邻近铁路运营线隧道控制爆破技术

邻近铁路运营线隧道控制爆破技术

黄荣洲

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410004

摘  要：福州绕城公路东南段A14合同段鳌峰山隧道施工：该隧道为双洞分离式隧道，全长1728.5米，隧道临近现有杭深运营线，控制爆破区域为隧道出口的进洞420m段，为保证既有运营线在隧道爆破时能安全运营，通过对隧道口采用盘踞分块切割工艺，并在后期爆破施工时采用小间距光面爆破并增加防爆排架保证施工安全，为邻近铁路运营线隧道爆破施工提供了重要参考意义。

关键词：小间距光面爆破；盘踞分块切割；安全监控；关键技术

1工程概况

福州绕城公路东南段A14合同段鳌峰山隧道施工：该隧道为双洞分离式隧道，全长1728.5米。设计行车道宽度为3.75×3m，高度为5m，计算车速为100km/h。其中本合同段负责左线982.2m，自ZK68+815.8至ZK69+798，右线956m，自YK68+820至YK69+776。控制爆破区域为隧道出口的进洞420m段，桩号ZK69+363～ZK69+783，YK69+350～YK69+770。隧道土石方开挖约13万m3。鳌峰山隧道与铁路杭深线邻近，位于福厦线福州～福清区间。新建鳌峰山隧道工程（洞口桩号YK69+776）距离福厦高铁630米。

2施工方案

根据鳌峰山隧道特点，隧道洞口15m范围内采用盘踞分块切割，石块转移破碎的机械开挖施工工艺，隧道洞身开挖采用控制爆破法施工，对既有铁路设施安全允许振动速度控制在1cm/s以内，爆破作业前，按照爆破设计方案进行试爆，试爆工作遵循由小到大的原则进行。试爆先按设计单耗的最低量并进行三个以上爆点实施，根据试爆的结果调整爆破孔、排距及炸药单耗，开挖台车的前、中、后位置，设置3道密孔钢筋网对爆破飞石进行阻截。网孔孔径20mm，幅宽1m，密孔钢筋网设计为折叠式，爆破时展开，覆盖整个初支后的断面，有效防止飞石飞出洞外。隧道口10m处搭设12m高的双层钢管防护排架悬挂一层嵌丝炮被，防止爆破飞石影响铁路运营，保证施工及其他人员、设备安全。

图1施工工艺流程图

3施工关键技术

3.1邻近铁路线现况调查

工程启动前，应对既有铁路路线情况、修建隧道地质情况、交叉平面关系等进行详细调查，调查内容主要有新建隧道与铁路平面位置关系，铁路运营线交叉范围内结构物情况，铁路病害情况，新建隧道地形地貌情况以及交叉范围内隧道地质情况等。将调查情况编制详细的调查手册，重点分析隧道施工交叉范围内既有铁路的建构造物分布情况、既有铁路线重点监测监控部位及监测内容、隧道控制爆破范围等。

图2 邻近线路交叉平面布置图

3.2爆破振动监测

为保证铁路安全运营，将新建工程对既有运营铁路的影响控制在可控范围，须开展对既有铁路隧道结构、路基、线路等水平位移、异物侵限、振动及沉降监测。通过对铁路相关监测结果的分析整理，反映在新建工程施工过程中所表现出的一些变形规律和特点，对可能发生的安全隐患或事故进行分析和判断，使各方能够及时采取措施，避免发生事故，保证既有铁路的安全。经综合考虑爆破施工对铁路各行车设备的影响，控制爆破范围内各行车设备监测出的爆破振动速率不超过1cm/s。

爆破振动检测内容为巡视检测、爆破振动监测、异物侵限监测、隧道结构、路基(轨道）沉降、隧道结构水平位移等。分别采用人工、爆破测振仪、收敛计、精密水准仪以及全站仪等进行监测。

3.3盘踞切割

设备选定：采用Φ1600mm金刚石圆盘锯切割。切割完后，破碎锤进行二次破除，装载机配合挖掘机进行装料，自卸车运送至指定地点。

切割尺寸：单块切割深度为600mm，切割厚度为800mm，切割面积为1237㎡。左侧边坡为确保稳定，切割完后形成台阶形式。 

施工工艺流程：导轨安装→圆盘锯固定→盘踞切割→二次破碎→转运

导道使用HILTI专用导轨，采用喜利得高强度锚栓固定，安装过程使用激光定位仪保证轨道连接的直线度。切割参数的选择液压马达驱动金刚石圆盘高速运转，磨削混凝土被切割块，切割过程中用水冷却，并冲走粉屑。切割过程需要注意通过控制操作盘进行调控金刚石圆周线速度达到5-8m/s，才能进行有效切割，且每次切割深度控制在200mm以内，采用浅切快跑的方式来回进行逐步加深的切割，否则，一旦金刚石锯片受力变形，不能保证其刚性平面度，会影响切割速度，甚至会发生机械伤害事故。

3.4爆破方案选取

根据地形、地质及环境条件，以及开挖工程的技术要求和爆破安全的要求，距离铁路630～1000m范围内施工时采用控制爆破施工技术，鳌峰山隧道应根据隧道洞身不同段落和不同的围岩状况按照设计图纸采用合理开挖方法，洞身V级采用双侧壁导坑法开挖、IV级围岩段采用CD法开挖，III级围岩采用上下台阶开挖法，II级围岩处采用全断面法开挖。

周边炮孔采用小间距光面爆破技术施工，掏槽采用复式楔形掏槽方式。

炮孔直径为40mm。炸药选择φ32 mm 2#岩石乳化炸药，起爆器材采用 1～20段非电导爆管毫秒延期雷管、导爆索，起爆方式采用激发枪起爆。

3.5 试爆

为确保既有杭深线行车安全，爆破施工前需对爆破设计的初步参数进行实地试爆，试爆遵循由小到大、由弱到强的原则进行，并在试爆的同时对既有铁路隧道、桥梁进行监测和安全评估，对试爆取得的参数进行分析，进一步调整和优化爆破设计。本次试爆分三次进行，第一和第二次试爆在同一个天窗期内间隔20分钟进行，第三次试爆在第一次和第二次试爆完成后，再择区域进行试爆。第一次试爆按预设计装药量50%装填药量；第二次试爆按预设计装药量80%装填药量；第三次试爆按预设计装药量装填药量。

1、炸药单耗

k=1.1K0(f/s)，见《爆破手册》公式6-1-1

式中,k—单位炸药消耗量，kg/m3，

     K0—考虑炸药爆力的校正系数，K0=525/p，

     p为二号岩石乳化炸药的爆力，280mL，

     f —岩石坚固系数，洞身主要为微风化正长斑岩，由爆破手册表3-1-13可得f取值18；

s —隧道爆破断面面积。

2、炮孔深度

炮孔深度作为掘进循环劳动量和工作组织的主要钻爆参数直接决定着每个循环的进尺量，也就是决定着掘进中钻孔和装药等主要工序的工作量和完成各项工序所需要的时间。

炮孔深度L=L0/（TNMNSNXη),见《爆破手册》公式6-1-3。

L0—隧道掘进全长；

T—完成人巷道掘进任务的月数；

NM—每月工作日，一般为25d；

NS—每天的工作班数，2；

NX—每班的工作循环数,1；

η—炮孔利用率，0.85；

3、炮孔数目

炮孔数目N=3.3（fs2)1/3，见《爆破手册》公式6-1-8。

式中：N —炮孔数目个数；

f —岩石坚固系数，洞身主要为微风化正长斑岩，由爆破手册表3-1-13可得f取值18；

s —隧道爆破断面面积。

4、一次爆破总装药量

采用公式：Q=qV=qSlη，见《爆破设计与施工》公式9-3，

式中：Q--爆破一次总装药量,Kg；

l—炮孔深度m；

s—隧道爆破断面积；

η—炮孔利用率，η=0.85。

5、炮孔布置

（1）掏槽炮孔的布置

为了方便后续出碴装运与爆后找顶和初期支护作业，炮碴要集中，爆堆要高。掏槽采用三级复式楔形掏槽，将掏槽位置置于断面的中下部位，距底板线1.3m～1.5m，采用1～20段非电毫秒延期雷管爆破，其抛碴距离控制在10～15m范围内，可满足各项施工作业要求，同时可控制爆破震动。

（2）周边炮孔的布置

周边炮孔也是影响坑道施工轮廓的重要炮孔,称为光面爆破炮孔,它既能够防止围岩的超欠开挖力,也能够起到降低施工爆破时围岩的扰动的目的。全断面一次光面爆炸破碎后的爆破孔。全断面一次光面爆破时爆破孔和开挖主爆孔用延时雷管一次起爆，光面爆破孔迟后主爆孔150-200ms，根据岩质和围岩类别，周边炮孔孔距E=15d=15*4=60cm，最小抵抗线Ｗ=E/（0.7～1.0），所有周边炮孔采用导爆索实现同段起爆。

（3）扩槽、内圈、二台、底板炮孔的布置

扩槽、内圈、二台、底板等炮孔的布设原则均较掏槽、周边炮孔为稀,但同崩落炮孔一样,也要适当保密。将内圈炮孔设计间距控制在0.8m，可以控制因爆破引起对围岩的破坏，让炸药的能量在内圈炮孔带均匀的分布，二台、底板的炮孔由于积压碴的原因，也必须要适当加密，间距或抵抗线一般为掘进炮孔的80%左右，设计为0.75m，底板孔须比掘进孔加深0.2m。

（4）辅助孔的布置

辅助炮孔采用线形布置和环形布置相结合的形式一般均匀布置即可。掘进孔孔距设计为1.1m，抵抗线均为同排（或同一环形）炮孔间距的80%～100%

图3 全断面法开挖主要炮孔布置示意图

图4 台阶法开挖主要炮孔布置示意图图5 CD法开挖主要炮孔布置示意图

6装药及填塞

（1）装药设计：

炮孔装药结构分为两种装药形式，一种是连续装药，另一种是间断捆绑药串装药，见附图7、8。

图6 掏槽、主爆、底板炮孔装药结构示意图

图7 周边、光面炮孔装药结构示意图

连续装药结构用于掏槽、扩槽、掘进、二台、底板、内圈炮孔，将计算炸药量φ32mm的药卷逐节不间断装入孔内；

间断捆绑药串装药（分段装药结构）专用于周边炮孔或光面炮孔装药，用导爆索起爆。

（2）填塞设计：

隧道爆破中炮孔采用炮泥堵塞，孔内有水时用中细砂堵塞,炮孔填塞长度一般取0..3倍的炮孔长度。

起爆网路设计

隧道爆破采用内分段孔外非电雷管簇联网络。

图8非电雷管起爆网络图

3.6爆破飞石防护

（1）开挖台车的前、中、后位置，设置3道密孔钢筋网对爆破飞石进行阻截。网孔孔径20mm，幅宽1m，密孔钢筋网设计为折叠式，爆破时展开，覆盖整个初支后的断面，有效防止飞石飞出洞外，侵入铁路，确保铁路行车安全。

（2）针对本段的爆破施工，主要采用嵌丝炮被、搭设双层钢管防护排架的方式防止爆破飞石影响铁路运营，保证施工及其他人员、设备安全。隧道口10m处须搭设12m高的防护排架悬挂一层嵌丝炮被，隧道爆破时在洞口处挂一层安全网。

图9 隧道防爆排架示意图

4结语

鳌峰山隧道洞口段采取盘锯分块切割施工工艺，解决了岩质坚硬，岩体完整情况下机械开挖难度大、工期长、噪音大的问题，且只产生很小的振动，能够及早形成成洞面。洞内石方开挖采取控制性爆破施工技术，将爆破振动控制在1.0cm/s内，有效的减少对运营铁路线的影响，保证铁路线正常运营,该工艺在施工全过程中安全可靠，操作便捷，高效优质，能够尽早的形成成洞面，又减小了振动对运营铁路线的影响，施工安全质量达到预期效果，即节约了成本，又创造了可观的社会经济效益，为邻近铁路运营线隧道施工创造了很重要的参考价值。

参考文献：

[1]李海波.控爆技术在邻近营业线铁路隧道小净距施工中的应用.价值工程，2017年.

[2]黄选军，梁进.邻近营业线隧道小净距离控制爆破施工技术[J]铁道建筑技术2014(7):1-6.

作者简介：

黄荣洲 1972年12月生,男，汉族，江西石城，大学本科,高级工程师，研究方向：公路、隧道工程