《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》是中鐵十四局集團有限公司、中國建築第五工程局有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是宮海光、衡會、李新繼、戴四化、趙煒光、彭小毛；適用範圍是周邊環境複雜、繁華市區既有建築群中及類似條件下的露天基坑石方控制爆破施工。
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》主要的工法特點是：採取以薄層剝離為特點的微震動爆破技術和以弱擾動為特點的光面爆破技術；採用濕式鑿岩、濕式爆破、濕式挖裝、水草封堵及強防護等控制爆破技術；施工無飛石、無粉塵、弱擾動、弱衝擊波、低噪聲等；縮短工期、節約成本。
2009年10月19日，《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法
- 工法編號：GJYJGF011-2008
- 完成單位：中鐵十四局集團有限公司、中國建築第五工程局有限公司
- 主要完成人：宮海光、衡會、李新繼、戴四化、趙煒光、彭小毛
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家一級工法（2007-2008年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
廣州捷運三號線廣州東站南站廳豎井工程位於廣州火車東站站房、辦公大樓、捷運一號線及鐵城公司等高大建築群中，開挖面積1030平方米，開挖基底距地面31.1米，周邊緊貼各建築物基礎，個別區域為零距離，為深基坑石方控制爆破工程。
針對該工程的特點，中鐵十四局集團有限公司於2003年設立科研課題，開展科技攻關，取得了“薄層剝離微震動爆破和弱擾動光面爆破技術”成果，同時，形成了《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》。
工法特點
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的工法特點是：
一、採取以薄層剝離為特點的微震動爆破技術和以弱擾動為特點的光面爆破技術。
二、採用濕式鑿岩、濕式爆破、濕式挖裝、水草封堵及強防護等控制爆破技術。
三、可達到無飛石、無粉塵、弱擾動、弱衝擊波、低噪聲等環保標準，可實現繁華市區零距離條件下的綠色爆破施工。
四、根據不同地質條件、不同位置、不同爆破類型以及實時監測信息反饋情況，選取合理的爆破參數。
五、對比靜態爆破和液壓錘施工，該工法在同等情況下可縮短工期、節約成本。
操作原理
適用範圍
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的適用範圍是：周邊環境複雜、繁華市區既有建築群中及類似條件下的露天基坑石方控制爆破施工。
工藝原理
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的工藝原理敘述如下：
採用分區、順序爆破，首先掏槽創造臨空麵條件，進而依靠臨空面，淺孔台階逐層剝離控制爆破。掏槽採用鑽機成孔，預留空孔做臨空面、隔孔裝藥、孔內微差、間隔裝藥，孔外接力網路方法；採用小間距淺鑽孔，小直徑藥卷、少裝藥量、非電毫秒雷管等措施，實現台階薄層剝離微震爆破。採用預留光爆層，密排炮眼、間隔裝藥、微差起爆等措施，實現光面爆破。
採用濕式鑿岩、濕式爆破、濕式挖裝減少粉塵，水草封堵及砂袋、鋼板、膠皮帶等構築覆蓋層的強防護措施控制飛石、降低噪聲。
根據跟蹤監測實現信息化管理，不斷最佳化爆破設計，調整爆破參數，使爆破影響始終控制在環保標準以內。
施工工藝
- 工藝流程
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的工藝流程見圖1。
圖1 控制爆破施工流程
- 爆破參數及控制
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的爆破參數及控制如下：
一、鑽爆參數（見表1）
爆破部位 | 爆破類型 | 台階高度H（米） | 最小抵抗線w（米） | 孔距a（米） | 排距b（米） | 孔深l（米） | 單耗k（千克/立方米） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
掏槽區 | 掏槽爆破 | 1.0 | 0.6~0.8 | 0.4~0.5 | 0.3~0.4 | 1.2 | 1.2~1.5 |
淺孔台階 | 1.0~1.8 | 0.6 | 0.8~1.0 | 0.6~0.8 | 1.2~2.0 | 0.30~0.35 | |
薄層剝離區 | 淺孔台階 | 1.6~1.8 | 0.6~0.8 | 0.8~1.0 | 0.6~0.8 | 1.8~2.0 | 0.25~0.30 |
光面爆破區 | 光面爆破 | 1.6~1.8 | 0.6 | 0.4~0.5 | 一 | 1.8~2.0 | 0.12~0.15 |
二、爆破參數說明
1.掏槽爆破：採用中心拉槽控制爆破來開挖臨空面。選取位置鑽鑿12~15孔，孔深1.2米，孔距0.4~0.5米，先爆破矩形槽腔，為石方創造臨空面。
2.淺孔台階控制爆破：沿槽腔向四周採用淺孔台階控制爆破施工。可採用一層方法施工，孔深1.2米，當槽腔擴大4~5米時，進行下層拉槽，台階高度選擇1.6~1.8米，孔深1.8~2.0米。採用分層剝離法施工每次爆破排數不大於3排。
3.光面爆破：光面爆破緊貼建築物基礎，採用預留光爆層法。開挖兩層進行光面一次，光爆孔孔深一般為1.8~2.0米，單孔或雙孔微差起爆。
三、藥量計算
計算公式：Q=Ka·wH或Q=Ka·bH。
式中Q——單孔裝藥量（千克）；a——孔距（米）；b——排距（米）；w——最小抵抗線（米）；k——單位用藥量。
計算後，當Q>Qmax時，要重新調整孔排距，保證單響藥量Q≤Qmax。以控制質點振動速度v≤2.5厘米/秒。Qmax為計算最大單響藥量。
四、起爆網路設計
起爆網路是爆破成敗的關鍵。每次爆破前均應向附近各有關單位進行通報，因此準時起爆是爆破的重要工作。在設計爆破網路時，要保證各藥包按設計起爆時間，起爆順序全部起爆。起爆網路見圖2。
圖2 起爆網路圖
1.孔內微差起爆網路
對於起爆炮孔較少的掏槽（拉槽）孔和擴槽孔，將非電毫秒雷管按設計段數裝入孔內，毫秒雷管採用跳段使用。
2.微差接力網路，要增大一次起爆方量，加快施工進度需進行多炮孔起爆，將高段（10#~13#）雷管裝入孔內，孔外採用低段雷管（2#、3#、5#）接力，達到孔外接力，孔內微差的目的。
五、裝藥和堵塞
當孔深≤1.2米時，採取一層裝藥；當孔深>1.2米時，採取雙層間隔裝藥；光面爆破採用分層間隔裝藥，空氣間隔。裝藥結構見圖3。裝藥採用人工裝藥，裝藥時應注意嚴格按設計裝藥數量及裝藥結構裝藥，嚴禁多裝藥。
圖3 裝藥結構圖
炮孔堵塞質量是保證爆破效果的關鍵，採用水草封堵方法進行。由於豎井開挖中有裂隙水流入，所以直接用水封堵，當孔內有水時，炸藥易浮起，造成裝藥不到底產生根坎而影響爆破效果，水孔內加草封堵，可取得良好的爆破效果。
- 施工要點
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的施工要點如下：
一、爆破方法確定
採用分區、分層、分步從上向下逐層分步開挖爆破法。先掏槽爆破，掏槽採用鑽機成孔，預留空孔做臨空面、隔孔裝藥、孔內微差、間隔裝藥，孔外接力網路方法。然後沿槽腔向四周採用淺孔台階薄層剝離控制爆破進行主體石方施工，採用小間距淺鑽孔，小直徑藥卷、少裝藥量、非電毫秒雷管等措施，實現台階薄層剝離微震爆破。光面爆破隨每層跟進爆破，採用預留光爆層，密排炮眼、間隔裝藥、微差起爆等措施，實現零距離弱擾動光面爆破。
二、水草封堵技術
炮孔堵塞採用水草封堵方法進行。當炮孔內有水時，水孔內加入一定厚度多層柔性麥稈稻草進行封堵。水草封堵技術可以保證炮孔裝藥到位，有利於改善爆破效果，同時更有利於減少衝擊波和噪聲的強度，還起到了消煙防塵的作用。在採用水草封堵進行炮孔堵塞時，應注意炮孔較淺時不宜採用，最好用於炮孔深度L≥1.0米的炮孔，炮孔裝藥量不宜太少，原則上不小於150克。
三、強防護的使用
強防護措施可以防止爆破飛石對周圍建築物的危害，同時可以起到減少衝擊波，減低粉塵和降低噪聲的作用。炮孔上部採用編織袋裝碎石、砂分三層交叉碼砌，平行相鄰的兩袋交接不小於30厘米，上層和下層錯縫壓實，其上再覆蓋打濕草袋兩層，上壓一層膠帶或膠簾，膠帶用鋼板或編制袋裝土壓牢，見圖4。
圖4 炮孔覆蓋防護立面示意圖
強防護採用多層沙袋，兩層打濕草袋、1~2層膠帶或膠簾，此覆蓋材料既重又有一定柔性，每一道均能有效的吸收從水草封堵孔中衝出的衝擊波能量，降低造成噪聲的超壓的形成，起到隔聲和減噪作用，同時又起到了吸塵作用，具有良好的環境保護作用。
四、爆破震動控制
1.爆破震動速度
根據中國《爆破安全規程》規定，一般建築物和構築物的爆破地震安全性應滿足安全振動速度的要求，主要類型的建（構）築物地面質點的安全振動速度規定見表2。
建（構）築物類型 | 規定爆破震動速度（厘米/秒） | 備註 | 建（構）築物類型 | 規定爆破震動速度（厘米/秒） | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|
土窯房、土坯房、毛石房屋 | 0.5~1.5 | ╱ | 水工隧道 | 7~15 | ╱ |
一般磚房、非抗震的大型砌塊建築物 | 2~3 | ╱ | 交通隧道 | 10~20 | ╱ |
鋼筋混凝土框架房屋 | 3~5 | ╱ | 礦山巷道 | 15~30 | ╱ |
2.爆破震動效應的控制方法
（1）採用低威力、低爆速炸藥，採用小直徑（20毫米）的不耦合裝藥，可以達到一定的降振效果。
（2）採用微差爆破，微差分段越多，間隔時間越長（大於100毫秒），降振效果越好。
（3）採用預裂爆破或開挖減振溝槽。
（4）限制一次爆破的最大用藥量。對被保護建築物的允許臨界速度確定後，即可根據R、K和a計算出一次爆破的最大用藥量。當設計藥量大於該值而又沒有其他降振措施時，則必須分次爆破，控制一次爆破的炸藥量。
五、無粉塵爆破實施
1.濕式鑽孔：採用濕式鑿岩，禁止乾式鑿岩。
2.濕式爆破：將成型鑽孔加壓灌水，使水對炮孔周圍岩體進一步滲透，爆破層岩體有一定濕度。
3.濕式挖裝：爆破後及時灑水降塵，實現濕式挖裝。
- 勞動力組織
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的勞動力組織見表3。
序號 | 工種 | 人數 | 主要職責 |
|---|---|---|---|
1 | 現場指揮 | 1 | 負責現場全面管理，協調各方關係 |
2 | 技術人員 | 2 | 工程師、助工各一名，負責布孔及爆破技術 |
3 | 爆破員 | 5 | 負責炸藥運輸、裝藥、堵塞、聯網及起爆破，參與防護 |
4 | 鑽工 | 6~8 | 負責鑽孔及防護 |
5 | 安全員 | 2 | 負責安全檢查及警戒檢查 |
6 | 空壓機司機 | 1 | 負責供風 |
7 | 抽水工 | 1 | 負責基坑抽水 |
材料設備
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》所需主要材料為砂袋、草袋、膠帶、鋼板、乳化炸藥、火工品等；主要設備見表4。
序號 | 名稱 | 型號 | 數量（台） | 用途 | 產地 |
|---|---|---|---|---|---|
1 | 風槍 | 7655型 | 5 | 鑽孔 | 中國 |
2 | 空壓機 | SA-5150W | 1 | 為風槍供風 | 中國 |
3 | 水泵 | JQB-1-6 | 2 | 基坑抽水 | 中國 |
4 | 爆破震動測試儀 | IDTS1850 | 1 | 爆破振速測試 | 中國 |
質量控制
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的質量控制要求如下：
一、工程質量控制標準
爆破施工質量執行《爆破安全規程》GB6722—2003、《土方與爆破工程施工及驗收規範》GBJ201—83、《地下鐵道工程施工及驗收規範》GB50299—1999。
二、質量保證措施
1.根據基坑地質條件，做好爆破設計，嚴格按設計孔網參數進行布孔、鑽孔及裝藥，保證爆破效果，破碎塊度均勻，以利於挖裝。
2.控制周邊光爆孔的鑽孔角度，外插量不大於20厘米，光爆孔應在同一平面上，爆破後邊坡穩定，半孔率達90%以上。
3.控制基坑底層超鑽深度，做到不欠挖、不超挖以達到底部一次成型效果。
4.基坑在開挖全過程中，控制振動、飛石、衝擊波及噪聲的影響，保證周圍建築及人員安全。
安全措施
採用《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
一、安全管理措施
1.認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員參加的安全生產管理網路，執行安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產。
2.爆破作業及爆破器材使用均應嚴格遵守《爆破安全規程》GB6722—2003的規定，嚴防爆破器材丟失或被盜，確保社會安全。
3.爆破設計必須由具有公安部A級爆破資質人員設計，爆破作業必須由公安部門培訓的爆破員和安全員實施，並做到持證上崗。
4.施工現場按符合防火、防風、防雷、防觸電等安全規定要求進行布置，並完善布置各種安全標識。
二、安全技術措施
1.採用微振動爆破技術，爆破震動控制在允許標準（2.5厘米/秒）以內，並通過振動監測進行動態管理，隨時調整爆破參數，以減小爆破震動的影響。
2.採用強防護、水草封堵技術，做到無飛石、無粉塵、弱衝擊波、低噪聲爆破，實現爆破安全與環保兩項目標。
環保措施
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的環保措施如下：
一、採取濕式鑽孔、濕式爆破及濕式挖裝，做到無粉塵施工。
二、採取水草封堵措施，起到了消煙降塵、減少衝擊波產生、降低噪聲強度、減少衝擊波超壓強度的作用。
三、採取強防護措施，起到了隔聲和減噪作用，同時又起到了吸塵作用。
效益分析
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的效益分析如下：
一、技術經濟分析
在高大建築群中進行基坑石方開挖施工，為保證周圍建築物安全和不影響辦公生活秩序，傳統上採用靜態爆破、振動錘施工等方法，因受工程工期、造價、工程多斷面形式等條件限制，經論證及科技攻關，採用淺孔微振動爆破施工，解決了高大樓群等複雜環境下地下鐵道開挖施工難題，其中高大建築群中基坑石方微振動控制爆破技術為複雜環境下的捷運建設提供了經驗。
二、經濟效益
在複雜的環境下採用淺孔微振動控制爆破，其套用相對於靜態爆破及液壓錘施工，可以節約成本、縮短工期。
三、社會效益
採用微振動控制爆破綜合技術進行高大建築群等複雜環境下深基坑的開挖，可保證地面各種交通道路暢通、周邊建築物的安全穩定以及人員的正常出行，實現綠色爆破。施工中，周邊建築物及上部辦公樓玻璃帷幕沒有一塊損壞，來往旅客多達幾十萬人次沒有一人受到驚嚇和產生恐怖現象，無一人提出投訴。
四、環境效益
在城市高大樓群之中和大量行人的情況下，採用濕式鑿岩，濕式爆破、濕式挖裝、水草封堵及強防護等措施進行微振動控制爆破，可以做到無飛石、無粉塵、弱衝擊波、低噪聲爆破，消除對周邊建築物及行人的影響，具有環保效果。
套用實例
《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》的套用實例如下：
- 實例1：廣州捷運三號線廣州東站南站廳豎井
廣州東站南站廳豎井位於高大建築群之中，豎井北側一牆之隔即為正在營運的捷運一號線廣州東站，其上部為廣州火車東站辦公大樓，西側為廣州火車東站進出口，日客流量達4~6萬人次，緊鄰豎井東側和東北側為廣州火車東站站房，其地面上樓房表面為玻璃帷幕裝修，抗震能力差，南側為鐵城公司地下三層車庫。
面對複雜的環境和大量的人流，中鐵十四局集團有限公司採用了微振動爆破進行石方施工，採用弱擾動光面爆破技術進行零距離爆破施工，採用濕式鑿岩、濕式爆破、強防護及水草封堵技術，自2003年5月26日試爆開始，至2004年2月17日，歷時296天，共爆破1048次，快速安全地完成了17665立方米石方開挖任務，對周邊建築物和人員未造成不良影響，未發生被投訴事件。採用該技術節約資金420萬元。
- 實例3：廣州市軌道交通五號線西村站工程
廣州市軌道交通五號線西村站為廣州市軌道交通路網中五號線與八號線的換乘車站，其中北站廳基坑深18.23米、南站廳19.33米，均為不規則五邊形基坑。周邊建築物眾多，建築物距離基坑最近僅有不到5米，對爆破施工要求較高。
根據工程的特點，結合技術要求，充分借鑑在捷運三號線廣州東站南站廳豎井開挖爆破施工中的經驗，進行了各種不同情況下的爆破設計。採用分區、分層、分步開挖順序，採取薄層剝離、弱擾動光面爆破技術，完成了在繁華建築群中大跨深基坑開挖，爆破實現了無飛石、微振動、低衝擊波、無粉塵、低噪聲爆破，爆破達到了安全環保目標。採用該技術節約資金462萬元。
- 實例3：廣州市軌道交通五號線動物園站工程
廣州市軌道交通五號線動物園站位於廣州市老城區中最繁華且交通流量較大的城市主幹道環市東路與梅東路交叉口，明挖基坑位於動物園南門前廣場上，周邊高樓林立，且有公交總站及內環路高架橋，對基坑爆破開挖提出了較高要求。
根據工程的特點，結合技術要求，充分借鑑在捷運三號線廣州東站南站廳豎井開挖爆破施工中的經驗，進行了各種不同情況下的爆破設計。採用分區、分層、分步開挖順序，採取薄層剝離、弱擾動光面爆破技術，完成了在繁華車站建築群中大跨深基坑（20.7米）開挖，爆破實現了無飛石、微振動、低衝擊波、無粉塵、低噪聲爆破，爆破達到了安全環保目標。採用該技術節約資金108萬元。
註：施工費用以2007-2008年施工材料價格計算
榮譽表彰
2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《高大建築群中深基坑石方控制爆破施工工法》被評定為2007-2008年度國家一級工法。
