袁良遠(yuǎn)， 唐春海， 朱加雄， 白 玉

(1. 六盤水久翔爆破工程有限公司， 貴州六盤水 553600； 2.廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院， 南寧 530004；

3. 畢節(jié)市恒宇爆破工程有限公司， 貴州畢節(jié) 551700)

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高速公路隧道下穿既有鐵路隧道控制爆破技術(shù)

袁良遠(yuǎn)1， 唐春海2， 朱加雄2， 白 玉3

(1. 六盤水久翔爆破工程有限公司， 貴州六盤水 553600； 2.廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院， 南寧 530004；

3. 畢節(jié)市恒宇爆破工程有限公司， 貴州畢節(jié) 551700)

摘要：為確保公路隧道爆破施工過程中既有鐵路隧道的結(jié)構(gòu)安全，采取了以下措施嚴(yán)格控制爆破振動產(chǎn)生的危害。通過參考相關(guān)資料，將上行鐵路隧道的振動安全控制標(biāo)準(zhǔn)確定為8.0cm/s。隧道采用臺階法開挖，上臺階爆破循環(huán)進(jìn)尺為0.9m，以控制每次爆破的爆破規(guī)模。爆破施工過程中采取了一系列減振技術(shù)措施，如增加起爆段別、減少單段起爆藥量、增加空孔數(shù)量等。爆破取得了良好效果，對既有隧道沒有造成影響，達(dá)到了預(yù)期目的。

關(guān)鍵詞：交叉隧道； 隧道爆破； 爆破振動； 控制爆破

1工程概況

貴州省六盤水至鎮(zhèn)寧高速公路六盤水至六枝段為雙向四車道高速公路，設(shè)計速度為80km/h，路基寬度為24.5m。項(xiàng)目起自水城東，經(jīng)濫壩、陡箐、黑塘，止于六枝西那玉，全長60km。茨沖隧道位于“六六”高速公路第一合同段，左線在ZK48+818(設(shè)計標(biāo)高1795.66m)處與滬昆鐵路上行段隧道T2212+402.5(軌頂標(biāo)高1822.846m)相交，隧道軸線與鐵路線路交角為33°52′6.4″，高差27.186m，凈距18.759m。茨沖隧道右線在YK48+855(設(shè)計標(biāo)高1795.978m))處與滬昆鐵路上行段隧道T2212+352.7(軌頂標(biāo)高1822.497m)相交，隧道軸線與鐵路線路的交角為31°44′2.2″，高差26.519m，凈距18.092m。

茨沖隧道雙線間距約28m，隧道圍巖主要為灰?guī)r，巖體節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎至較完整，局部點(diǎn)滴狀出水，穩(wěn)定性較好，圍巖級別為Ⅲ級，設(shè)計對該地段采用Ⅳ級圍巖S-Ⅳb型襯砌進(jìn)行加強(qiáng)，采用φ25mm超前錨桿進(jìn)行開挖超前預(yù)支護(hù)。

茨沖隧道下穿滬昆鐵路隧道段平面圖見圖1。

圖1　茨沖隧道下穿滬昆鐵路隧道段平面圖Fig.1　The planar graph of Cichong tunnel underpass Shanghai-Kunming railway tunnel

2工程技術(shù)要求與難點(diǎn)

茨沖隧道下穿滬昆鐵路隧道段采用鉆爆法掘進(jìn)，爆破掘進(jìn)時，要求爆破施工不得影響鐵路的正常運(yùn)行。由于隧道間距較近，僅有18m，爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)可能會對上行的鐵路隧道造成影響，因此，爆破掘進(jìn)須精心設(shè)計，嚴(yán)格施工。爆破有害效應(yīng)包括爆破振動、個別飛散物、空氣沖擊波、噪聲、有毒氣體等。綜合分析相關(guān)資料〔1-7〕，鄰近隧道爆破施工時，主要危害是爆破產(chǎn)生的振動可能對相鄰隧道造成損傷，因此，爆破時需對爆破振動進(jìn)行有效的控制，使爆破振動強(qiáng)度控制在一定范圍內(nèi)， 確保爆破振動對相鄰隧道不造成影響， 且不影響既有鐵路隧道的正常運(yùn)行。

為了控制爆破振動強(qiáng)度，隧道鉆爆開挖采用臺階法，開挖過程中嚴(yán)格控制爆破規(guī)模，并采取少裝藥、弱爆破、短進(jìn)尺等措施，減少開挖爆破對上行鐵路隧道的擾動。

3振動速度控制標(biāo)準(zhǔn)的確定

對于鄰近既有隧道爆破施工，應(yīng)采用控制爆破使開挖范圍外被保護(hù)對象處的爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度符合安全允許標(biāo)準(zhǔn)。因此，設(shè)計前需確定上行鐵路隧道的安全允許振速。按照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)〔8〕規(guī)定，交通隧道安全允許振動速度應(yīng)在10.0 cm/s～20.0cm/s范圍內(nèi)，按此標(biāo)準(zhǔn)取最保守值10.0cm/s的指標(biāo)來進(jìn)行控制，可以保證隧道襯砌結(jié)構(gòu)不會破壞；同時在《貴州省六盤水至鎮(zhèn)寧(六盤水至六枝段)高速公路與滬昆鐵路交叉施工圖設(shè)計》的設(shè)計說明中，也要求隧道允許振速按10.0cm/s來進(jìn)行控制。但考慮到隧道為運(yùn)營隧道，內(nèi)有接觸網(wǎng)、通訊線路等設(shè)施，長期的強(qiáng)振動會引起隧道圍巖松弛，產(chǎn)生巖體變形，可能造成防水層的密封質(zhì)量下降，降低隧道的防水效果，使隧道處于病害狀態(tài)，降低隧道的使用壽命。為了確保上行鐵路隧道結(jié)構(gòu)的安全，其振動控制標(biāo)準(zhǔn)須小于10.0cm/s。

表1為國內(nèi)類似的凈距小于30m的其他隧道的爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)參考值。

表1　相鄰隧道間凈距小于30m的爆破振動控制參考值

從表1可以看出，對于一些建成年代較久的既有隧道，振動控制標(biāo)準(zhǔn)為5.0cm/s～6.0cm/s，而年代較近的既有隧道，振速控制標(biāo)準(zhǔn)為7.0cm/s～8.0cm/s，并未出現(xiàn)安全事故，能保證既有鐵路隧道的安全運(yùn)營。綜合上述分析，對于本工程中的既有隧道，考慮其正在運(yùn)營，為保證其安全性，爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)值確定為8.0cm/s。

4爆破控制的工程措施

結(jié)合隧道交叉段地質(zhì)條件，在交叉段施工時應(yīng)采取控制爆破措施，避免對鐵路隧道造成干擾，采取的具體措施有：

(1)采用分段延時爆破技術(shù)。大量的工程實(shí)踐證明，分段延時爆破可以使最大振速明顯降低。

(2)為避免爆破延時時間較短或者延時誤差造成地震波疊加，使振動加強(qiáng)，在選擇雷管段別時，應(yīng)加大相鄰炮孔的延時時間，應(yīng)盡可能考慮跳段布置雷管，既有利于相鄰兩段振動的主振相分離，避免振動疊加，又為后排爆破創(chuàng)造更充分的臨空面，減輕爆破夾制作用對振動的加強(qiáng)作用。

(3)增加空孔數(shù)量或增大空孔直徑，以加大臨空面，減小夾制作用造成的振動加強(qiáng)，這對降低掏槽爆破的振動強(qiáng)度十分有效。

(4)同時采取減小爆破進(jìn)尺，縮短炮孔長度，降低單孔裝藥量等措施，進(jìn)一步降低振動。

5爆破設(shè)計

交叉段爆破設(shè)計上臺階與下臺階分開進(jìn)行。上臺階每循環(huán)進(jìn)尺按0.9m(炮孔利用率為90%)進(jìn)行設(shè)計，下臺階每循環(huán)進(jìn)尺按2.5m進(jìn)行設(shè)計。爆破采用2#巖石硝銨炸藥和毫秒延時雷管。爆破設(shè)計原則為多鉆孔，少裝藥，分次分段起爆。上斷面開挖面積60.4m2，共鉆132個孔，用藥量59.3kg，單位巖石炸藥消耗量為1.09kg/m3；下斷面開挖面積35.3 m2，共鉆76個孔，用藥量76.2kg，單位巖石炸藥消耗量為0.86kg/m3。爆破設(shè)計見圖2，爆破參數(shù)見表2和表3。

圖2　交叉段爆破設(shè)計Fig.2　The blasting design of cross section

編號炮孔名稱雷管段別炮孔深度/m炮孔數(shù)量/個裝藥量/kg單孔藥量 小計裝藥集中度/(kg·m-1)1~1011~1819~2627~3637~5657~8081~119110~132空孔一級掏槽孔二級掏槽孔一圈輔助孔二圈輔助孔三圈輔助孔周邊孔(不含底孔)底孔MS1MS5MS7MS9MS11MS13MS151.21.21.21.01.01.01.01.0108810202439130.80.80.50.50.50.30.66.46.45.010.012.011.79.80.670.670.500.500.500.300.60合計13259.3

表3　下臺階爆破參數(shù)

6爆破振速估算

振動速度估算采用式(1)計算，參數(shù)參照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)〔8〕選?。?/p>

式中：v為計算的振動速度，cm/s；R為爆源至被保護(hù)對象的距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；K、α為與爆破點(diǎn)至被保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

以上臺階的第三圈輔助孔的單段裝藥量最大，為12kg，距離為18.74m，圍巖為灰?guī)r，取K=150、α=1.5進(jìn)行計算。同時對其余段別爆破振速進(jìn)行計算，并匯總?cè)绫?。

從計算結(jié)果可以看出振速估算值均小于8.0cm/s的安全控制指標(biāo)，說明以上爆破參數(shù)可行。

表4　爆破振速計算結(jié)果

7爆破效果及體會

(1)待開挖隧道近距離下穿既有鐵路隧道時，爆破振動可能對原有隧道產(chǎn)生危害，必須引起高度重視。本文綜合相關(guān)資料，將上行鐵路隧道結(jié)構(gòu)的爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)定為8.0cm/s，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行合理的爆破參數(shù)設(shè)計。

(2)為了減少爆破振動強(qiáng)度，爆破設(shè)計采取了短進(jìn)尺、少裝藥、增加空孔及合理安排延時起爆時間等措施。經(jīng)現(xiàn)場觀察，爆破效果達(dá)到了預(yù)期要求。

(3)經(jīng)過精心施工，工程達(dá)到了預(yù)期目的。爆破后，周邊孔的半孔率及平整度都符合設(shè)計要求，爆破對圍巖的影響較少，圍巖穩(wěn)定，施工安全、順利，施工過程沒有對現(xiàn)行鐵路隧道造成影響。

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Control blasting technology of expressway tunnel underpass existing railway tunnel

YUAN Liang-yuan1, TANG Chun-hai2, ZHU Jia-xiong2, BAI Yu3

(1. Liupanshui Jiuxiang Blasting Engineering Co., Ltd., Liupanshui 553600, Guizhou, China；2. College of Resources and Metallurgy, Guangxi University, Nanning 530004, China；3. Bijie Hengyu Blasting Engineering Co., Ltd., Bijie 551700, Guizhou, China)

ABSTRACT：For the safety of existing railway tunnel when the new one was in construction, some measurements were taken for controlling damage of blasting vibration. According to relevant safety standard information, the blasting vibration safety control standard was determined to be 8.0cm/s for the existing tunnel. Bench method was used and blasting advance per round of 0.9m was set up to reduce blasting scale at upper bench. A series of techniques were taken during tunnel blasting to reduce the vibration, such as increasing initiation segments, decreasing the charge amount per delay interval, drilling more empty holes and so on. A good blasting effect without any negative impact on the existing railway tunnel was finally achieved.

KEY WORDS:Cross tunnel; Tunnel blasting; Blasting vibration; Control blasting

中圖分類號：TD235； U455.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.014

作者簡介：袁良遠(yuǎn)(1964-)，男，主要從事工程爆破設(shè)計、施工管理。E-mail: 2601282213@qq.com通訊作者： 唐春海(1971-)，男，博士、副教授，主要從事工程爆破的施工、教學(xué)與科研工作。E-mail: 99947097@qq.com

收稿日期：2015-11-17

文章編號：1006-7051(2016)01-0064-04