一种岩石基坑爆破减震施工方法与流程

1.本发明涉及基坑施工技术领域，尤其涉及一种岩石基坑爆破减震施工方法。


背景技术：

2.我国西南地区地质条件复杂，有些地区地表下存在坚硬的基岩，这给深基坑工程的便捷安全施工带来了很多问题。对于这些下伏基岩的深基坑工程，普通的机械挖掘难以满足工程的需求。钻爆法是通过钻孔爆破实现对岩石的破碎和抛掷以达到开挖目的，具有经济、高效、适应性强的特点，在工期紧张的城市深基坑工程施工中能灵活变通、缩短工期，不失为一种高效便捷的方法。然而爆破开挖引起的振动不可避免的会对周围的建筑物产生不利的影响。如何安全高效的在城市岩质深基坑工程中施展钻爆法挖掘技术成了国内外专家学者的研究重点对象之一。


技术实现要素：

3.针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种岩石基坑爆破减震施工方法，该爆破减震施工方法能够在基坑爆破施工中，减少基坑周围岩体损伤和对基坑附近建筑物造成的震动，从而减少了对基坑周围环境的影响，且能够减少爆破孔的装药量，降低了基坑的施工成本。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，包括以下步骤，
6.s1：选择基坑位置，清除基坑上部分的土体，得到第一层岩石表面，基坑外围开挖减振槽和辅助爆破基坑；
7.s2：对基坑两端的第一层岩石表面分别进行竖向钻孔，其中，靠外侧的一排孔设置为第一缓冲孔和爆破孔交替排列，靠内侧的孔设置为爆破孔；在第一缓冲孔内设置tpu管，在爆破孔内设置切缝药包，两排爆破孔之间交错分布；然后进行第一次爆破，得到第二层岩石表面；
8.s3：对第二层岩石表面以及未爆破的第一层岩石表面的两端进行竖向钻孔，重复步骤s2，进行第二次爆破，得到第三层岩石表面；
9.s4：重复步骤s3进行爆破循环，得到基坑。
10.进一步的，步骤s1中基坑外围开挖减振槽和辅助爆破基坑的具体操作包括以下步骤：以基坑长轴方向切割线为基准线定位，向切割线内垂直开挖减振槽，每皮切割深度大于爆破孔深度的1.5倍，减振槽宽1.5-3m，切割工作每沿基准线推进15m，由开岩机将减振槽中的岩石破碎、外运，减振槽每切完一皮后清渣，控制减振槽外侧垂直度，实现基坑岩壁垂直开挖，减振槽内侧为爆破区域，减振槽外侧为保护区域；
11.在临近基坑长轴方向两端位置处分别开挖辅助爆破基坑，以使得爆破时基坑下部分的岩石落入辅助爆破基坑内。
12.进一步的，辅助爆破基坑与相临近的基坑端部之间的距离为1～5m。
13.进一步的，在步骤s2中第一排孔全部设置为第二缓冲孔，第二缓冲孔位于辅助爆破基坑与爆破孔之间，且第二缓冲孔沿着基坑支护排列分布，第二缓冲孔内也设置tpu管。
14.进一步的，竖向钻孔的深度为1.5m。
15.进一步的，第一次爆破的竖向钻孔数量至少为四排，第二次爆破的竖向钻孔数量至少为八排。
16.进一步的，第一次爆破的竖向钻孔数量为六排，第二次爆破的竖向钻孔数量为十二排。
17.进一步的，tpu管长度与第一缓冲孔深度相同，且tpu管两端进行密封。
18.进一步的，第一次爆破时，第一层岩石表面两端的爆破尺寸均为3m，得到第二层岩石表面的长度为6m。
19.进一步的，每个爆破孔内的装药量均为0.7～0.8kg。
20.本发明的有益效果是：
21.1、本发明中岩石基坑爆破减震施工方法通过设置减震槽可以阻断地震波的传播，不损坏基坑外壁和基坑以外岩石结构，保证基坑外围建筑物安全。
22.2、本发明中岩石基坑爆破减震施工方法通过设置第一缓冲孔和第二缓冲孔可以为岩石碎裂提供临空面，同时可以对基坑支护起到隔震减震的作用，还可降低生产爆破的钻孔费用；在第一缓冲孔和第二缓冲孔中设置tpu管可以减小爆破震动和对基坑下部岩层的破坏。
23.3、本发明中岩石基坑爆破减震施工方法使用切缝药包爆破会在其切缝方向产生爆轰产物射流和应力集中，同时会减弱非切缝方向的应力峰值和爆破振动速度，延缓非切缝方向的能量传播速度，减弱非切缝方向的能量传播大小，从而达到定向断裂的目的，使用切缝药包可使围岩的损伤度下降。
24.4、本发明中的岩石基坑爆破减震施工方法，通过爆破孔、第一缓冲孔、第二缓冲孔的设置方式，以及爆破过程中采用的台阶式的爆破流程，二者的相互结合能够减少装药量以及对周边环境的影响，同时增加的辅助爆破基坑也减小了爆破振动对周边环境的影响，从而使得该方法经济环保，能够降低岩石基坑爆破施工的成本。
附图说明
25.图1为本发明中辅助爆破基坑、减震槽和基坑平面位置关系示意图。
26.图2为本发明中辅助爆破基坑与基坑爆破方向的结构示意图。
27.图3为本发明中第一层岩石表面竖向钻孔排布位置关系示意图。
28.图4为本发明中爆破孔中切缝药包定向爆破示意图。
29.图5为本发明中第一层岩石表面和第二层岩石表面的竖向钻孔分布俯视图。
30.图6为本发明中第一层岩石表面和第二层岩石表面的竖向钻孔分布侧视图。
31.图7为本发明对比方案中炮孔的排布和起爆段位示意图。
具体实施方式
32.为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
33.一种岩石基坑爆破减震施工方法，包括以下步骤，
34.s1：选择基坑位置，使用机械设备清除基坑上部分的土体，得到第一层岩石表面，基坑外围开挖减振槽和辅助爆破基坑；
35.具体的，基坑外围开挖减振槽和辅助爆破基坑的具体操作包括以下步骤：以基坑长轴方向切割线为基准线定位，向切割线内垂直开挖减振槽，每皮切割深度大于爆破孔深度的1.5倍，减振槽宽1.5-3m，切割工作每沿基准线推进15m，由开岩机将减振槽中的岩石破碎、外运，减振槽每切完一皮后清渣，控制减振槽外侧垂直度，实现基坑岩壁垂直开挖，减振槽内侧为爆破区域，减振槽外侧为保护区域；
36.在临近基坑长轴方向两端位置处，采用机械设备分别开挖辅助爆破基坑，以使得爆破时基坑下部分的岩石落入辅助爆破基坑内，辅助爆破基坑与相临近的基坑端部之间的距离为1～5m。辅助爆破基坑、减震槽和基坑平面位置关系如附图1中所示，辅助爆破基坑与基坑爆破方向的结构示意图如附图2所示，在附图1和附图2中，a代表辅助爆破基坑，b代表减震槽，箭头方向为基坑的爆破方向。
37.s2：对基坑两端的第一层岩石表面分别进行竖向钻孔，其中，靠外侧的一排孔设置为第一缓冲孔和爆破孔交替排列，靠内侧的孔设置为爆破孔；在第一缓冲孔内设置tpu管，在爆破孔内设置切缝药包，两排爆破孔之间交错分布；然后进行第一次爆破，得到第二层岩石表面；
38.具体的，将基坑两端分别设为a端和b端，沿着从a到b的方向，对a端的第一层岩石表面竖向钻三两排孔，再沿着从b到a的方向，对b端的第一层岩石表面竖向钻三排孔，竖向钻孔的深度为1.5m，如附图3所示，其中，最外侧的第1排孔和第6排孔设置为第二缓冲孔(空孔)，第二缓冲孔位于辅助爆破基坑与爆破孔之间，且第二缓冲孔沿着基坑支护排列分布；第2排孔和第5排孔设置为第一缓冲孔(空孔)和爆破孔(实心孔)交替排列，第3排孔和第4排孔全部为爆破孔，且第2排孔(第2排)与第3排(第4排)中的爆破孔交替排列；第一缓冲孔和第二缓冲孔内均设置tpu管。
39.tpu管长度与第一缓冲孔深度相同，且tpu管两端进行密封。每个爆破孔内的装药量均为0.7～0.8kg。爆破孔内采用切缝药包进行定向爆破，且切缝连线平行于爆孔连线方向，如附图4所示，第一次爆破时，第一层岩石表面两端的爆破尺寸均为3m，得到第二层岩石表面的长度为6m，此时第一层岩石和第二层岩石形成台阶状形状。
40.s3：对第二层岩石表面以及未爆破的第一层岩石表面的两端进行竖向钻孔，重复步骤s2，进行第二次爆破，得到第三层岩石表面，如附图5和附图6所示，其中附图5为第一层岩石表面和第二层岩石表面的竖向钻孔分布俯视图，第1、2、3排孔为第二层岩石表面的钻孔位置和孔类别设置，第4、5、6排孔为第一层岩石表面的钻孔位置和孔类别设置，附图6为第一层岩石表面和第二层岩石表面的竖向钻孔分布侧视图。
41.s4：重复步骤s3进行爆破循环，得到基坑。
42.实施例：
43.该实施例中选择基坑位置：基坑处的地表至地下5m为风化土体，风化土体的下面为中风化岩体，介质参数见表1所示，开挖基坑的宽度为16m，深度为12m，位于基坑两侧5m处为建筑物，建筑物长30m，宽15m，高15m，地表下10m为建筑物的建筑基础。
44.表1基坑位置的介质参数
[0045][0046]
在基坑的两端分别开挖辅助爆破基坑，给爆破增加一个临空面，然后在基坑一端需爆破开挖的岩石表面进行竖向钻孔，钻孔数量为3个；在基坑的另一端的岩石表面进行竖向钻孔，钻孔数量为3个，进行第一次爆破；
[0047]
第一次爆破后，在基坑的两端分别得到第1～6段位，在第1～6段位处进行竖向钻孔，然后进行第二次爆破，依次循环，完成基坑的爆破过程。孔深为1.5m，同一次爆破过程中，位于基坑两端的同一层的爆破尺寸均为3米。且各段位的炮孔数量和装药量详见表2。
[0048]
表2实施方案中各段位的炮孔数量与装药量
[0049]
段位数量装药量/kg微差延时/ms1170.78802170.788253170.788504170.788755170.7881106170.788150总计10280.33-[0050]
为了验证本发明中施工方法的技术效果，本发明中还进行了对比方案的效果对比。
[0051]
对比方案中采用“v”字型爆破方案：通过第1段炮孔起爆创造一个沟槽，随后的段位以“v”字型排布，在前一段位创造的临空面下进行爆破抛掷。炸药采用2#岩石乳化炸药，炮孔孔径35mm，深度为3m，采用不耦合装药结构，一次爆破开挖3m。炮孔的排布和起爆段位如附图7所示，在附图7中，1-13分别代表起爆顺序。各段位炮孔装药量如表3所示。
[0052]
表3对比方案中各段位的炮孔数量与装药量
[0053]
段位数量装药量/kg微差延时/ms112.3630231.57525351.57550471.57575591.5751106111.5751507131.5752008141.5752509141.57531010121.575380
11101.5754601281.5755501361.575650总计113178.76-[0054]
对实施方案和对比方案中的爆破方式进行结果分析：
[0055]
(1)振速分析
[0056]
实施方案和对比方案中各个方向最大振速对比结果如下表4所示。
[0057]
表4实施方案和对比方案中各个方向最大振速
[0058]
爆破方案水平横向振速/(cm/s)水平纵向振速/(cm/s)竖向振速/(cm/s)对比方案6.142.354.27实施方案0.892.392.76
[0059]
对比方案引起右侧既有建筑物最大振速主要发生在建筑物的底部基础部分，对其余部分振动影响较小，随着建筑物高度的增长，振速逐渐减小，右侧建筑物受爆破施工影响产生振动最大振速为7.62cm/s，顶部建筑物顶角部分振速约为2cm/s。实施方案爆破施工对既有建筑物振动影响较为均匀，建筑物的最大振速发生在远离爆源的顶角，振速约为3.50cm/s，其余部分振速约为2cm/s。
[0060]
对比方案引起右侧既有建筑物在水平横向产生较大振速，为6.14cm/s，数值方向次之，最大振速为4.27cm/s。最大水平横向振速发生在底部基础中间一块区域，建筑物其余部分影响较小，振速几乎为零。建筑物整体受竖向振速明显，竖向最大振速同样发生在建筑物底部基础部分。
[0061]
由表4可知，实施方案引起右侧既有建筑在水平横向引起的振速较小，最大振速约为0.89cm/s，水平纵向振速和竖向振速相差不大，分别为2.39cm/s和2.76cm/s。建筑物的底部和顶角是水平纵向最大振速的发生区域，竖向振速最大值发生在建筑物一侧的顶角。
[0062]
(2)位移分析
[0063]
对比方案和实施方案的各个方向的最大位移见下表5所示。由表5可知，对比方案爆破振动引起既有建筑物产生位移在水平横向上分量较大，最大值为0.29mm。在水平纵向和竖向引起的位移较小，约为0.10mm。实施方案爆破振动在水平竖向引起较大的位移，为0.32mm，竖向次之，约为0.21mm，在水平横向引起的位移分量较小。
[0064]
表5爆破方案各个方向最大位移
[0065]
爆破方案水平横向位移(mm)水平纵向位移(mm)竖向位移(mm)对比方案0.290.100.13实施方案0.090.320.21
[0066]
(3)应力分析
[0067]
各爆破方案对建筑产生的主应力最值见下表6所示。
[0068]
由表6可知，建筑物受对比方案爆破施工振动产生影响，最大主应力和最小主应力均发生在建筑物的底部中间基础部分，最大主应力为0.31mpa，最小主应力为0.54mpa。因此建筑物受爆破振动影响，底部基础部分易发生裂缝。由表6可知，实施方案对建筑物产生影响，其最大主应力和最小主应力也分布在建筑基础部分，相对对比方案较为均匀，最大主应力和最小主应力值分别为0.27mpa和0.29mpa，较对比方案产生的影响小。
[0069]
表6爆破方案各个方向最大应力
[0070]
爆破方案最大主应力(mpa)最小主应力(mpa)对比方案0.310.54实施方案0.270.29
[0071]
方案对比：
[0072]
从爆破方案的设计角度分析，对比方案中一次爆破开挖3m，共计113个炮孔，一次爆破装药量共计178.76kg；实施方案中一次爆破开挖3m，共计102个炮孔，共计80.33kg装药量。在爆破开挖进尺相同的情况下，实施方案在经济上优于对比方案。
[0073]
从爆破振动对环境的影响角度分析。对比方案对右侧既有建筑物振动影响最大振速发生在水平横向，为6.14cm/s；实施方案对右侧既有建筑物振动影响，在竖向发生最大振速，为2.76cm/s。根据我国国家标准《爆破安全规程gb-6722》，商业建筑物最大振速不可超过5cm/s。因此实施方案在安全角度上优于对比方案。对比方案和实施方案对既有建筑物产生位移影响均较小，二者相差无异。对比方案对既有建筑物产生的最小主应力绝对值大于实施方案，因此对比方案更容易使建筑物产生裂缝，缩短建筑物寿命。
[0074]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，包括以下步骤，s1：选择基坑位置，清除基坑上部分的土体，得到第一层岩石表面，基坑外围开挖减振槽和辅助爆破基坑；s2：对基坑两端的第一层岩石表面分别进行竖向钻孔，其中，靠外侧的一排孔设置为第一缓冲孔和爆破孔交替排列，靠内侧的孔设置为爆破孔；在第一和第二缓冲孔内设置tpu管，在爆破孔内设置切缝药包，两排爆破孔之间交错分布；然后进行第一次爆破，得到第二层岩石表面；s3：对第二层岩石表面以及未爆破的第一层岩石表面的两端进行竖向钻孔，重复步骤s2，进行第二次爆破，得到第三层岩石表面；s4：重复步骤s3进行爆破循环，得到基坑。2.根据权利要求1所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，步骤s1中基坑外围开挖减振槽和辅助爆破基坑的具体操作包括以下步骤：以基坑长轴方向切割线为基准线定位，向切割线内垂直开挖减振槽，每皮切割深度大于爆破孔深度的1.5倍，减振槽宽1.5-3m，切割工作每沿基准线推进15m，由开岩机将减振槽中的岩石破碎、外运，减振槽每切完一皮后清渣，控制减振槽外侧垂直度，实现基坑岩壁垂直开挖，减振槽内侧为爆破区域，减振槽外侧为保护区域；在临近基坑长轴方向两端位置处分别开挖辅助爆破基坑，以使得爆破时基坑下部分的岩石落入辅助爆破基坑内。3.根据权利要求2所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，辅助爆破基坑与相临近的基坑端部之间的距离为1～5m。4.根据权利要求2所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，在步骤s2中第一排孔全部设置为第二缓冲孔，第二缓冲孔位于辅助爆破基坑与爆破孔之间，且第二缓冲孔沿着基坑支护排列分布，第二缓冲孔内也设置tpu管。5.根据权利要求1所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，竖向钻孔的深度为1.5m。6.根据权利要求1所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，第一次爆破的竖向钻孔数量至少为四排，第二次爆破的竖向钻孔数量至少为八排。7.根据权利要求6所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，第一次爆破的竖向钻孔数量为六排，第二次爆破的竖向钻孔数量为十二排。8.根据权利要求1所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，tpu管长度与第一缓冲孔深度相同，且tpu管两端进行密封。9.根据权利要求1所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，第一次爆破时，第一层岩石表面两端的爆破尺寸均为3m，得到第二层岩石表面的长度为6m。10.根据权利要求1所述的一种岩石基坑爆破减震施工方法，其特征在于，每个爆破孔内的装药量均为0.7～0.8kg。

技术总结
本发明公开了一种岩石基坑爆破减震施工方法，属于基坑施工技术领域。该方法包括以下步骤，S1：选择基坑位置，清除基坑上部分的土体，得到第一层岩石表面，基坑外围开挖减振槽和辅助爆破基坑；S2：对基坑两端的第一层岩石表面分别进行竖向钻孔，设置第一缓冲孔和爆破孔；在第一缓冲孔内设置TPU管，在爆破孔内设置切缝药包，进行第一次爆破，得到第二层岩石表面；S3：对第二层岩石表面以及未爆破的第一层岩石表面的两端进行竖向钻孔，重复步骤S2，进行第二次爆破；S4：重复步骤S3进行爆破循环，得到基坑。该爆破减震施工方法能够减少基坑周围岩体损伤和对基坑附近建筑物造成的震动，且能够减少爆破孔的装药量，降低了基坑的施工成本。本。本。


技术研发人员：宋战平 李佳宇 户若琪 高永吉 孙引浩 谢江胜 张玉伟 田小旭 王振兴
受保护的技术使用者：中铁二十局集团第一工程有限公司 中铁二十局集团有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/9/23