張吉成

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概況

閆家莊水電站位于山西省盂縣境內(nèi)海河流域子牙河水系滹沱河上，站址位于盂縣梁家寨鄉(xiāng)閻家莊村下游1 km處，距盂縣縣城80 km。電站工程由引水樞紐、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠區(qū)等幾部分組成。引水樞紐包括攔河壩、沖沙閘；輸水系統(tǒng)包括進水閘、引水渠道、輸水隧洞；廠區(qū)包括前池、壓力管道、廠房等。

引水隧洞線路在樁號0+879.4 m處與朔黃鐵路一隧洞立體交叉，鐵路隧洞在上，引水隧洞在下，引水隧洞需穿越鐵路隧洞。經(jīng)實測，穿越段鐵路路軌頂高程406.805 m，引水隧洞洞底設(shè)計高程390.530 m，洞頂設(shè)計高程395.780m，穿越段兩隧道上下凈距10.025 m。兩洞平面呈斜交，交角42°。引水隧洞自樁號0+868.3m始與鐵路隧洞相交，至890.4 m結(jié)束，兩隧洞相交段長22.6 m。

根據(jù)爆破原理，由薩道夫經(jīng)驗公式可知,一定條件下,物體受震強度V與爆心距R成幾何反比關(guān)系,即爆心距R越小,物體受震強度越大。引水隧洞穿越段石方洞挖施工爆破作業(yè)時,炸藥瞬時釋放的巨大能量以脈沖震動波的形式通過圍巖及先成型的鐵路隧道結(jié)構(gòu)作輻射狀傳遞、震蕩。如果不科學控制裝藥量，引水隧洞穿越段爆破作業(yè)將對開挖成型隧道的支護結(jié)構(gòu)造成危害。

穿越段上下隧道距離近，而朔黃鐵路又屬重載列車運行的重要線路，為保證列車的運行安全和鐵路隧道的運行安全，引水隧洞穿越段石方洞挖必須采用控制爆破的施工方法。

2 施工方案的確定

與鐵路相交叉的洞段，圍巖類別為Ⅱ類，巖石堅固系數(shù)f＝18～20，地質(zhì)條件較好。經(jīng)過專家咨詢及項目部論證，穿越段石方洞挖施工中確定運用弱震動爆破技術(shù)，采用淺孔、少藥、短開挖、弱爆破、強支護的控制爆破施工工藝組織施工。

引水隧洞斷面為 4.16 m×5.35 m，斷面面積19.8 m2。為減少爆破總裝藥量，采用下導洞分部開挖法，即先在斷面底部中心開挖寬2.4 m、高2.5 m的超前導洞，超前長度為3～6 m，然后一次性擴挖剩余斷面，隧洞周邊采用預裂爆破。

3 控制爆破參數(shù)設(shè)計

為確保穿越段石方洞挖爆破時不對上層鐵路隧洞造成影響，控制爆破參數(shù)采用安全爆破震動速度進行校核。根據(jù)《爆破安全規(guī)定》，引水隧洞穿越段爆破時對鐵路隧洞的安全爆破震動速度應(yīng)不大于15 cm/s，為確保鐵路隧洞安全，本次設(shè)計安全爆破震動速度取10 cm/s。

3.1 控制爆破參數(shù)確定

根據(jù)爆破經(jīng)驗，開挖參數(shù)確定見表1。

表1 引水隧洞穿越段開挖爆破參數(shù)表

根據(jù)隧洞工程地質(zhì)情況，引水隧洞穿越段下導洞石方洞開挖時采用直眼掏槽，形式為中空五眼梅花掏槽。直眼掏槽裝藥孔的裝藥長度一般不小于炮孔深度的80%，第一排炮孔到空孔的距離應(yīng)不大于1.5倍空孔直徑。

引水隧洞穿越段周邊擴挖采用預裂爆破，預裂爆破參數(shù)見表2。

表2 引水隧洞穿越段擴挖預裂爆破參數(shù)

在施工中可按照選定的參數(shù)，總結(jié)每次的爆破效果,測量半孔率和輪廓不平整度，不斷調(diào)整爆破參數(shù)。

根據(jù)爆破參數(shù)及起爆順序，各段裝藥量見表3。

表3 裝藥量分配表

3.2 最大分段裝藥量控制

根據(jù)《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》質(zhì)點震動速度傳播規(guī)律的經(jīng)驗公式ν=K（W1/3/D）α，可計算出每次爆破質(zhì)點震動速度，參照規(guī)范中給定的允許質(zhì)點震動速度值，便可得出爆破是否影響交通隧洞的正常運行。

通過現(xiàn)場爆破試驗及振動監(jiān)測,對爆破振動監(jiān)測進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計及回歸分析，并確定了經(jīng)驗公式中的K值和α值。結(jié)合實際地形地質(zhì)情況和爆破規(guī)模來控制最大分段裝藥量。主要根據(jù)下面公式來計算：

Q=R3（v/k）3/α.

式中:Q——允許單段最大起爆藥量，kg；

R——安全距離，m；

v——建筑物的最大允許振動速度，cm/s，取10 cm/s；

k——介質(zhì)系數(shù)，k取80；

α——震動衰減系數(shù)，α取1.3。

取R=10 m，則計算出最大允許一次起爆藥量：

Q=103×（10/80）3/1.3=8.37（kg）.

根據(jù)以上計算結(jié)果，在爆破設(shè)計和施工時，可以確定同一段雷管的最大起爆藥量，由表3知，單段藥量均小于8.37 kg，按此方案進行控制爆破是可行的。

4 爆破安全監(jiān)測

爆破安全監(jiān)測主要是對確定的爆破參數(shù)進行驗證，以及實時監(jiān)測爆破時對被保護建筑物的的影響程度。

4.1 爆破參數(shù)的驗證

由鐵路部門、業(yè)主、設(shè)計、施工幾方商定，依據(jù)監(jiān)理簽批意見，確定在距與鐵路隧洞相交處50 m外為試驗段，布置測點，在每周鐵路安檢維護時段組織爆破。使用振動信號自記儀監(jiān)測爆破質(zhì)點震動速度，分析研究試驗數(shù)據(jù)，確定引水隧洞穿越段爆破參數(shù)是否合理。

4.2 被保護建筑物的實時監(jiān)測

測點布置：本段工程主要保護對象是與之交叉的鐵路隧洞及隧洞圍巖，測點布置在鐵路隧洞內(nèi)。

震動速度的控制：在穿越段洞室開挖中，為防止與之交叉的鐵路隧洞受到震動而損壞,從試驗段開始每掘進4.5 m布點監(jiān)測一次，確保在引水隧洞穿越段爆破施工全過程監(jiān)測，對鐵路隧洞質(zhì)點震動速度應(yīng)控制在安全震動速度內(nèi)。如有異常情況出現(xiàn)，應(yīng)急時調(diào)整爆破參數(shù)，縮短開挖進尺。

5 結(jié)語

引水隧洞穿越段施工于2007年8月開始，計劃工期一個月。在施工中嚴格按照確定的方案進行施工，在整個施工過程中沒有出現(xiàn)異常情況，引水隧洞穿越段鐵路隧洞影響段共進行了26次監(jiān)測，質(zhì)點震動速度最大為6 cm/s，其他質(zhì)點震動速度均在4 cm/s以下，說明該方案是成功的。