁路线和城市轨道交通车站较近,重要基础设施保护要求高,需做好爆破设计控制和安全防护、警戒,才能安全、高效地完成爆破拆除任务,以保障周边环境和重要设施安全。其周边环境如图1所示。2控制爆破力量,加强防护棚设计本工程根据爆破拆除对象结构情况、所处环境、保护环境要求及爆破拆除规范规定,确定了以下几个方面作为爆破工作重点:(1)严格控制爆破药量。即采用微差爆破及小药量多孔装药等爆破技术,严格控制爆破震动,确保周边房屋等设施,尤其是铁路、地铁的安全。(2)强化防护棚设计,确保爆破飞石不出基坑,尤其是飞石不得进入铁路线内,破坏铁路设施及影响铁路运输。(3)做好与铁路线和地铁管理部门协调工作。(4)做好警戒线内安全警戒和协调工作。3爆破等级及爆破顺序确定(1)本工程根据地下结构回筑顺序,由下而上逐层爆破钢筋混凝土支撑,即先爆破第2道支撑和围檩,再爆破第1道支撑。基坑中间第1道支撑上栈桥板厚度30cm,直接采用液压镐头机破碎拆除。(2)爆破方法采用控制爆破法拆除基坑围护支撑,其施工技术和工艺均比较成熟,关键在于根据周围环境,针对不同层次支撑系统和同一层支撑系统中所处位置的不同,选择不同爆破等级,以确保基坑内需保护的部位、周边环境及重要设施的安全。爆破作业根据爆后效果可分为3个等级,即:(1)松动爆破:爆后箍筋拉断,爆破混凝土体碎块大部分在钢筋笼中、主筋气割后混凝土碎块基本解体,部分需要人工清凿。松动爆破震动小、飞石少,对周围环境影响小、安全;(2)强松动爆破:爆破后钢筋和混凝土体基本脱离,只在支撑结点和围檩结点等配筋强的地方需进行少量人工清凿;(3)分离爆破:爆破后钢筋和混凝土体彻底分离,基本不需要人工清凿;飞石初速度大,易穿过防护层。根据本次爆破周围环境情况,我们确定了支撑各部位的爆破等级,见表1所示。(3)起爆网络设计:为确保起爆网络的安全可靠,采用复式孔内延期非电起爆网络。即:采用孔内延期雷管,孔外起爆网络采用多向复式联接方式,在联接起爆网络时,通向一个雷管的起爆网络线在两个以上,以确保整个系统的可靠准爆。(4)起爆顺序:由于围檩与围护墙体相接触,截面较大,药量单耗较高,且距离基坑外建筑物及地铁较近,所以要注意爆破不能对围护墙和基坑外建筑物及管线产生有害影响。故爆破顺序选用,支撑和围檩连接处先爆破切口,割断爆破震动传播介质,然后延期爆破支撑,每根支撑梁爆破拆除顺序为先基坑边再向基坑中心;围檩沿宽度方向布排孔,逐排起爆,起爆顺序从内到外,指向围护墙;支撑节点起爆顺序为由外而内,段与段间隔50ms,一个节点分2～3段起爆。4爆炸参数设计(1)支撑高度厚度抵抗线W取200mm～350mm,孔距a取500mm～1200mm,排距b取100mm～300mm,孔深L一般取支撑高度(厚度)的2/3。(2)支撑的配筋率单孔药量Q=KaBh/n(1)式中,K为单位消耗药量,根据支撑的配筋率选定,一般取0.5kg/m3～1.5kg/m3;B为支撑截面宽度;h为支撑的截面高度;n为布孔排数。(3)kc、kc与爆破振动传播距离相关系数的确定式中,Q为分段爆破一次齐爆允许总装药量(kg);R为爆破中心至被保护建筑物的距离(m),取R1=5m(被保护建筑与炮孔的最近距离),取R2=15m(被保护建筑距基坑边线10m外的支撑炮孔最近距离);Kc、Kc′与传播爆破地震波的介质等条件有关的系数,Kc取150,Kc′取0.2;V为被保护物所在地面允许质点振动速度(cm/s),按国家标准为2.5cm/s,本次取2.4cm/s;α为爆破振动(地震波)随距离衰减系数,取α=1.5。计算得:距基坑边10m以外的支撑分段爆破一次齐爆允许药量Q=21.6kg;距基坑边10m以内的支撑分段爆破一次齐爆允许药量Q=0.8kg。我们结合现场周边环境,选用了与保护建(构)筑物较近的基坑10m范围内支撑分段爆破一次齐爆允许药量Q=0.8kg,与保护建(构)筑物较远的基坑10m范围外的支撑分段爆破一次齐爆允许药量Q=3.0kg。(4)表2显示了爆炸的参数5爆炸安全技术爆炸过程中产生的有害效应,主要包括:爆破震动、冲击波、飞散物、噪音和爆炸产生的尘烟等。(1)垂直振速公式目前拆除爆破中广泛采用质点振动速度作为衡量爆破震动强度的标准。对于拆除爆破,由于药量小,药包分散,自由面效应明显,质点振动速度的计算不同于一般矿山爆破,普遍采用以下计算公式:式中:V指建筑物质点垂直振速(cm/s);K、K′指与岩石性质、地形、爆破方法和爆破条件有关的系数,K取150,K′取0.2;a指爆破地震波随距离衰减的系数,取α=1.5;Q指分段爆破最大一段齐爆药量(kg);R指爆源中心到被保护建筑物的距离(m)。本次分段爆破近保护建筑的基坑10m范围内最大齐爆药量Q=0.8kg,基坑中间范围单段最大齐爆药量Q=3.0kg,计算出的保护建筑物质点垂直速度均小于国家规定爆破振速安全允许值2.5cm/s,以及小于地铁设施保护要求爆破振速限值1.0cm/s,故爆破周边建筑物是安全的。(2)空气波离m爆破时空气冲击波会对建筑物造成破坏作用,对房屋的冲击波安全距离一般按下式计算:式中RB为冲击波安全距离(m),即空气波的危害半径;KB为与装药条件和破坏程度有关的系数,露天松动爆破取0.9;Q为一次齐爆装药量(kg),取3.0kg。计算得RB=1.56m。在城市控制爆破中,由于一次齐爆的药量小,且是构件的内部爆破,冲击波的强度很低,加之在空气中传播时衰减很快,因此通常不予考虑。(3)爆破震动降震措施由于爆破地震效应与爆破介质性质、爆破工艺参数、起爆方法以及建筑物的结构类型等因素有关,不同的建筑物,因其建筑形式、质量等的不同,其抗震性能会有很大的差异。本次爆破结合现场环境进行精心设计,对设计方案进行反复论证,采用了以下措施对爆破震动进行了有效的控制:(1)采用分段延时起爆,减小一次最大齐爆药量(分别为3.0kg和0.8kg)产生的爆破震动降到允许范围内(计算得到最大振速分别为2.4cm/s和0.33cm/s),确保了爆破震动对周围建筑物不产生任何危害。(2)合理选用延时起爆时间和起爆顺序,使地震波主震相的相位错开,由此降低震动强度。(3)采用切口隔震方法,即先采用小药量爆破方法将围檩和支撑连接处炸开一个切口,然后毫秒延期爆破内部支撑,使爆破震动在切口处被阻断,从而降低爆破震动对围护墙结构的损害。(4)采用割筋降震方法,对围檩保护层混凝土采用人工风镐剥离,露出箍筋,以人工气割割法断箍筋。当主筋失去了箍筋的牵拉,就很容易推开。这样,大大降低了炸药单耗,有效地降低了爆破强度及爆破震动。(5)采用对称爆破方式,对钢格构柱处的支撑节点部位,采用了从外向内毫秒延时分段形似对称剥皮爆破技术,因爆破产生的作用力被对称抵消,从而达到了保护钢格构柱不受破坏的目的。(4)分段延迟爆破顺序支撑爆破拆要求控制飞石不出基坑,从技术控制单孔药量,适当增加炮孔深度,以及由表及里的分段延时爆破顺序,可以减少飞石,尽可能使飞石方向向下和两侧。为了确保飞石不出基坑,必须加强防护覆盖,对第1道支撑采用图2所示的防护方式,对第2道支撑采用图3所示的防护方式。无关人员应撤离危险区,同时应在爆破区四周安全距离外设封锁线和警示标记,并加强警戒。(5)爆炸声和灰尘控制搭设防护棚时将草包打湿可以有效控制粉尘污染,同时分段延期对控制爆破噪声也有显