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摘 要:结合天津地铁5号线文化中心工程施工的特点,介绍了地下爆破施工技术和实施效果,详细分析了地下连续墙爆破施工的技术特点及施工过程,可供类似工程借鉴和参考。
关键词:地铁;爆破;地下连续墙;施工
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
1工程概况
天津地铁5号线采用盾构法施工过程中,围堤道站~文化中心站区间盾构需穿越文化中心交通枢纽地下空间的地连墙。现拟采用爆破法在盾构穿越位置对地下连续墙进行爆破开孔,以便盾构推进通过。盾构需穿越共有2幅地下连续墙,需要爆破开孔。
爆破区域盾构施工穿越土层为⑧2层粉土、⑨1层粉质粘土和⑨2层粉土,爆破施工区域地层有承压水。
2施工难点
1)在800mm厚地连墙的范围内需要保证孔位的准确度,且钻孔深度深可达18m左右,钻孔的垂直度要求高;
2)药包定位准确度要高,装药结构必须可靠防水;
3)起爆网路要求高,保证可靠准爆;
4)在不降低单耗的条件下,控制最大单段起爆药量;
3爆破施工技术参数设计
爆破参数
需穿过地墙直径:8.2 m,地墙厚800mm,设计的地下墙盾构穿越范围内注浆管采用非金属钢,以确保不影响盾构切削通过,地下墙穿越区采用水下C30素混凝土,并用容易被切割的等强度玻璃纤维(GFRP)替代钢筋,玻璃纤维极限拉力为480MPa。根据以上情况,设计参数如下:
孔距:a取700~800mm,每幅布孔数:11个
孔 径:110mm
孔深:18000mm
最小抵抗线: w取400mm左右
起爆形式:采用孔内、孔外延期起爆网路,孔内ms-3~ms-7段孔内延时,孔间采用ms-9延时。
最大一次起爆药量:3Kg
炸药:乳化炸药。
单孔药量计算:
QMax=KV=3×0.8×8.2×0.8=15.7 kg(五节装药)
当完成钻孔后,利用仪器对钻孔进行测量,参考地连墙浇筑时的斜度,计算钻孔误差,根据钻孔的偏差,进一步调整单孔药量。
4装药结构及爆破网路联接
4.1装药结构:
采用分段间隔装药,每个孔的药量分成五个药包,每个药包3 kg。药包中心是直径12mm的pvc管,围着ppc管绑扎3~4支ø32mm的RT型乳化炸药,最大直径超过约80mm。每个药包长1.2m,为防止殉爆,0.5m间隔采用麻袋隔离开,装药长度为8.0m,如图所示。在每节药包内放入一段长度与药包长度一致的导爆索,从而在雷管引爆导爆索时同时利用导爆索引爆炸药,可以进一步确保炸药准爆。
4.2延期设计
孔内延期:每个药包均设置3枚延期导爆管雷管,雷管线均为30m,延伸到地面。孔内药包延期,自上向下依次采用MS3-MS7,每个药包将25ms。
孔外延期:孔外用外采用雙回路网路,采用雷管MS-9控制起爆顺序,根据地面上雷管脚线长短判定药包深度位置,自上而下逐个药包用3枚延期导爆管雷管。
延期时间:为确保实现逐段逐孔起爆,单孔延期时间为:200ms,每个孔间隔时间为310ms,最后一个段雷管完成起爆时间第4S结束,随之,起爆第二幅连续墙,依次完成第二幅墙的逐段逐孔起爆网路,总爆破时间控制在8S~9S内。
此类爆破需使用导爆索起爆炸药的起爆方案。由于PVC管为纵向,炸药的能量利用率极高,可明显降低爆破的危害效应。预埋管施工方案可保证炮孔的定位精度,无钻孔施工,可减少施工费用,加快工期,减少材料损耗。
5爆破震动的控制
爆破震动有两个主要评价指标为震动速度和震动频率。如上所述,爆破震动频率远大于一般建构筑物的自振频率,可认为对建构筑物破坏影响小。因此主要以质点振动速度来评价。
5.1大底板及大底板以上构建物
对于立柱桩及地下墙爆破,应考虑的重点保护目标是大底板及底板以上建筑物结构的安全,爆破目标周边建筑物的安全。
此次爆破应按照第3新浇大体积混凝土,振动速度取3~4cm/s,来进行验算周边建筑物的安全性。
爆破振动大小的衡量标准用爆破振动速度表示, 爆破振动速度计算公式如下:
式中:
Q——一次齐爆最大段药量(kg)
R——保护目标与爆破段中心之间的最小距离(m)
V——爆破产生的垂直振速(cm/s)
a——与爆破点附近地质有关地震波衰减指数
K——与爆破点附近地质有关的系数
按照理论计算,地下室结构大底板距离盾构穿越位置仅2.355米,同时,其地连墙与地下室结构没有直接的刚性连接,存在1.2m的间隙,间隙中采用砂浆填充,此处单段起爆药量Q=0.6kg,计算振动速度V=9.80,亦在7-12cm/s范围内,同时,由于振动传播过程中的耦合作用及不连续介质的衰减,爆破对地下室结构没有影响。
该V值符合国家“爆破安全规程”规定标准V=7~12 cm/s,说明爆破振动对大底板来说是安全的。
5.2周边构建筑物的影响
周边建筑物保护,越秀路隧道距离爆破点24.1m,文化中心地铁站距离爆破点34.1m,通过计算得振动速度如下。
计算得 V1=0.494cm/s,V2=0.27cm/s远小于3~5cm/s的国家标准。
本工程控制最大一次起爆单个炮孔,单孔药量不超过25Kg,每个孔内分7-10段,单段起爆药量控制在3kg以内,按9m距离计算爆破震动:
V=K(Q1/3/R)= 50×1.1×(31/3/9)1.68=2.54cm/s
爆破震动远小于国家规定3.0~5.0 cm/s的安全值(参考混凝土结构房屋的参数),根据本工程地下结构特点,其抗震系数远远大于一般混凝土结构房屋,故按以上设计产生的爆破振动对原地下结构无影响。
6结语
目前地下连续墙爆破施工大多数应用于盾构穿越,并且能够有效减轻地下障碍物的强度,对于盾构机起到了一定的保护作用,减小了施工的风险,国内已经有不少成功的案例。相信在不久的将来,盾构穿越障碍物施工采用爆破的形式会得到广泛的应用。
参考文献
[1] 天津地铁5号线围堤道站-文化中心盾构穿越地下连续墙施工方案
[2] 中华人民共和国《爆破安全规程》GB6722-2003
[3] 中华人民共和国《建筑施工场界噪声限值》(GB12523-90)
关键词:地铁;爆破;地下连续墙;施工
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
1工程概况
天津地铁5号线采用盾构法施工过程中,围堤道站~文化中心站区间盾构需穿越文化中心交通枢纽地下空间的地连墙。现拟采用爆破法在盾构穿越位置对地下连续墙进行爆破开孔,以便盾构推进通过。盾构需穿越共有2幅地下连续墙,需要爆破开孔。
爆破区域盾构施工穿越土层为⑧2层粉土、⑨1层粉质粘土和⑨2层粉土,爆破施工区域地层有承压水。
2施工难点
1)在800mm厚地连墙的范围内需要保证孔位的准确度,且钻孔深度深可达18m左右,钻孔的垂直度要求高;
2)药包定位准确度要高,装药结构必须可靠防水;
3)起爆网路要求高,保证可靠准爆;
4)在不降低单耗的条件下,控制最大单段起爆药量;
3爆破施工技术参数设计
爆破参数
需穿过地墙直径:8.2 m,地墙厚800mm,设计的地下墙盾构穿越范围内注浆管采用非金属钢,以确保不影响盾构切削通过,地下墙穿越区采用水下C30素混凝土,并用容易被切割的等强度玻璃纤维(GFRP)替代钢筋,玻璃纤维极限拉力为480MPa。根据以上情况,设计参数如下:
孔距:a取700~800mm,每幅布孔数:11个
孔 径:110mm
孔深:18000mm
最小抵抗线: w取400mm左右
起爆形式:采用孔内、孔外延期起爆网路,孔内ms-3~ms-7段孔内延时,孔间采用ms-9延时。
最大一次起爆药量:3Kg
炸药:乳化炸药。
单孔药量计算:
QMax=KV=3×0.8×8.2×0.8=15.7 kg(五节装药)
当完成钻孔后,利用仪器对钻孔进行测量,参考地连墙浇筑时的斜度,计算钻孔误差,根据钻孔的偏差,进一步调整单孔药量。
4装药结构及爆破网路联接
4.1装药结构:
采用分段间隔装药,每个孔的药量分成五个药包,每个药包3 kg。药包中心是直径12mm的pvc管,围着ppc管绑扎3~4支ø32mm的RT型乳化炸药,最大直径超过约80mm。每个药包长1.2m,为防止殉爆,0.5m间隔采用麻袋隔离开,装药长度为8.0m,如图所示。在每节药包内放入一段长度与药包长度一致的导爆索,从而在雷管引爆导爆索时同时利用导爆索引爆炸药,可以进一步确保炸药准爆。
4.2延期设计
孔内延期:每个药包均设置3枚延期导爆管雷管,雷管线均为30m,延伸到地面。孔内药包延期,自上向下依次采用MS3-MS7,每个药包将25ms。
孔外延期:孔外用外采用雙回路网路,采用雷管MS-9控制起爆顺序,根据地面上雷管脚线长短判定药包深度位置,自上而下逐个药包用3枚延期导爆管雷管。
延期时间:为确保实现逐段逐孔起爆,单孔延期时间为:200ms,每个孔间隔时间为310ms,最后一个段雷管完成起爆时间第4S结束,随之,起爆第二幅连续墙,依次完成第二幅墙的逐段逐孔起爆网路,总爆破时间控制在8S~9S内。
此类爆破需使用导爆索起爆炸药的起爆方案。由于PVC管为纵向,炸药的能量利用率极高,可明显降低爆破的危害效应。预埋管施工方案可保证炮孔的定位精度,无钻孔施工,可减少施工费用,加快工期,减少材料损耗。
5爆破震动的控制
爆破震动有两个主要评价指标为震动速度和震动频率。如上所述,爆破震动频率远大于一般建构筑物的自振频率,可认为对建构筑物破坏影响小。因此主要以质点振动速度来评价。
5.1大底板及大底板以上构建物
对于立柱桩及地下墙爆破,应考虑的重点保护目标是大底板及底板以上建筑物结构的安全,爆破目标周边建筑物的安全。
此次爆破应按照第3新浇大体积混凝土,振动速度取3~4cm/s,来进行验算周边建筑物的安全性。
爆破振动大小的衡量标准用爆破振动速度表示, 爆破振动速度计算公式如下:
式中:
Q——一次齐爆最大段药量(kg)
R——保护目标与爆破段中心之间的最小距离(m)
V——爆破产生的垂直振速(cm/s)
a——与爆破点附近地质有关地震波衰减指数
K——与爆破点附近地质有关的系数
按照理论计算,地下室结构大底板距离盾构穿越位置仅2.355米,同时,其地连墙与地下室结构没有直接的刚性连接,存在1.2m的间隙,间隙中采用砂浆填充,此处单段起爆药量Q=0.6kg,计算振动速度V=9.80,亦在7-12cm/s范围内,同时,由于振动传播过程中的耦合作用及不连续介质的衰减,爆破对地下室结构没有影响。
该V值符合国家“爆破安全规程”规定标准V=7~12 cm/s,说明爆破振动对大底板来说是安全的。
5.2周边构建筑物的影响
周边建筑物保护,越秀路隧道距离爆破点24.1m,文化中心地铁站距离爆破点34.1m,通过计算得振动速度如下。
计算得 V1=0.494cm/s,V2=0.27cm/s远小于3~5cm/s的国家标准。
本工程控制最大一次起爆单个炮孔,单孔药量不超过25Kg,每个孔内分7-10段,单段起爆药量控制在3kg以内,按9m距离计算爆破震动:
V=K(Q1/3/R)= 50×1.1×(31/3/9)1.68=2.54cm/s
爆破震动远小于国家规定3.0~5.0 cm/s的安全值(参考混凝土结构房屋的参数),根据本工程地下结构特点,其抗震系数远远大于一般混凝土结构房屋,故按以上设计产生的爆破振动对原地下结构无影响。
6结语
目前地下连续墙爆破施工大多数应用于盾构穿越,并且能够有效减轻地下障碍物的强度,对于盾构机起到了一定的保护作用,减小了施工的风险,国内已经有不少成功的案例。相信在不久的将来,盾构穿越障碍物施工采用爆破的形式会得到广泛的应用。
参考文献
[1] 天津地铁5号线围堤道站-文化中心盾构穿越地下连续墙施工方案
[2] 中华人民共和国《爆破安全规程》GB6722-2003
[3] 中华人民共和国《建筑施工场界噪声限值》(GB12523-90)