广州轨道交通十二号线白云文化广场站基坑石方爆破设计综述

广州轨道交通十二号线白云文化广场站基坑石方爆破设计综述

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摘 要：广州轨道交通十二号线白云文化广场站基坑工程所处地质环境较好，周围环境复杂，本文详细分析了基坑的地质特征、基坑周围的复杂环境，为缓解爆破对周围既有建筑物的影响，从爆破设计方案、爆破设计参数、爆破网络、爆破危害的防护等方面提出了防护控制技术实现了施工有序、快速、安全的目标 , 取得了良好的社会效益和经济效益。

关键词：基坑；掏槽爆破；浅孔台阶爆破；防护；总体设计

中图分类号：U231.1 文献标志码：A

文章编号：1672-6073（2019）01-00 -04

Summary of Design of Intercity Tunnel on Guangzhou-Foshan Intercity Railway

PENG Junwen1

(STIG Design, Consulting & Research Institute Co., Ltd., Chengdu 610000, China)

Abstract：Guangzhou South Railway Station to Baiyun Airport Section under construction is an important part of the Pearl River Delta Intercity Rail Transit Network and Guangzhou-Foshan Ring Line, which has significant characteristics of large embedded depth (130m max.),high hydraulic pressure (1.2MPa max.),complex surrounding rock conditions(shield tunnel passes through a large number of fully weathered gneiss and carbonaceous slate sections, which has low compression modulus, significant difference in permeability, easy softening in water and poor self-stabilization).This paper describes the overall scheme of the Shield Tunnel between Dayuan Station and Taihe Station of Guangzhou-Foshan East Ring Tunnel, the constraction environment, technical standards, the tunnel plane and longitudinal section arrangement, etc. Some key technologies are also elaborated upon, including the lining type and waterproofing of shield tunnel with large embedded depth and large embedded depth, deformation control of lining structure with large embedded depth and complex surrounding rock conditions and type selection of shield machine.

Keywords：Large cover depth; shield tunnel; high water pressure; complex ground; overall design

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0 引 言

我国土地资源有限，城市工程地下空间利用越来多。但不少地下部分地质条件复杂，特别是周边有较多的构筑物，而地下为岩石的情况下，给基坑开挖提出了更高的技术要求[1]。采用静态破碎方法虽然安全可靠，但费用高，施工周期长；采用岩爆方法开挖，施工速度快，施工成本相对较低，根据对既往施工中类似工程项目分析，安全施工风险大。针对本工程的特点及难点，采取适当的技术措施，保证建筑物及周边环境安全，实现基坑岩石爆破开挖高效快速施工[2]。

1 工程概况

广州市轨道交通十二号线线路起源于浔峰岗站，途径白云区、越秀区、海珠区、番禺区，其中包括有二沙岛、金沙洲、同德围、新市、赤沙和北山等人群居住密集的地方，止于大学城南站。线路呈西北-东南走向、线路全长37.6千米，全部为地下线；共设置25座车站，全部为地下车站。列车将采用无人驾驶的6节编组A型列车，见图1。

图1 广州市轨道交通十二号线线路图

白云文化广场站为广州地铁12号线的第八个车站，位于云城西路与齐富路的十字交叉口东侧，沿齐富路敷设，与地铁2号线白云文化广场站通道换乘，如图2所示。

图2 车站周边环境示意图

车站线路设计里程为DK20+442.150～DK20+620.050，中心里程为右DK20+538.500，共设置5个出入口，2组风亭，两端均为盾构始发井。本车站拟采用明挖法施工，车站基坑总长度约为177.9m，标准段宽23.5m，大、小里程盾构井段基坑宽为27.4m，开挖深度约26.13m~26.99m，开挖石方量约60000m3。纵向坡度沿线路小里程端至大里程端为2‰降坡，如图3所示。

图3 白云广场站平面图

1.1车站地形地貌

白云文化广场站场地位于冲洪积平原地貌，车站以东逐渐进入低山、丘陵地貌。地面标高一般约14.61m~16.04m。车站场地内由于经过城市化改造，地面较平整。周边无大的河流，西距萧岗涌直线距离约90m。

1.2爆破区域周边环境

白云文化广场站周边环境较为复杂，车站主体于云城西路与齐富路的十字交叉口东侧，沿齐富路敷设。地处白云区齐富路下，车站基坑北侧约57m为保利云禧7、8、9、10栋，基坑西北约64m为中海云麓公馆A1、A2栋，基坑东侧地下9.75m为地铁2号线，基坑南侧84m为广州市城市规划展览中心，基坑南侧106m为广东画院，基坑西侧为云城西路，越过云城西路为萧岗花园小区。基坑东侧为新建通讯管廊，距离基坑围挡35米，距离爆破点58米，基坑周边主要构建筑物情况如表1所示，车站周围主要建筑物如图4所示。

表1 基坑周边主要构建筑物情况

序号	建构筑物名称	层数	基础形式	建构筑物与处理溶土洞范围位置关系
1	广东画院	7	筏形基础、桩基础，混凝土灌注桩，桩长约12m，桩径0.5m	与基坑南最近处距离约为101m。
2	广州市城市规划展览中心	12	桩基础	与基坑最近处约为84m。
3	云麓公馆A1	20	筏形基础，直径500mm素混凝土刚性桩复合地基，CFG桩，桩长约20m，桩径0.5m；中海云麓公馆小区基坑：旋喷桩，桩长约5～12.5m，桩径0.55～0.6m；旋挖桩，桩长约10.5～12m，桩径1m；锚管，管长约6～14m；锚索，索长约20～24m	距基坑北侧约为57m
4	保利云禧7、8、9、10栋	23	桩基础，混凝土灌注桩，桩长约19m，桩径0.8～1.6m	距基坑北侧最近处距离58m
5	地铁2号线	1	筏板基础	与2号线最近处距离9.75m

图4 车站周围主要建筑物

2 爆破设计方案

白云文化广场站基坑爆破设计，为明挖基坑，基坑地质环境较好，周围环境复杂，基坑采用分层开挖，支护随开挖跟进，相互配合。结合基坑支护和基坑开挖方法，采用浅孔台阶控制爆破，基坑整体由基坑两侧向中间推进。

车站东侧与既有地铁2号线20m范围采用非爆破开挖法。爆破范围如下图5（图中阴影部分）。

图5 基坑爆破区域

车站采用掏槽爆破和浅孔台阶爆破结合的开挖方式，分层开挖，每层约6m，每个分层分为两次爆破进尺。在未形成台阶前采用掏槽爆破形成沟槽，创造台阶自由面，形成台阶过后按照推进方向依次采用浅孔台阶的爆破方式推进，台阶高度为1~4.5m。

通过对施工现场爆破区域的实地踏勘，综合考虑爆破区域地形、岩石的性状及周围环境条件，根据工程主管部门对爆破作业的有关技术要求，爆破时宜采用毫秒延时控制松动爆破法进行的爆破作业。根据爆破安全计算，离需保护建构筑物不同距离采用将单段装药量严格控制在所对应的最大段装药量Qmax以下进行装药试炮，并根据爆破监测反馈的数据，及时调整孔排距、孔深、装药量等爆破参数。采用导爆管毫秒雷管或电子数码雷管，实施分段延时爆破，控制最大段药量。

3 爆破设计参数

3.1掏槽爆破设计

为形成良好的台阶进行浅孔台阶爆破，在现有台阶的情况下可以利用现有台阶，在未形成台阶的情况下可使用掏槽爆破方式形成台阶。为适应不同的台阶高度本项目设置2种掏槽爆破，在施工中可根据现场条件选取，如图6~7所示。

图6 一级掏槽示意图

图7 二级掏槽示意图

掏槽区炮孔深度控制在1.2～4.9m左右，每炮循环进尺控制在1～4.5m左右。掏槽孔对眼间距取1100mm～1600mm（两级掏槽第一级掏槽对眼间距设计为600mm～800mm），掏槽孔排距为500mm～700mm，掏槽孔角度为70°。具体参数在试爆后作进一步调整。装药量见下表2~3所示。

表2 一级掏槽装药参数

掏槽形式	炮孔名称	孔数	孔深	孔距 （mm）	排距 （mm）	单孔药量(kg)	单段药量(kg)
一级掏槽	掏槽孔	12	1.5	1500	500	0.6	2.4

表3 二级掏槽装药参数

掏槽形式	炮孔名称	孔数	孔深	孔距 （mm）	排距 （mm）	单孔药量(kg)	单段药量(kg)
二级掏槽	掏槽孔	10	2	1500	500	0.9	3.6
	掏槽孔	12	4.9	1000	500	3.0	6.0

3.2浅孔台阶爆破设计

浅孔台阶微差控制爆破采用分层开挖，台阶高度根据分层高度而定，取1-4.5m，依据具体情况合理灵活选择台阶高度。为了确保围护结构的稳定性，最大限度减少爆破震动对围护结构及周围环境的影响，所以采用松动控制爆破和弱松动控制爆破相结合方式进行施工，以减少或避免爆破振动对明挖段结构的影响，施工时先进行松动控制爆破区，预留的弱松动控制爆破区作缓冲区对围护结构进行保护。其工法如下：

（1）松动控制爆破区：离围护结构1.5m以外区域为二区，采用小台阶微差松动控制爆破，台阶高度约1.0m～4.5m。

（2）弱松动控制爆破区：为最大减小爆破对围护结构的震动影响，离围护结构1.5m内为一区，采用单孔单响微差弱松动控制爆破。

图8 爆破分区示意图

根据基坑的地形地质条件和进度要求，选用7655钻机孔径为Φ42mm或者液压钻机孔径为Φ50mm。为了便于施工和准确控制钻孔方向，采用垂直钻孔形式。结合钻孔孔径和施工便利，选用Φ32mm药卷乳化炸药。雷管选用毫秒导爆管雷管或电子雷管。

最小抵抗线W＝(25～30)d；

炸药单耗取：0.35kg/m3～0.45kg/m3；

堵塞长度l=（1.0-1.5）w,或大于1/3 炮孔深度。

单孔药量计算：

由公式Q=a×b×H×q计算并进行试验调整。

式中：Q----单孔药量，kg；

q----炸药单耗与岩石物理性质性质有关,本区域取q=0.35kg/m3-0.45kg/m3；

a、b----炮孔的间、排距，m；

H-----台阶高度，m。

布孔形式：采用梅花型间隔，如图9示

图9 浅孔台阶梅花型布孔

为保护围护结构一区采用弱松动爆破，小进尺，爆破参数见下表：

表4 一区弱松动爆破参数

台阶高度（m）	1m	2.0m	3.0m
最小抵抗线（m）	0.6	0.9	1.2
孔距（m）	0.8	1	1.4
排距（m）	0.6	0.8	1
孔深（m）	1.1	2.2	3.3
超深（m）	0.1	0.2	0.3
单耗（kg/m3）	0.3	0.3	0.3
单孔药量（kg）	0.15	0.48	1.2
填塞长度（m）	0.9	1.7	2.1
装药结构	连续	连续	连续

二区爆破采用松动爆破，每次爆破进尺1~4.5m，爆破参数见下表5所示。

表5 二区松动爆破参数

台阶高度（m）	1m	2m	3m	4m	4.5m
最小抵抗线（m）	1	1.1	1.3	1.4	1.4
孔距（m）	1	1.2	1.4	1.4	1.4
排距（m）	0.8	1	1.2	1.3	1.3
孔深（m）	1.2	2.2	3.3	4.4	4.9
超深（m）	0.2	0.2	0.3	0.4	0.4
单耗（kg/m3）	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
单孔药量（kg）	0.3	0.9	1.8	2.7	3.0
填塞长度（m）	0.9	1.2	1.5	1.7	1.9
装药结构	连续	连续	连续	连续	连续

现场应根据岩性变化、爆破效果及振动监测数据，在满足震动要求和保证施工安全的前提下，适当调整上述2个表的爆破参数。调整幅度在10%以内由现场爆破工程师决定，超过10%应由现场爆破工程技术负责人书面决定或召开相应会议讨论形成书面意见。本项目设计一次爆破药量不超过500kg。

3.2.2爆破装药结构

为避免散杂电流影响,选用国产Ⅱ系列15段非电毫秒雷管或者电子雷管；结合炮孔直径和防水要求选用Φ32的乳化炸药。浅孔台阶爆破的所有炮孔均采用反向耦合连续装药（如图3-7所示），为了确保爆破效果炮孔的填塞长度一般不得小于炮孔排距的1.2倍，选用米石或石粉作为填塞材料。

图10 浅孔台阶连续装药结构示意图

4 爆破网络

爆破网络采用导爆管雷管起爆网路，采用孔外延时起爆网络，孔内高段雷管延期，孔外低段雷管传爆，单孔或者两孔或者三孔一响。根据现场情况灵活使用。

图11 导爆管雷管三孔一响网络示意图

图12 两孔一响示意图

图13 导爆管雷管逐孔起爆示意图

5 爆破危害防护

5.1 基坑防飞石措施

由于本工程周边环境较复杂，周围有高大建筑和道路，车辆行人较多。爆破时必须控制爆破飞石，不得飞出基坑外，防止飞石影响。

为防止爆破时个别飞石飞出基坑造成危害，利用工字钢与厚钢板焊接形成整体对基坑口进行覆盖，防止个别飞散物飞出工地。防护钢板制作为双层轨道滑动，需要时推至爆区上方防护，防止飞出基坑外伤害人员和损坏设备。

为提高防护等级，杜绝飞石，同时采用炮孔孔口覆盖防护，在爆破施工时，装药结束后在每个炮孔上方覆压沙包，然后在沙包上盖钢板。

5.2震动校核

爆破作业不可避免的将产生爆破振动、爆破飞石、爆破噪音、爆破冲击波和爆破粉尘的爆破有害效应。爆破安全设计就是要将爆破有害效应控制有关规程之内，并能被受影响者接受。

虽然爆破地震对建筑物的影响与破坏力较轻，国家还是在爆破施工中爆破所产生的地震效应对建筑物的影响做了明确的保护规定和保护控制措施。工程周边环境复杂，在爆破作业过程中，必须控制爆破振动对周围建筑物影响。根据国家《爆破安全规程》规定，本工程对 周边建构筑物按2cm/s进行保护验算。

以下进行装药设计，根据这个数据，反算一次爆破允许的最大装药Qmax。

根据公式V=k(Qm/R)α

工程围岩等级从Ⅲ到Ⅴ级，因此参考α与k软岩的关系进行取值：

V-----爆破地震安全速度，cm/s

Q-----最大一段装药量，kg

R-----爆破区至被保护物距离，m

m-----药量指数，取m=1/3

k ----与爆破场地条件有关系数，取k=150

α----与地质条件有关系数，α=1.8

在反算最大允许单段药量之前，需参考被保护对象与爆破区域之间的距离，以此作为参考，并重新确定出爆破各区域的爆破参数表，施工区域与被保护建筑物距离如表 3 6所示：

在施工过程中可根据振动监测数据校核以上计算结果，调整k、α值，计算最大单段装药量。

表6 被保护物距离与最大装药量关系表

建筑	被保护构筑物距离R/m	最大允许单段装药量（Qmax/kg）	最大允许振速（cm/s）	备注
保利云禧	57	138	2	北侧住宅
中海云麓公馆	64	196	2	北侧住宅
广东画院	106	892	2	南侧公用建筑
城规中心	84	444	2	东侧办公楼
地铁2号线	20	5.9	2	东侧地铁线路
新建通讯管廊	58	146	2

本次以最大单孔装药量、一孔一响进行校核，即单段药量最大取3kg。

基坑北侧保利云禧和中海公馆距离基坑爆破位置为57m，以最大单段药量3kg验算，振动为0.20cm/s，小于2.0cm/s，因此爆破不会对北侧保利云禧和中海公馆造成影响。

基坑西侧新建地下通讯管廊距离基坑围挡35m，距离爆破点58m，以最大单段药量3kg验算震速为0.19cm/s，小于2.0cm/s，因此爆破不会对地下管廊造成影响。

基坑南侧广东画院距离基坑爆破最近位置为101m，以最大单段药量3kg验算，振动为0.007cm/s，小于2.0cm/s，因此爆破不会对广东画院造成影响。

基坑东侧城市规划中心距离基坑最近位置为84m，以最大单段药量3kg验算，振动为0.09cm/s，小于2.0cm/s，因此爆破不会对城市规划中心造成影响。

地铁2号线距离基坑9.75m，根据《地铁保护条列》规定在既有地铁线路20m范围内不能采用爆破施工，在20m时按照最大单响药量3kg计算采用单孔单响。以单响药量最大3kg验算，振速为1.31cm/s。因此采用单孔单响的爆破方式不会对地铁2号线造成影响。

在施工过程中严密监测震动数据，并且根据振动监测数据及时调整爆破参数，在数据超过允许标准的区域要及时采取减振措施，在采取减振措施后仍不能有效控制振的区域不得使用爆破施工。

5.3防尘措施

基坑钻孔施工时如采用手风钻钻孔时采用湿式凿岩，同时配合基坑周围的雾炮喷淋系统，可有效降尘。如使用机械钻孔，则应配备除尘装置，同时配合基坑周围的雾炮喷淋系统，可有效除尘。

5 结语

(1) 为形成良好的台阶进行浅孔台阶爆破，在现有台阶的情况下可以利用现有台阶，在未形成台阶的情况下可使用掏槽爆破方式形成台阶。并通过设置2种掏槽爆破适应本项目不同的台阶高度。

(2) 车站采用掏槽爆破和浅孔台阶爆破结合的开挖方式，分层开挖，每层约6m，每个分层分为两次爆破进尺。在未形成台阶前采用掏槽爆破形成沟槽，创造台阶自由面，形成台阶过后按照推进方向依次采用浅孔台阶的爆破方式推进，台阶高度为1~4.5m。

参考文献

[1] 金少军，陶桂华，朱春林，陈钧颐．复杂环境下的深基坑岩石爆破及坑壁垂直开挖综合施工技术［Ｊ］．建筑技术，2011（5）：423-427.

[2] 史雅语，金骥良，顾毅成． 工程爆破安全［Ｍ］． 合肥：中国科技大学出版社，2009.

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作者简介：

文方（1988-），男，本科学历，中级工程师，主要从事市政施工方面工作或研究，E-mail:[e-mail]

王栋栋（1990-）男，本科学历，中级工程师，主要从事市政施工方面工作或研究，E-mail:[e-mail]

于洪彪（1982-）男，本科学历，高级工程师，主要从事市政施工方面工作或研究，E-mail:[e-mail]