潘定坤 上海鐵路局杭黃鐵路有限公司

杭黃鐵路藍田隧道爆破施工技術(shù)及安全控制

潘定坤 上海鐵路局杭黃鐵路有限公司

新建杭黃鐵路藍田隧道鄰近既有合福鐵路。隧道進口距離既有合福鐵路通訊直放站最近處約87 m，距離藍田隧道出口最近處約63 m。隧道爆破施工時，產(chǎn)生的振動和個別飛石，對鄰近既有合福鐵路行車安全和行車設(shè)備構(gòu)成安全隱患。通過調(diào)查研究、論證分析和實驗等方法，確定控制每循環(huán)進尺、總裝藥量、間隔微差起爆等技術(shù)手段，以及在洞門搭設(shè)雙排架、在無列車通行條件下實施爆破作業(yè)等安全措施，確保了既有合福鐵路行車安全。

藍田隧道；爆破施工；鄰近合福鐵路；技術(shù)及安全控制

新建杭黃鐵路藍田隧道鄰近合福鐵路，隧道采用爆破施工。在爆破過程中，爆破引起振動和個別飛石，是構(gòu)成鄰近既有合福鐵路藍田隧道、藍田特大橋、石榴一號大橋、通訊直放站、軌道（路基）及接觸網(wǎng)支柱基座安全的主要隱患。既要保證合福鐵路行車安全，又要保證藍田隧道施工順利推進，是本次施工的關(guān)鍵。若裝藥量超標、安全措施落實不到位，都有可能對合福鐵路行車和行車設(shè)備造成潛在或直接威脅。

1 工程概況

藍田隧道位于安徽省黃山市歙縣境內(nèi)，隧道起止里程為: DK258+974-DK259+950,全長976 m，其中V級圍巖141 m，IV級圍巖140 m，III級圍巖695 m。洞身圍巖為ε3h碳質(zhì)板巖、灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。隧道開挖采用爆破作業(yè)，機械配合出渣。

圖1 新建藍田隧道與既有合福鐵路對應(yīng)區(qū)段平面示意圖

藍田隧道對應(yīng)合福鐵路里程為K1278+199.381-K1279+ 163.081。隧道進口距離既有合福鐵路藍田隧道進口最近處約99 m；距離既有合福鐵路通訊直放站最近處約87 m。新建藍田隧道出口距離既有合福鐵路藍田隧道隧道出口最近處約63 m（見圖1）。

根據(jù)《鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法》（鐵運［2012］280號）有關(guān)規(guī)定，本項目鄰近營業(yè)線施工等級劃分為B類。

2 存在的風(fēng)險因素分析

新建藍田隧道施工鄰近合福鐵路，采取爆破施工，因此存在以下風(fēng)險因素：

（1）爆破裝藥量超標，過大的振動會對既有合福鐵路行車設(shè)備造成破壞。

（2）在進口或出口地段施工時，爆破飛物對既有合福鐵路行車設(shè)備造成破壞或飛落到線路上。

3 爆破振動速度控制值（見表1）

表1 不同類型建（構(gòu)）筑物爆破振動控制值

4 采取的技術(shù)保障措施

根據(jù)短進尺、弱爆破、強支護、早襯砌的原則和爆破振動控制值，結(jié)合現(xiàn)場實際情況和試驗數(shù)據(jù)分析，采取如下技術(shù)保障措施。

4.1 隧道鉆爆設(shè)計

利用鑿巖機鉆孔，采用楔形掏槽的爆破作業(yè)方式掘進，并控制循環(huán)進尺過長，避免產(chǎn)生額爆破有害效應(yīng)超過安全規(guī)程規(guī)定，如遇較差底層，爆破人員必須及時根據(jù)現(xiàn)場情況修改爆破進尺及爆破參數(shù)。

4.1.1 光面爆破

采用非電毫秒管孔內(nèi)微差爆破技術(shù)，鉆眼直徑38 mm，孔內(nèi)裝直徑32 mm的乳化炸藥藥卷，用塑料導(dǎo)爆管聯(lián)網(wǎng)起爆（具體參數(shù)見表2）。

表2 光面爆破參數(shù)表

4.1.2 鉆炮設(shè)計

（1）掏槽眼

掏槽眼采用楔形掏槽，掏槽區(qū)布設(shè)在整個斷面的中下部分，以便施工，同時減小掏槽區(qū)拋擲距離，按掏槽區(qū)面積為斷面面積的10%～15%進行選擇，結(jié)合掏槽眼的布置，采用水平布置，爆破效果較好，且單耗適中，故掏槽區(qū)的面積為21.35 m2，掏槽眼深度和角度必須符合設(shè)計要求（如圖2）。

圖2 掏槽眼平面布置圖

（2）周邊眼布置

周邊眼沿開挖輪廓線均勻布置，由于圍巖較破碎，為了盡可能減少對周邊圍巖的擾動，周邊眼按光面爆破考慮，孔徑42 mm，按規(guī)范要求硬巖光爆參數(shù)為：周邊眼間距40 mm～50 mm，本隧道根據(jù)自制臺架尺寸，拱頂周邊眼間距取45 mm，起拱線以下周邊眼間距在40 mm～50 mm之間，采用直徑32藥卷空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，為了確保周邊孔同時起爆，采用導(dǎo)爆索起爆。周邊眼爆破符合光面爆破總體規(guī)定。

III級圍巖每循環(huán)進尺為2.5 m，炮孔深度取2.7 m，IV級圍巖每循環(huán)進尺為2 m，炮孔深度取2.5 m，V級圍巖每循環(huán)進尺為0.6 m，炮孔深度取1.0 m，周邊堵塞長度按40 cm（如圖3）。

圖3 每循環(huán)進尺及裝藥情況示意圖

（3）掏槽輔助眼

輔助眼深度III級圍巖為2.7 m～3 m，IV級圍巖為2.5 m～2.8 m,V級圍巖為1.0 m～1.1 m。

（4）掘進眼

掘進眼的作用是擴大臨空面，為周邊眼創(chuàng)造有力條件，其間距于巖層特點有關(guān)，整體性好的巖層，布眼宜密，較破碎的巖層布眼宜疏，應(yīng)避開節(jié)理、裂隙。

（5）底板眼

底板爆破是否平直直接影響裝載機裝渣效率以及隧道內(nèi)排水效果，減小底板眼孔間距和抵抗線，增大單孔裝藥量，加強炮孔堵塞，以保證底板的爆破效果。底板炮孔應(yīng)盡量平行線路縱坡鉆孔。底板眼間距80cm，現(xiàn)場施工根據(jù)巖層巖性可適當(dāng)調(diào)整。

4.2 隧道開挖參數(shù)設(shè)計

（1）施工方法

施工中嚴格按照設(shè)計要求，遵循新奧法施工原理，加強施工監(jiān)控量測，確保施工安全。爆破施工作業(yè)一般程序有：測量放線、炮孔布置、施工準備、鉆孔、吹孔、裝藥、填塞、連接起爆網(wǎng)絡(luò)、警戒起爆、排煙、爆后檢查。

（2）炮孔數(shù)目

在破碎、松散等不良復(fù)雜地層段中掘進，應(yīng)遵守"短開挖、多打孔、少裝藥、弱爆破、勤量測"的原則。按下式計算炮孔數(shù)目，在施工中根據(jù)具體情況再做調(diào)整，已達到爆破影響最小效果。

炮孔數(shù)目N=Q×S/rη

式中：Q為炸藥單耗量，根據(jù)巖石普氏系數(shù)及斷面尺寸，查閱先關(guān)資料并根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇炸藥單耗。Ⅲ級圍巖進尺2.5 m，QⅢ=0.76 kg/m3、IV級圍巖進尺2.0 m，QIV=0.71 kg/m3、V級圍巖進尺0.6 m，QV=0.67 kg/m3。

S為開挖面積，SⅢ=137.84、SIV=145.56、SV=149.62 r為每米長度炸藥的重量，2號巖石乳化炸藥r=0.7 kg/mη為炮孔裝藥系數(shù)，Ⅲ級圍巖取0.8，IV、V級圍巖取0.75 則NⅢ=183、NIV=196、NV=198。

（3）炮孔裝藥量計算

例如，根據(jù)上述公式，計算出隧道洞身Ⅲ級圍巖臺階法爆破參數(shù)表3、表4及炮孔布置圖4。

表3 隧道洞身Ⅲ級圍巖臺階法爆破參數(shù)表（上臺階）

表4 隧道洞身Ⅲ級圍巖臺階法爆破參數(shù)表（下臺階）（鉆孔直徑：42 mm 炸藥單耗：0.76 kg/m3）

圖4 隧道Ⅲ級圍巖隧道掘進炮孔布置圖

4.3 爆破振動速度控制值（見表5）

表5 不同類型建（構(gòu)）筑物爆破振動控制值

爆破振動安全允許質(zhì)點振速，可按下式計算：

式中：R為爆破振動安全允許距離，單位為米（m）；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，單位為千克（kg）；V為保護對象所在地安全允許質(zhì)點振速，單位為厘米每秒（cm/s）；K、α為與爆破點至保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定；在無試驗數(shù)據(jù)的條件下，可參考表6選取。

表6 爆區(qū)不同巖性的K、α值

根據(jù)該工程周圍環(huán)境、工程地質(zhì)情況，式1參數(shù)選取如下：

（1）爆源至保護建筑的最近距離

隧道洞身Ⅴ級圍巖：

取R1=63 m、R2=87 m，R3=90 m、R4=99 m。

隧道洞身Ⅳ級圍巖：

取R1=64 m、R2=110 m，R3=115 m、R4=121 m

隧道洞身III級圍巖：

取R1=65 m、R2=89 m，R3=139 m、R4=142 m。

（2）最大一段藥量

隧道洞身Ⅴ級圍巖取Q=7 kg，隧道洞身Ⅳ級圍巖取Q= 16 kg，隧道洞身III級圍巖取Q=16 kg。

（3）不同類型建（構(gòu)）筑物爆破振動控制值詳見表5。

（4）與爆破點至計算保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，取K=200、取α=1.65。

如三臺階Ⅲ級圍巖，代入式1計算結(jié)果詳見表7。

表7 爆破振動速度計算值

經(jīng)過檢算，新建藍田隧道開挖爆破產(chǎn)生的振動均在安全允許范圍內(nèi)，不會對鄰近既有合福鐵路藍田隧道、藍田特大橋、石榴一號大橋、通訊直放站、軌道（路基）及接觸網(wǎng)支柱基座產(chǎn)生安全影響。

5 安全控制措施

5.1 洞口施工防止飛物安全措施

（1）爆破孔口壓土袋。在炮孔孔口均用沙袋、廢舊傳輸帶覆蓋，避免發(fā)生沖炮產(chǎn)生飛石。

（2）覆蓋防護。在爆破體四周采用竹片夾草袋或其它能吸收能量的柔性材料進行覆蓋防護。

（3）根據(jù)試爆，選擇合理單耗值。遵循“多鉆孔，少裝藥”的原則。

（4）在隧道明洞段區(qū)域進行爆破施工時，爆破區(qū)域采用柔性炮被整體覆蓋及硬性隔離墻防護(見圖5)。

圖5 防護墻搭設(shè)示結(jié)構(gòu)圖

（5）對爆破部位采用防爆被近體防護。

具體措施為:采取雙層膠質(zhì)炮被（10 cm×10 cm網(wǎng)格）加一層鋼絲網(wǎng)進行防護，炮被上加壓9個各重25 kg的砂袋。為有效、快速對炮孔口的高壓氣體進行卸壓，在炮被下放置直徑5 cm的毛竹三根（見圖6）。

圖6 炮被結(jié)構(gòu)示意圖及實體照片

5.2 鄰近既有線爆破安全防護措施

在施工前，與設(shè)備管理單位、鐵路派出所對接，制定安全防護措施。在施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際準備情況，提前向上海鐵路局申請施工天窗，安排駐站聯(lián)絡(luò)員在績溪北站行車室進行登銷記，同時現(xiàn)場安排不小于2名的安全防護員，在各配合單位共同參與情況下，共同做好安全防護。

5.3 爆破震動控制措施

（1）根據(jù)周邊被保護建（構(gòu)）筑物爆破振動速度控制值和圍巖等級，計算每循環(huán)進尺和總裝藥量、最大一段藥量，控制爆破規(guī)模，降低爆破震動的危害。

（2）創(chuàng)造良好臨空面。爆破前臨空面的堆碴應(yīng)全部清理完畢，爆破時有利于爆碴移動及爆破能量的釋放，進而大大降低爆破震動。

（3）爆破作業(yè)采用微差爆破方式，降低爆破震動的影響。

（4）遇到圍巖變化及變更，及時調(diào)整參數(shù)，重新按程序試爆，每次試爆時必須遵循爆破規(guī)模由小到大的原則。宜在經(jīng)過一段時間小規(guī)模試驗爆破后，根據(jù)振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定一次起爆規(guī)模和最大單段藥量。

5.4 做好監(jiān)控量測

（1）震速監(jiān)測

爆破施工時，利用天窗點進入合福鐵路內(nèi)，在爆破區(qū)域距離合福鐵路最近的結(jié)構(gòu)物上，安裝2臺測振儀，監(jiān)控震速是否在合理的控制范圍內(nèi)；如不在范圍內(nèi)，立即調(diào)整設(shè)計參數(shù)。

（2）變形監(jiān)測

①觀測樁的制作及埋設(shè)。沉降、水平位移觀測樁采用Φ28 mm長1.2m的鋼桿，沿著合福隧道頂、橋梁線柵欄外側(cè)2m處，每間隔10m埋設(shè)一個沉降觀測標，隧道進出口、直放站各設(shè)計一個點，埋設(shè)范圍為整個爆區(qū)段，沉降觀測標統(tǒng)一編號。

②觀測頻次要求。每2 h測量一次，并繪制沉降變形曲線，隨時掌握營業(yè)線路穩(wěn)定情況；當(dāng)發(fā)現(xiàn)變形速度較快時，觀測頻次提高到1 h一次。施工完畢后，觀測頻次一般情況下一天不少于二次，觀測時間不少于3天。觀測資料單獨建檔存放。

③觀測方法：水平觀測樁標高采用DINI03電子水準儀（0.3 mm/km）觀測，水平測量應(yīng)達到二等水準測量標準，測量精度應(yīng)達到±1 mm，讀數(shù)取為至0.1 mm。位移觀測采用DTM552全站儀（1+1ppm 1″）觀測，利用穩(wěn)固的基線邊，采集坐標的形式進行位移監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)與上次測量數(shù)據(jù)差值超過3 mm時，及時匯報并要求現(xiàn)場停工并采用相應(yīng)的預(yù)案措施。

6 結(jié)束語

杭黃鐵路藍田隧道在施工過程中，通過合理控制裝藥量，控制爆破進尺，有效控制爆破產(chǎn)生的振動量。同時，做好防飛物安全防護措施，加強過程中的對既有行車設(shè)備變化情況的監(jiān)測，確保了整個施工過程中的合福既有鐵路行車安全和行車設(shè)備安全，希望本文的鄰近既有線隧道爆破施工能給其他鄰近既有線的隧道爆破施工提供借鑒意義。

責(zé)任編輯：宋 飛

來稿時間：2016-11-09