地铁区间穿古建筑群微振爆破工法全

地铁区间穿古建筑群微振爆破工法随着我国城市地铁的蓬勃发展，在人口密集、建筑物林立的城市繁华地段采用钻爆法施工的地铁工程也越来越多。青岛作为国家历史文化名城,历史文化遗产十分丰富，保存了大量以德占时期修建的古建筑群为代表的优秀历史遗存，其中由中铁四局承建的青岛市地铁一期工程（3号线）土建01标段施工地段分布有国家级重点文物保护建筑10座，省级文物保护建筑2座，市级文物保护建筑6座，历史均在一百年左右。地铁区间爆破施工时如何有效地控制爆破振动有害效应,保障这些不可再生历史文化遗产的安全，成为项目亟待解决的一项重要课题。两年来，中铁四局在青岛地铁项目施工中，通过不断的研究试验、科技攻关及总结提高，初步形成了一套地铁区间穿古建筑群微振爆破施工技术方案，安全、高效、和谐的穿越了古建筑群，取得了较好的社会经济效果，经总结，形成本工法。2工法特点采用五梅花大直径中空直孔掏槽，掏槽区逐孔起爆，有效的降低了掏槽时的单段药量；利用大直径空孔作为掏槽时的辅助自由面，减小了掏槽区抵抗线，有效的降低了掏槽区单孔装药量；大直径空孔作为破碎体的补偿空间，亦可降低掏槽振速。掏槽区布置尽量远离被保护体，以加大掏槽部位爆源至被保护体的距离，减小掏槽时被保护体处的振速。采用合理的孔内、孔外联合延时起爆网络，大大的增加了分段次数，有效的降低了单段药量。上台阶周边眼装药孔与空孔间隔布置，孔距20cm,空孔超深装药孔一循环，通过增加周边空孔进行隔振。采用上下台阶分部开挖法，上台阶底部的掏槽区小导洞与上台阶剩余部分分次爆破，避免掏槽效果不好时，掘进孔及周边孔起爆无临空面，致使地面质点振速加大。在单段药量一定的条件下，适当减小孔、排距，多布孔，单孔少装药，利用多孔齐爆时同段别雷管之间存在的延时误差降低振速。通过采用以上综合减振技术，在采用普通非电毫秒延期导爆管雷管、分部开挖次数较少、进尺较大的条件下，实现了硬岩、大断面、浅埋地铁区间隧道微振爆破开挖，安全、高效、和谐的穿越了古建筑群。3适用范围本工法适用于重点文物、古迹或其他爆破振动速度允许值较低建筑物附近的地下暗挖工程钻爆法施工。4工艺原理本工法是通过采用五梅花大直径中空直孔掏槽、降低掏槽部位、孔内外联合延时起爆网络、周边空孔隔振、多打眼少装药等综合减振技术，合理选用分部开挖方法、循环进尺及爆破参数，通过爆破试验及跟踪监测，不断优化钻爆设计，最终实现硬岩、大断面、浅埋地铁隧道微振爆破开挖/安全、高效、和谐的穿越古建筑群。5施工工艺流程及操作要点见图5.1。5.2操作要点爆破振动安全允许速度的确定根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）,地面建筑物的爆破振动判据,采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率，按此标准，文物建筑所在地面质点振速安全允许值为V>0.3〜0.5cm/so根据《青岛市地铁一期工程可行性研究报告（文物保护专篇）》对文物保护建筑振速安全允许值研究结果及设计文彳牛要求，文物保护建筑承重结构顶振速安全允许值为V>lcm/so根据《青岛市地铁一期工程（3号线）土建01标段建筑物现状调查评估报告》及《青岛市地铁一期工程（3号线）土建01标段穿越文物建筑专项方案论证会专家意见》，建议振速安全允许值V按不大于0.5cm/s控制。根据《古建筑防工业振动技术规范》(GB/T50452-2008)所规定古建筑承重结构顶振速安全允许值为V>0.02〜0.06cm/so由于《古建筑防工业振动技术规范》(GB/T50452-2008)针对的是普遍意义上的古代木结构建筑和遗址，适用于在振动长期作用情况下的古建筑。而本工程沿线重点文物保护单位基本属于历史在一百年左右的砖石结构建筑，地铁穿越文物建筑爆破施工为短期行为，隧道通过时间为15〜30天，文物建筑承重结构顶振速监测实施也相对困难，结合以上相关标准、研究报告及方案论证会专家意见综合考虑确定，振速安全允许值按文物建筑所在地质点振速》0.5cm/s执行。分部开招方法的确定根据围岩情况，硬岩、大断面、浅埋地铁隧道可采用全断面法开挖，但一次开挖面积较大，非电毫秒延期导爆管雷管现仅有20个段别，在单段药量较小、一次开挖面积较大的情况下分段次数受雷管段别限制，即使采用孔内、孔外联合延时起爆网络，爆破效果仍难以保证，反之，若分部开挖次数较多，将制约工程进度；隧道爆破掏槽是成败的关键，若掏槽效果不好，掘进孔及周边孔起爆时无临空面，孔内炸药爆炸能量将绝大部分转换为岩体振动，并以振动波形式向外传递，致使地面质点振速加大。综合考虑以上因素，分部开挖方法采用上下台阶、上台阶掏槽区单独起爆的施工方法。图分部爆破开挖尺寸及顺序5.23掏槽形式的选择楔形掏槽因具有易抛掷及掏槽振动相对较小的优点，成为隧道爆破采用的最主要掏槽形式，但楔形掏槽一般至少需要两孔以上对称同时起爆方能保证掏槽效果，该工程被保护文物建筑的振速安全允许值为下0.5cm/s,若想达到循环进尺较大、分部开挖次数较少的目标，实现快速掘进，楔形掏槽难以满足要求。通过对多级复式楔形掏槽、五梅花小直径中空直孔掏槽和五梅花大直径中空直孔掏槽三种掏槽形式现场试验结果比较，最终确定为五梅花大直径中空直孔掏槽形式。炮孔布置.起爆网络及装药量设计炮孔布置应遵循以下原则：一是应结合钻爆台架进行布置，与钻爆台架相适应，避免布置的炮孔因台架遮挡或人员无法就位而无法实施。二是应对不同部位的炮孔分别采取相应的布置原则：①为便于装运、爆后找顶割乍业，要求堆渣集中一些，及为增大掏槽区至被保护对象的距离,降低掏槽振速，掏槽区应布置在断面的中下方；②为确保爆破效果，为后续爆破创造良好的临空面，扩槽孔、内圈孔应比掘进孔适当加密；③掘进孔一般采用环形或线性布置，抵抗线一般为同排炮孔间距的0.8倍左右④周边孔孔距应不大于0.8倍光爆层厚度；⑤底板孔要克服先爆破产生的岩渣增加的负荷，间距及抵抗线应加密至掘进孔的0.8倍。三是在单段药量一定的条件下，尽量多布孔，因多孔齐爆时同段别雷管之间存在延时误差，有利于降低振速。起爆网络设计应遵循以下原则：一是起爆顺序应按照掏槽孔一扩槽孔一掘进孔t底板孔一周边孔进行；二是段间间隔时间一般应大于50ms,防止地震波叠加；若受雷管段别限制，无法满足整个网络段间间隔时间大于50ms,可在掏槽区的一侧使用单号段别雷管，而另一侧使用双号段别雷管满足掏槽区同侧段间间隔时间大于50ms，因掏槽区的隔离，形成掏槽区两侧交叉爆破，地震波叠加的概率仍较小；三是采用孔内、孔外联合延时起爆网络，利用现有雷管段别进行组合，大大增加了分段次数，降低了单段药量，但孔内、孔外联合延时起爆网络的使用应注意：①各段别延时应满足起爆N页序的要求；②各段别间隔时间符合上述要求；③底部炮孔特别是掏槽区底部的炮孔，必须进入孔内延时后其上部炮孔方能起爆，否则滚落下来的岩石会砸毁底部炮孔的导爆管而产生盲炮，且因盲炮在炮堆下面而难以处理；④尽量将孔外连接雷管挂在掌子面上边缘，避开先爆炮孔的岩石抛掷线路，防止孔外连接雷管的导爆管受到冲击毁坏而产生拒爆现象。装药量设计应遵循以下原则：一是单孔药量的确定应根据孔距、排距、进尺及不同部位的炸药单耗量进行；二是单响药量不得超过最大单响药量。5.2.7钻爆作业钻爆作业采用自制钻爆台架，按钻爆设计进行钻眼、装药、接线和引爆。施工顺序为:施工测量一布孔―钻孔一炮孔检查一爆破器材准备一装药一连接爆破网络一爆破网络检查一炮孔堵塞一爆破警戒一起爆信号一起爆一盲炮检查、处理一解除警戒一爆破效果分析评估一修正钻爆设计。1根据测量的中线、标高画出开挖轮廊线，并根据钻爆设计标出炮眼位置，经检查符合设计要求后方可钻眼。2在钻孔过程中，应严格控制钻孔的角度、深度及孔、排距。孔眼钻进时应留意地质的变化情况，并做好记录。3钻孔完成后应将炮眼内泥浆、石粉吹除干净，经检查合格后方可装药。4根据钻爆设计发放火工品。5装药过程中应严格控制药量，周边孔采用不耦合装药，其余炮孔采用集中装药；起爆药包置于孔底，雷管聚能穴朝孔口，即采用反向装药起爆。若岩体渗水或湿度大，孔底先置乳化炸药，倒数第二个药卷作为起爆药包。6网络连接由经验丰富的老炮工操作，技术员对照钻爆设计交底进行复查，并填写爆破设计执行情况检查表，发现问题立即纠正，确保爆破网络的可靠性。7炮眼堵塞长度不宜小于200mm,堵塞物用粘土和细砂拌和，含水量15%〜20%（一般以手握紧能使之成型，松手后不散开，且手上不沾水迹为准）。8按监测方案确定的测点位置布设爆破振动监测仪器。9指挥员在接