齊立賓

（中鐵十八局集團有限公司 天津 300222）

山區(qū)上跨高鐵隧道高邊坡路塹爆破開挖施工技術

齊立賓

（中鐵十八局集團有限公司 天津 300222）

結合山區(qū)某高速公路上跨高鐵隧道挖方路基施工，詳細介紹了山區(qū)上跨高鐵隧道高邊坡路塹分層分段開挖方法、控制爆破施工技術、預裂爆破施工技術、靜態(tài)爆破施工技術等。施工實踐及監(jiān)測結果表明，高邊坡路塹開挖過程中，既有高鐵隧道振速、沉降及收斂穩(wěn)定，在規(guī)范及設計要求范圍內，滿足施工安全及運營需要。

山區(qū)跨高鐵隧道 路塹挖方 控制爆破 靜態(tài)爆破 監(jiān)控量測

近幾年，西南地區(qū)高速鐵路和高速公路等基礎建設得到迅猛發(fā)展，但西南地區(qū)山區(qū)面積大，地形條件復雜，鐵路與公路并行和交叉情況時有發(fā)生，給交通規(guī)劃選線帶來巨大考驗，給施工組織和施工工藝提出了更高要求。以貴州省安紫高速公路上跨滬昆高鐵山嵐橋隧道挖方路基施工為研究背景，在既有高鐵隧道頂部，開挖55.3 m高的路塹，路塹分4～7級邊坡，開挖長度203 m。分析總結了高邊坡路塹分層分段開挖，深孔爆破、預裂爆破和靜態(tài)爆破施工技術，確保既有高鐵隧道拱頂下沉、周邊收斂和外觀檢測符合規(guī)范和設計要求。

1 工程概況

跨滬昆客運專線挖方施工區(qū)段里程為K1+300~K1+503。該施工點位于安順市七眼橋鎮(zhèn)石龍灣村附近，以路塹+旱橋方式上跨在建的滬昆客運專線長沙至昆明段客運專線的山嵐橋隧道（D2K787+172～D2K787+755，長583 m）。該段路塹為4～7級邊坡，開挖區(qū)段總長度為203 m，中心最大挖高為55.3 m。原地面開挖線最大寬度129 m，路塹底寬29.2 m。本作業(yè)區(qū)爆破石方工程量約44萬m3，非爆破開挖石方工程量約為10萬m3，設計要求在距隧道開挖輪廓線3倍洞徑（洞徑13.15 m）范圍區(qū)應采用非爆破方式開挖。為保證滬昆客專聯(lián)調聯(lián)試不受影響，該挖方段施工必須于2015年7月底完工。

2 地質概況

2.1 地層、巖性

場區(qū)上覆土層為第四系殘坡積層（Qel+dl）黏土，崩塌堆積（Qc）塊石土；下伏基巖為三疊系下統(tǒng)谷腳組（T1g）中厚～厚層狀白云巖。

2.2 地質構造

場區(qū)屬揚子準地臺之貴陽復雜構造變形區(qū)。場區(qū)巖層局部扭曲，巖層總體呈單斜產出，節(jié)理間距100～300 mm，單條節(jié)理裂隙地表延伸長度1～4 m，中風化層內節(jié)理面較為平滑，多層閉合狀，強風化層中節(jié)理裂隙多呈張開狀，多為無充填，局部見黏土充填，無膠結，結合一般，巖體被節(jié)理、裂隙切割成碎塊、塊石狀。

2.3 巖土構成

黏土（Qel+dl）：褐黃色～黃色，可塑狀、軟塑狀，厚0～8.7 m，分布于場區(qū)洼地內，斜坡上基巖出露。塊石土（Qc）：雜色，塊石成分為白云巖塊徑0.3～2.0 m，最大塊徑約5.0 m，含量70 %，余為黏土填充，結構松散，厚0～6.0 m，分布于山嵐坡大橋橋位右側陡崖下方。

2.4 基巖

三疊系下統(tǒng)谷腳組（T1g）中厚～厚層狀白云巖。根據場區(qū)巖體硬度與完整性，鉆探及室內試驗，將場區(qū)基巖劃分為強、中風化兩層。

（1）強風化白云巖：灰黃色，中厚層至厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，厚度2.9～4.6m。

（2）中風化白云巖：灰白色，中厚層至厚層狀，節(jié)理發(fā)育～不發(fā)育，局部溶蝕發(fā)育，巖體較破碎～較完整。

3 主要施工方法

3.1 開挖方案

為保證開挖工作面的平順、整齊、穩(wěn)定，并有效地控制爆破效果和確保安全，使爆破效果滿足機械化開挖作業(yè)并滿足邊坡設計要求，經過現場實地勘察，結合工程施工環(huán)境，確定本工程石方爆破方案。

第一層段，在該區(qū)域主爆區(qū)采用中深孔臺階松動爆破，臨近邊坡采用預裂爆破。為達到減振目的爆破網絡使用逐孔微差網絡。該層段施工結束高程為1 398.55 m，開挖高度地表以下35.2 m。

第二層段，在高程1 398.55～1 378.45 m范圍采用靜態(tài)爆破輔以機械開挖。該層段開挖高度為20.1 m。

采用豎向分層、每層分條塊開挖方式進行開挖，以便于展開工作面施工。先行開挖第一級邊坡（7.3 m高）至1 426.54 m水平高度，形成第一層作業(yè)平臺，然后自二級邊坡開始，整個挖方區(qū)段按邊坡高度每8 m一層，分層下降開挖施工。每層再沿縱向分若干區(qū)塊錯開施工，第一分層～第五分層縱向分區(qū)的開挖寬度一般為b=27～30 m，第六分層～第八分層縱向分區(qū)的開挖寬一般為b=15～25 m。

圖1 中深孔臺階炮孔要素示意圖

3.2 第一層段中深孔爆破

3.2.1 主爆區(qū)爆破參數

（1）中深孔主爆區(qū)的爆破采用梅花形布孔，網孔參數為孔距×排距＝3.5 m×3.0 m。梯段高度為8 m。在邊坡預裂孔和主炮孔之間設置二排輔助炮孔，深度為h1，h2。炮孔布置詳見圖1。圖中b取值范圍一般為3~3.5 m，h1，h2由技術交底和試爆驗證后確定。

（2）中深孔爆破參數

中深孔梯段爆破參數如下：臺階高度H：8 m；孔徑d：100 mm；最小抵抗線Wmin：3.0m（Wmin= （20~40）d）；孔距a：3.5 m；排距b：3 m；孔深l：9 m；超深h：1 m；裝藥結構與填塞長度：3.5 m（連續(xù)裝藥）；炸藥單耗q：0.30-0.4 kg/m3（試爆確定）；單孔藥量Q：25.2-33.6 kg/孔（試爆確定）。

3.2.2 主爆區(qū)爆破網絡

中深孔臺階爆破采用逐孔微差爆破網絡，使用非電毫秒延期雷管構造微差起爆網絡，布孔形式采用梅花形布孔。每次爆破設計使用4排，每排9個炮孔，接采用串并聯(lián)（如圖2示）。

圖2 主爆區(qū)逐孔微差起爆網絡圖

3.3 邊坡預裂爆破

3.3.1 預裂區(qū)鉆孔方法

采用履帶式潛孔鉆機鉆孔，孔徑100 mm，鉆孔沿邊坡設計輪廓線鉆進，邊坡坡度為1︰0.75。

3.3.2 預裂爆破參數設計

孔距a=0.8 m，硬巖取中值，軟巖（次堅石）取小值。與主爆區(qū)距離b=2 m； 孔深h=10 m（含超鉆長度）；超鉆L1=0.5 m；線裝藥密度Q線=0.3 kg/m；單孔藥量：Q=Q線h=0.3×10＝3.0 kg；鉆孔方向：順邊坡設計坡度方向鉆孔；起爆順序：先于主爆區(qū)110 ms起爆。

3.3.3 預裂的裝藥結構與填塞方式

為取得理想的預裂爆破效果, 沿炮孔長度不同的部位宜取不同的線裝藥密度。裝藥總長度8 m，裝藥分兩節(jié)段設計：

（1）孔底處2.0 m范圍內, 為克服底板的夾制作用, 應加強裝藥, 取Q線底=3Q線，即每米裝藥0.9 kg，該節(jié)段裝藥1.8 kg。

（2）孔底2.0 m至距孔口處2.0 m范圍內, 為避免產生爆破漏斗或將口部巖體抬起，宜采用弱裝藥，即裝藥0.2 kg/m，該節(jié)段裝藥1.2 kg。

（3）裝藥結構：采用不耦合間隔裝藥，不耦合系數1.5。各段藥包用導爆索串聯(lián)。（4）堵塞方式：黏土加細砂炮泥填滿。

（5）孔底臺階的保護：裝藥前填30 cm砂土，以減弱對孔底臺階的破壞。

3.3.4 邊坡預裂起爆網絡

由于該預裂爆破區(qū)域與隧道輪廓線頂部的距離較短，為了控制單響藥量不超過計算安全藥量30 kg，結合實際情況確定每10孔為一段，間隔70 ms響下一段；預裂孔的爆破時間提前主爆孔110 ms起爆。

3.4 靜態(tài)爆破

3.4.1 設計布眼

布眼前首先要確定至少有一個以上臨空面，鉆孔方向盡可能做到與臨空面平行；橫向分布孔距30 cm，縱向間距30 cm布置成平排炮孔，排距以30 cm左右為宜，必須采取逐排作業(yè)，不得多排同時作業(yè)，鉆眼深根據現場石方狀態(tài)而定，一般以1.2～2 m為宜。

3.4.2 鉆孔

鉆孔的直徑與破碎效果有直接關系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔，根據以往經驗本工程擬采用直徑為42 mm鉆孔最佳。鉆孔內的余水和余碴用高壓風吹洗干凈，孔口旁應干凈無土石碴。

3.4.3 鉆孔深度和裝藥深度

孤立的巖石鉆孔深度為目標破碎體80 %～90 %；大體積需要分步破碎的巖石，鉆孔深度可根據施工要求選擇，一般在2 m較好，裝藥深度為孔深的100 %。

3.4.4 裝藥

（1）向下和橫向的眼孔，可在藥劑中加入22%～32%（重量比）左右的水拌成流質狀態(tài)，均勻后灌入鉆孔內，倒?jié)M為止，每米直徑42 mm的孔需要膨脹劑約2.1 kg，即每立方米巖石用膨脹劑約23.3 kg。用藥卷裝填鉆孔時，應逐條捅實。每層炮眼1.0 m，并裝藥爆破，每層可爆出80 cm。

（2）水平方向和向下方向的鉆孔，采用比鉆孔直徑略小的高強長纖維紙袋裝入藥劑，按一個操作循環(huán)需要的藥卷數量，放在盆中倒入潔凈水完全浸泡，30~50 s藥卷充分濕潤、完全不冒氣泡時，取出藥卷從孔底開始逐條裝入并捅裝緊，密實地裝填到孔口。

（3）裝藥完成后3~5 h為巖石開裂時間，裂泡為2~3 cm寬。巖石剛開裂后，可向裂縫加水后支持藥劑持續(xù)完全反映，可獲得更好效果。

（4）每次裝填過程中，已經開始發(fā)生化學反映的藥劑（表現開始冒氣和溫度快速上升）不允許裝孔內。從藥劑加入拌和水到灌裝結束，時間不超過5 min。

3.4.5 藥劑反映時間的控制

藥劑反映的快慢與溫度有直接關系，溫度越高，反映時間越快，反之則慢。實際操作中控制藥劑反映時間太快有兩種，一種是在拌和水中加入抑制劑，另一種方法是控制拌和水、干粉劑和巖石的溫度。夏季氣溫較高，破碎前應對被破碎物遮擋，藥劑存放低溫處避免爆曬。將拌和水溫控制在15℃以下。 藥劑（卷）反映時間過快易發(fā)生沖孔傷人事故，可采用延緩反映時間的抑制劑控制。抑制劑放入浸泡藥劑（卷）的拌和水中。加入量為拌和水的5 %～6 %。拌和水溫度不可超過50℃。反映時間控制在30～60 min較好。

4 監(jiān)控量測

4.1 爆破震動監(jiān)測

圖3 山嵐橋隧道爆破震動監(jiān)測

圖4 山嵐橋隧道監(jiān)測數據

選用Minimate Blaster型爆破振動監(jiān)測儀和三向速度傳感器對爆破地震波的速度進行測試，見圖3。為檢測爆破對既有鐵路隧道的影響，對與施工路塹交叉里程樁號的下穿滬昆高鐵山嵐橋隧道進行布點檢測，對于交叉里程中心斷面拱頂布置1個監(jiān)測點，交叉里程兩側每50 m處斷面拱頂各設1個監(jiān)測點，爆破震動監(jiān)測點總數為3個。如果監(jiān)測點最大振速大于10 cm/s，立即停止爆破，對總裝藥量進行調整，確保振速不大于10 cm/s。

爆破開挖過程中，山嵐橋隧道爆破監(jiān)測結果（圖4）顯示：隧道洞身最大振速控制在5.168 cm/s （5月份）以內，小于爆破允許最大速度10 cm/s。

4.2 拱頂下沉及洞周收斂監(jiān)測

根據監(jiān)控量測結果顯示，隧道拱頂累計最大沉降量為0.67 mm，位于D2K787+405斷面，拱頂無明顯變化；隧道周邊累計最大收斂值為0.67 mm，位于D2K787+460斷面，隧道處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結論

通過現場施工、爆破參數計算和對高鐵隧道的監(jiān)測，在高鐵隧道頂部55.3 m范圍內開挖7級臺階，不同高度采用不同的爆破作業(yè)方式，在工期短、任務重和施工空間狹小的條件下，采用先進的設備對鐵路隧道進行監(jiān)測，施工過程中及時調整爆破參數，優(yōu)化施工方案，高邊坡路塹挖方順利施工完畢。既確保了安紫高速公路的工期，又保證了山嵐橋隧道的安全和滬昆客運專線聯(lián)調聯(lián)試的按期順利實施。該技術對山區(qū)周圍復雜環(huán)境下的石方爆破開挖有較高的普及推廣價值。

[1]凌家春.深挖路塹石方邊坡控制爆破施工技術.黑龍江科技信息,2013(34):231-231

[2]陳亞臻.高路塹土石方控制爆破施工技術分析.城市建設理論研究,2014(10)

[3]孫永剛.青睞高速公路路塹爆破施工技術.鐵道建筑技術,2006:204-206

High Slope Blasting Excavation Construction Technology above High-Speed Railway Tunnels in Mountainous Areas

QI Li-bin
(China Railway 18thBureau Group Tianjin 300222 China)

Combining the roadbed excavation construction above the high-speed railway tunnel at some superhighway in a mountainous area, the thesis introduces the method of stratified excavation, controlled blasting construction technology, pre splitting blasting technology, and static blasting construction technology for constructions at high slopes above railway tunnels in mountainous areas. The construction practice and monitoring results show that in the process of the high slope excavation, it should be guaranteed that the vibration velocity and settlement and convergence stability of high-speed railway tunnels meet the specification and design requirements as well as the demand of the safety of construction and operation.

across high-speed railway tunnel in mountainous areas cutting excavation

A

1673-1816(2016)04-0045-06

2016-04-09

齊立賓（1973－），男，高級工程師，研究方向高邊坡路塹爆破開挖。

controlled blasting static blasting monitoring measurement