魏玉龍，高筠涵，王衛(wèi)東

(1.中鐵二局涪秀二線鐵路工程項(xiàng)目經(jīng)理部第三分部，重慶彭水 409600; 2.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610031)

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的鐵路新建復(fù)線工程大量涌現(xiàn)。由于受地形、地質(zhì)條件及線路走向等因素制約，在既有隧道旁近距離新建復(fù)線隧道的情況難以避免。眾多學(xué)者對(duì)緊鄰既有線施工安全進(jìn)行了大量的研究分析[1-9]，鐵路運(yùn)營(yíng)部門也制定了一系列緊鄰既有線施工辦理辦法[10]，這些研究分析和管理辦法更多的是從既有運(yùn)營(yíng)線的運(yùn)營(yíng)安全角度出發(fā)，很少考慮新建隧道的施工進(jìn)展。但實(shí)際工程中，進(jìn)度也是重要的控制指標(biāo)，安全和速度的共同要求對(duì)爆破控制設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

本文以涪秀二線彭水二線隧道鄰近既有線施工為依托，深入開展復(fù)雜地質(zhì)條件下緊鄰既有鐵路隧道爆破振速控制技術(shù)的研究，探尋建設(shè)工期緊張情況下，新建隧道安全快速施工和既有線結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全保障方法，實(shí)現(xiàn)鄰近既有線安全生產(chǎn)及主控工期兌現(xiàn)的雙重目標(biāo)，并推廣至全標(biāo)段類似隧道。

1 工程概況

新建彭水二線隧道位于重慶市彭水縣彭水鎮(zhèn)境內(nèi)，中心里程YDK230+036.25，位于既有渝懷線右側(cè)，兩線線間距5～25.4 m,隧道最大埋深約710 m，起訖里程分別為YDK225+518.5～YDK234+554,全長(zhǎng)9 035.5 m，為新建單線隧道，設(shè)計(jì)為120 km/h電化鐵路隧道，彭水二線隧道施工平面圖如圖1所示。

圖1 彭水二線隧道施工平面

全線隧道幾乎與既有渝懷一線并行，新舊隧道間距均在0～25 m范圍內(nèi)(表1)，振速要求極為苛刻。管段內(nèi)隧道又以灰?guī)r為主，溶蝕發(fā)育、巖性堅(jiān)硬，施工風(fēng)險(xiǎn)極高。其中598.7 m范圍線間距小于20 m，采用非爆開挖；8 436.8 m范圍(其中Ⅱ級(jí)4 847.8 m，Ⅲ級(jí)2 748 m，Ⅳ級(jí)434 m，Ⅴ級(jí)407 m)線間距保持在20～25 m，采用控爆開挖。

表1 彭水二線隧道線間距統(tǒng)計(jì)

結(jié)合本線施工條件的特殊性，國(guó)家相關(guān)規(guī)程、設(shè)計(jì)單位及建設(shè)單位均對(duì)鄰近既有鐵路施工的相關(guān)內(nèi)容作出了具體的要求：

(1)根據(jù)GB 6722-2014《爆破安全規(guī)程》[11]第13.2.2條規(guī)定，交通隧道安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度V為15～20 cm/s(隧道爆破f>50Hz)。

(2)設(shè)計(jì)單位針對(duì)本線情況提出：新建隧道正線施工，與既有鐵路線間距15 m以內(nèi)的段落，采用非爆施工；線間距15 m以上，對(duì)既有房屋建筑、道路的振速影響不超過(guò)2.5 cm/s，對(duì)既有隧道不超過(guò)5 cm/s。

(3)成都鐵路局要求，隧道中心線與既有中心線距離(以下簡(jiǎn)稱距離)在20 m以內(nèi)采用非爆開挖，20～200 m范圍采用控制爆破開挖，爆破振速全部按設(shè)計(jì)最高標(biāo)準(zhǔn)2.5 cm/s進(jìn)行控制。該指標(biāo)為設(shè)計(jì)單位提出的既有隧道控制指標(biāo)的一半。

嚴(yán)苛的爆破振速控制指標(biāo)和既有隧道位置對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)爆破設(shè)計(jì)提出了極大挑戰(zhàn)，對(duì)此本工程進(jìn)行了專門振速控制設(shè)計(jì)。

2 隧道爆破振速控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及彭水二線隧道現(xiàn)場(chǎng)情況，在滿足振速要求的前提下，全隧道均采用臺(tái)階法開挖，按照GB 6722-2014《爆破安全規(guī)程》要求，延時(shí)爆破最大一段藥量計(jì)算公式為：

Qmax=R3(V/K)3/a

式中：Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量(kg)；V為保護(hù)對(duì)象所在地的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度(cm/s)，新建隧道鄰近既有隧道控爆施工對(duì)既有隧道爆破振速按不大于2.5 cm/s進(jìn)行施工；K、a為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)見表2；R為爆破爆源到被保護(hù)物間的距離。

表2 取值與巖性的關(guān)系

根據(jù)本隧道通過(guò)巖性及圍巖分級(jí)情況，初步選定K、a值見表3。

表3 分圍巖等級(jí)的取值

根據(jù)以上公式及取值，計(jì)算出彭水二線隧道各級(jí)圍巖最小線間距的控制爆破允許采用最大起爆藥量見表4。

表4 各級(jí)圍巖爆破振速控制參數(shù)表

3 各圍巖級(jí)別爆破方案

結(jié)合以上數(shù)據(jù)，對(duì)彭水二線隧道各級(jí)圍巖爆破參數(shù)進(jìn)行確定。各方案均采用上下臺(tái)階法進(jìn)行施工，循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)圍巖級(jí)別進(jìn)行調(diào)整，爆破開挖的掏槽眼采用具有減輕地震動(dòng)的楔形掏槽形式，工程采用光面控制爆破技術(shù)，各炮孔起爆順序?yàn)?掏槽眼→輔助眼→底板眼→光爆眼。由于篇幅有限，下面僅給出V級(jí)圍巖和Ⅱ級(jí)圍巖條件下的爆破參數(shù)。

3.1 Ⅴ級(jí)圍巖

臺(tái)階法，循環(huán)進(jìn)尺上臺(tái)階0.8 m，下臺(tái)階1.6 m(圖2、表5)。

圖2 Ⅴ級(jí)圍巖炮眼布置示意(單位:cm)

表5 單線隧道Ⅴ級(jí)圍巖臺(tái)階法爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 Ⅱ級(jí)圍巖

臺(tái)階法，循環(huán)進(jìn)尺上臺(tái)階L=1.5 m，下臺(tái)階=2.5 m(圖3、表6)。

圖3 Ⅱ級(jí)圍巖炮眼布置示意(單位:cm)

表6 單線隧道Ⅱ級(jí)圍巖臺(tái)階法爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)上述爆破設(shè)計(jì)，各級(jí)圍巖的設(shè)計(jì)最大起爆藥量均符合公式允許采用的最大起爆藥量，驗(yàn)算后的振速也均滿足設(shè)計(jì)最高標(biāo)準(zhǔn)(2.5 cm/s)要求(表7)。

4 振速監(jiān)控

根據(jù)前文所述，建設(shè)單位將振速要求提升至2.5 cm/s，通過(guò)控制爆破設(shè)計(jì)，理論振速滿足要求，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)也需進(jìn)行爆破振速監(jiān)控對(duì)設(shè)計(jì)振速的合理性、可靠性進(jìn)行論證。

表7 各級(jí)圍巖設(shè)計(jì)最大起爆藥量及理論振速

4.1 監(jiān)測(cè)方案

監(jiān)測(cè)儀器采用TC-4850型爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，與振動(dòng)傳感器配合使用，可采集X、Y、Z三個(gè)方向的爆破振速，下圖為TC-4850型爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀與其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)傳感器(圖4)。

圖4 TC-4850型爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀及振動(dòng)傳感器

由于既有隧道與新建隧道鄰近的迎爆側(cè)邊墻的振動(dòng)強(qiáng)度通常都大于背爆側(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在既有隧道迎爆側(cè)邊墻下部(距底板高度1～1.2 m之間)，如圖5所示。

圖5 振速檢測(cè)點(diǎn)布置示意

4.2 數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整

根據(jù)彭水二線隧道各級(jí)圍巖前期試爆情況，Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖從爆破效果及振速數(shù)據(jù)來(lái)看，基本能達(dá)到預(yù)期效果；Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)圍巖因巖性和進(jìn)尺需求，振速數(shù)據(jù)偶爾略有超標(biāo)；Ⅳ級(jí)圍巖中期因炮孔間距控制有所偏差造成一次振速超標(biāo)，經(jīng)過(guò)加強(qiáng)管理后后期均達(dá)到建設(shè)單位要求；Ⅴ級(jí)圍巖基本可控。具體情況見表8。

表8 彭水二線隧道各級(jí)圍巖試爆情況統(tǒng)計(jì)

Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)圍巖在前期試爆時(shí)均有不同程度超標(biāo)，具體原因在通過(guò)分析總結(jié)如下：

(1)存在未嚴(yán)格按爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行布眼、裝藥現(xiàn)象，致使單段最大起爆藥量超過(guò)限制，造成爆破振速超標(biāo)。

(2)單段炮孔連線出現(xiàn)失誤，造成周邊眼與底板眼同時(shí)起爆，單段最大起爆藥量超標(biāo)。

(3)巖性出現(xiàn)微小變化，加之設(shè)計(jì)參數(shù)中對(duì)K,a經(jīng)驗(yàn)取值較為固定，出現(xiàn)兩次輕微超標(biāo)(2.6～2.8 cm/s之間)。

后期在嚴(yán)格把控爆破參數(shù)的同時(shí)，考慮到巖性變化偏差較小，在爆破參數(shù)不變的情況下加設(shè)隔離孔，振速有了明顯改善。為提高工效，后期試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)僅打設(shè)左半斷面隔離孔(既有線位于新線左側(cè))，同樣滿足2.5 cm/s的振速要求。

從數(shù)據(jù)及過(guò)程記錄分析，各級(jí)圍巖爆破效果基本屬于可控，后期根據(jù)巖性變化在現(xiàn)有成果上微調(diào)即可滿足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)分析討論，本次爆破方案參數(shù)設(shè)計(jì)基本合理，在 巖性變化的情況下做出微調(diào)亦可滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。

(2)緊鄰既有線爆破施工，既有結(jié)構(gòu)物和運(yùn)營(yíng)安全是首要考慮的因素，新線的一切施工都應(yīng)圍繞這一底線和原則進(jìn)行開展。

(3)爆破參數(shù)并不是一成不變的，應(yīng)在大原則確定的基礎(chǔ)上，根據(jù)圍巖的變化及既有結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。比如彭水二線隧道經(jīng)過(guò)與一線中間的既有泄水洞與否，在巖性基本類似的狀況下，同樣的爆破參數(shù)反應(yīng)的振速都會(huì)有較大的反差。

(4)爆破參數(shù)的摸排是個(gè)非常全面的體系工作，需要從項(xiàng)目管理人員到班組執(zhí)行工人每一個(gè)層級(jí)的思想統(tǒng)一和嚴(yán)格執(zhí)行，來(lái)確保這項(xiàng)工作的可控性和效率。

(5)緊鄰既有鐵路隧道爆破振速控制技術(shù)既需要理論的支撐，又需要實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，各參與人員之間的積極溝通與相互尊重是獲得成功的前提。