复杂环境下深基坑钢筋混凝土支撑爆破拆除技术.pdf

第 3 3卷第 3期 Vo 1 ． 3 3 No ． 3 建筑施工 B U I L D I N G C 0 N S T R U C T 1 0 N 复 杂环境 下深 基 坑 钢 筋混 凝 土 支撑爆 破 拆 除技 术 Bl a s t i ng Te c h ni que s f o r De m o l i s hi ng Re i n f o r c e d Co nc r e t e Br a c i n g s o f De e p Fo u nda t i o n Pi t i n Co m pl i c a t e d Env i r o nm e nt 口 董 锋 ( 上海市基础工程有限公 司 2 0 0 0 0 2 ) 【 摘 要】 通过对上海西站地下南北通道工程在复杂环境下基坑钢筋混凝土支撑进行爆破拆除的介绍，阐述了复杂环境下爆 破方案的设计、爆破参数的选取、爆破有害效应控制和防护措施及爆后效果。最后。总结了一套复杂环境下钢筋混凝土支撑爆 破拆除技术 ，可为同类工程提供经验借鉴。 【 关键词 】深基坑 钢筋混凝土支撑 爆破拆除 技术参数 【 中图分类号】 T U 7 5 1 ．9 ／ 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 一 1 0 0 1 ( 2 0 1 1 ) 0 3 ～ 0 1 7 3 — 0 3 1 工程概况 工作重点 上海西站地下南北通道位于铁路上海西站原站场下， 由 城市轨道交通 1 5 号线地下 3层车站和地下 1 层综合大厅组 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 一 0 ． 9 5 m ， 中间局部有栈桥 ， 第 2道 支撑中心标高为 一 6 ． 4 5 m ， 支撑混凝土设计标号均为 C 3 0 。 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， 项 冠梁暂作保留。总计爆破钢筋混凝土方量约为 3 3 6 0 m 。 。 基坑北侧距离铁路隔离墙 2 ． 0 m， 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 ． 4 m ~ 8 ． 2 m， 平行长度达 8 3 m ； 东侧距离围墙 5 5 m ， 围墙外 为沪宁城际施工区；东南角距离铁路上海西站站房 3 2 ． O m： 南侧距离轨道交通 l 1 号线上海西站本体 1 9 ． O m ；西南角距 离上海( 西) 邮件转运站 5 ． 5 m； 西侧距离围墙 4 O ． O m ， 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爆破工作重点 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 【 作者简介】 董 锋( 1 9 7 8 - ) ， 男， 大学本科， 工学学士， 工程师。 联 系地址 ： 上海市民星路 2 3 1号 4楼 ( 2 0 0 4 3 3 ) 【 收稿日期】 2 0 1 1 - 0 2 — 2 1 翻拍 峨 ------ !墨 _ j 黾 子． - _ - - _ 一 一 铁 路 线- _ _ ． 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一地铁 1 l号线 图 1 周边环境示意( 单位 ： IT I ) ( 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 爆破设计 思路 ( 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 3 0 c m ， 直接采 1 7 3 第 3期 董 锋： 复杂环境下深基坑钢筋混凝土支撑爆破拆除技术 3 ， 2 0 1 1 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。 表 1 支撑爆破等级表 爆破 等级 炸 药单~( g ／ m ) 应用对象 松动爆破 5 O O 一 7 O O 第 1 道全部支撑 强松动爆破 7 0 0 - 9 0 0 第 2道 支撑及与保护物 较近的 l O m 范围内围檩 分 离爆破 9 O O 一1 5 0 0 第 2道 中与保护物较远 的 l O m 范围外的围檩 ( 3 )起爆网络设计： 为确保起爆网络的安全可靠， 采用 复站 L 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 E l i 。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 5 0 m s ， 一个节点分 2 ～ 3段起爆。 4爆破参数设计 ( 1 )爆破技术参数选取 抵抗 线 w取 2 0 0 m m - 3 5 0 m m，孔 距 a取 5 0 0 m m ～ 1 2 0 0 ll l m ， 排距 b取 i 0 0 m m - 3 0 0 m m ， 孔深 L 一般取支撑高 度( 厚度 ) 的 2 ／ 3 。 ( 2 )药量参数 单孔 药量 0 = K a B h ／ 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 O ． 5 k g l m 3 ~ 1 ． 5 k g ／ m 。 ： B为支撑截面宽度 ； n为支撑的截面 高度； n 为布~ L t4 b 数。 1 7 4 ( 3 )控制分段爆破一次齐爆允许药量 0 = I( c ) ( 2 ) 式中 ， 0为分段爆破一次齐爆允许总装药量( k g ) ； R 为爆 破中心至被保护建筑物的距离( m) ， 取 尺 1 = 5 m ( 被保护建筑 与炮孔的最近距离 ) ，取 R 2 =1 5 il l( 被保护建筑距基坑边线 1 O m外的支撑炮孔最近距离 ) ； K 、 K r 与传播爆破地震波的 介质等条件有关的系数 ， J( c 取 1 5 0 ， K c 取 O ． 2 i 为被保护物 所在地面允许质点振动速 度( c m ／ s ) ， 按 国家标准 为 2 ． 5 c m ／ s ， 本次取 2 ． 4 c m ／ s ； 0 【 为爆破振动( 地震波) 随距离衰减系数， 取 = 1 ． 5 。计算得 ： 距基坑边 1 0 m以外的支撑分段爆破一 次齐爆允许药量 0 = 2 1 ． 6 k g ； 距基坑边 1 0 m以内的支撑分段 爆破一次齐爆允许药量 Q = 0 ． 8 k g 。 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 1 O m范 围内支撑分 段爆破一次齐爆 允许药量 Q = O ． 8 k g ， 与保护建 ( 构 ) 筑物 较远 的基坑 1 0 m范围外的支 撑分段爆破一次齐爆允许药量 Q =- 3 ． 0 k g 。 ( 4 )爆破技术参数见表 2所示。 表 2爆破技术参数 支撑 截 面尺 孔置 E 排距 炮孔 孔 深 单耗 单孔 药量( g ) 编号 寸( c m) ( C m) ( c m) 排数 ( c m) ( g ／ m ) 边g L 中孔 W L1 1 4 08 0 1 O O 3 0 4 6 0 】 0 7 1 3 0 0 3 0 0 ZC1 l 2 08 O 1 0 0 3 0 3 6 0 7 0 3 2 2 5 2 2 5 ZC2 1 O O8 O 1 O O 2 5 3 6 0 7 5 0 2 0 0 2 0 0 ZC3 1 2 O9 0 1 0 O 3 0 3 6 5 6 9 4 25 0 2 5 0 ZC4 l 2 08 O 1 0 0 3 0 3 6 0 7 0 3 2 2 5 2 2 5 LG 7 05 0 5 0 2 0 2 3 0 5 7 1 5 0 5 0 HL 1 1 0 O8 O 1 0 O 2 5 3 6 0 7 5 0 2 0 0 2 0 0 HL 2 1 0 0 8 0 1 0 0 2 5 3 6 0 7 5 0 2 0 0 2 0 0 注： 表中Z C 为支撑 ， w L为围檩， L G为支撑边杆梁， H L为 栈桥横梁。 5 爆破安全技术 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 ) 爆破振动的安全验算 目前拆除爆破 中广泛采 用质点振动速度作 为衡 量爆破 震动强度的标准嘲 。 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： K K ( Q m ／ R ( 3 ) 式中： 指建筑物质点垂直振速 ( c m ／ 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 1 5 0 ， K 取 0 ． 2 a指爆破地震波随距离衰减的系数，取 =1 ． 5 i O指 分段爆破最大一段齐爆药量( k g ) ； 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 1 O m范围内最大齐爆 药量 o = 0 ． 8 k g ， 基坑中间范围单段最大齐爆药量 0 = 3 ． 0 k g ， “ 镧滞糍罩 鞠 董 锋 ： 复杂环境下深基坑钢筋混凝土支撑爆破拆除技术 第 3期 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 ． 5 c m ／ s ， 以及小于地铁设施保 护要求爆破振 速 限值 1 ． 0 c m ／ s ， 故爆破周边建筑物是 安全的。 ( 2 ) 爆破 中击波的安全验算 爆破 时空气 中 击波会对建筑物造成破坏作 用， 对房屋的 中 击波安全距离般按下式计算： R B = K B 、 ／ _0 ( 4 ) 式中 为冲击波安全距离( m) ， 即空气波的危害半径 ； 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 ； 0为一次齐爆装药量( k g ) ， 取 3 ． O k g 。计算得 = 1 ． 5 6 Il l 。 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 ， 中 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 震动的控 制 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 [ 3 ] o 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 ． 0 k g和 0 ． 8 k g ) 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 ． 4 c m ／ s 和 O ． 3 3 c m ／ 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) 爆破 飞石的控制 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。 3 具 镪 氟 薯 图 2 第 1 道 支撑爆破防护( 单位 ： m) 图3 第 2道支撑爆破 防护( 单位 ： m) ( 5 ) 爆破噪音和粉尘的控制 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 噪声也有显著 的效果 。 6 结语 本工程利用 1 5 m i n铁路运输空档临时封锁铁路线， 完 成了爆破前铁路封锁、爆破实施和爆后铁路设施检修的工 作， 其二次爆破均达到预期效果。 从爆破效果上来看， 爆破飞石、 爆破震动等有害效应得 至 I 了有效的控制， 采用分段延时爆破技术 ， 严格控制单段最 大一次齐爆 药量 等手段 ， 有效控 制了爆破振动对周边 环境和 重要设施安全 的有害效应影响 ， 达到 了高效 、 安全的爆破效 果 。 参 考 文 献 ( I 】冯叔瑜． 城市控制爆破 ( M】 ． 北京： 中国铁道 出版社， 2 0 0 0 [ 2 】刘殿 中． 工程爆破 实用手册【M】 ． 北京： 台 金工程 出版社， 1 9 9 9 ． ( 3 】 段 宝福． 拆除爆破 安全技 术的探讨 与应 用u J l工程爆破 ， 2 0 0 7 ( 1 ) 【 4 】 王延武， 5 ,1 清泉． 地面与地下工程控制爆破[ M】 北京： 煤炭工业出 版社 。 1 9 9 0 ． 【 5 】 林大泽． 爆破噪声及其控制IJ ] ． 中国科学安全报， 1 9 9 8 ( 6 ) ：2 6 — 2 9 ． 1 7 5