鮑東岳
中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司 山西太原 030032
隨著社會的快速發(fā)展,既有單線鐵路運能已不滿足經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要,鐵路改建、擴建等鄰近既有線施工越來越多,鄰近既有線施工環(huán)境復(fù)雜,施工干擾大,安全風(fēng)險高,且對既有鐵路運輸組織影響較大,特別是石方爆破施工,但爆破施工經(jīng)濟(jì)、高效,本文根據(jù)具體工程特點,介紹了鄰近既有線施工石方控制爆破施工方案及防護(hù)措施,確保了施工安全,為類似鄰近既有線石方開挖施工提供參考。
某復(fù)線鐵路站改工程鄰近既有線施工,需對既有路基左側(cè)進(jìn)行路基填筑和路塹開挖,其中路基土石方填方27923方,挖土方41437方,挖石方168636方。石方開挖采用控制爆破施工,爆破開挖區(qū)域長度588.65m,與既有線左側(cè)相距0-80m。
既有鐵路為電氣化單線鐵路,全天開行14對客運列車,既有車站站內(nèi)有門式鋼柱接觸網(wǎng)、信號燈及相關(guān)控制設(shè)備、道岔控制設(shè)備等,車站兩側(cè)有鐵路10KV貫通線、鐵路用變壓器、車站運轉(zhuǎn)值班室等鐵路設(shè)備設(shè)施,既有車站右側(cè)有大量民房。站改工程石方爆破開挖施工環(huán)境復(fù)雜,施工干擾大,安全風(fēng)險高。根據(jù)施工總體安排,需6個月內(nèi)開挖近17萬方硬質(zhì)灰?guī)r,工期緊,任務(wù)重。
根據(jù)本工程的地質(zhì)地形和周邊環(huán)境條件,及《爆破設(shè)計與施工》[1]、《爆破安全規(guī)程》[2]、《鐵路安全管理條例》相關(guān)要求,結(jié)合以往類似工程的實踐經(jīng)驗,確定本工程的總體設(shè)計原則和開挖方案如下:
(1)在確保安全的前提下,盡量采用控制爆破開挖,提高開挖效率。
(2)整體采用預(yù)留巖墻精準(zhǔn)微振控制爆破技術(shù),距既有鐵路較遠(yuǎn)處采用深孔爆破開挖,臺階高度為10m,在接近保留巖墻6m處時采用淺孔爆破,淺孔臺階高度為3m,以此確保巖墻高度始終高于主爆區(qū)3m,起到天然屏障的作用,如圖1所示。
圖1 預(yù)留巖墻的主爆破方案示意圖
(3)巖墻采用淺孔弱爆破和機械破碎結(jié)合的方式逐層拆除,在遠(yuǎn)離既有線側(cè)采用淺孔弱爆破,抵抗線1-1.2m,緊挨既有線側(cè)采用機械破碎的方式,如圖2所示。
(4)對于保留邊坡,坡度大于等于1:0.75的采用預(yù)裂爆破,小于1:0.75的采用緩沖弱爆破+挖機刷坡的方式。
(5)按爆破區(qū)域截面形式及與既有線左側(cè)路肩的距離關(guān)系,將施工區(qū)域分成了6個區(qū)域(如圖3),根據(jù)現(xiàn)場地形和現(xiàn)有施工便道情況,選擇三個工作面進(jìn)行開挖,一是從第一區(qū)開始往大里程開挖,二是在第四區(qū)域既有溝槽處(現(xiàn)溝槽底部與既有鐵路標(biāo)高基本齊平),以淺孔控制爆破法向溝槽東、西兩側(cè)拓展,修整形成便于中深孔爆破施工的兩個臨空面,采用中深孔爆破向東西兩側(cè)進(jìn)行主體開挖,優(yōu)先開挖東側(cè)山體,以便于出渣。開挖順序示意圖見圖3。
圖2 巖墻處理方式示意圖
圖3 開挖順序示意圖
(6)利用現(xiàn)有地形和起爆順序,設(shè)置爆區(qū)拋擲方向背離既有鐵路方向。起爆順序示意圖見圖4。
圖4 開挖平面示意圖
根據(jù)爆破區(qū)域的不同,嚴(yán)格控制爆破炸藥單耗、單響最大藥量和一次爆破規(guī)模。中深孔區(qū)采用逐孔起爆的方式,淺孔爆破采用每2-3孔為同一段位毫秒雷管起爆,最大限度地減少爆破振動對周邊環(huán)境的影響。
(7)爆后大塊巖石的二次解小,采用機械破碎法,既保證施工安全,又有利于挖裝作業(yè)的連續(xù)性,提高裝車效率。
(8)根據(jù)位置的不同,選取主動和被動綜合防護(hù)措施,有效避免飛石對既有鐵路安全運營的影響。
(9)為了確??刂票圃O(shè)計更加精準(zhǔn),在大規(guī)模爆破施工前,首先選取典型位置進(jìn)行3次小規(guī)模的爆破試驗,試爆藥量從設(shè)計藥量的一半開始,逐漸增加。通過對爆破效果、防護(hù)效果以及監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析,進(jìn)一步反饋完善設(shè)計和施工工藝,最終達(dá)到優(yōu)化設(shè)計參數(shù)、改進(jìn)施工工藝和防護(hù)措施的目的。
(10)試爆在施工計劃天窗點內(nèi)進(jìn)行,正式爆破根據(jù)試爆數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,爆破施工過程中,進(jìn)行全程爆破振動測試,一是嚴(yán)格控制爆破振動值,確保鐵路設(shè)備正常穩(wěn)定;二是得到該地區(qū)爆破振動傳播規(guī)律,以指導(dǎo)爆破參數(shù)的選取。
根據(jù)開挖區(qū)域距既有線位置和開挖斷面的不同劃分成六個區(qū)域,每個區(qū)域采用的爆破開挖方式和相應(yīng)防護(hù)措施如下:
第一區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K554+832.1-K554+880,為雙側(cè)路塹,距離既有線左邊最近距離為60m,本區(qū)域采用中深孔爆破方式,由上往下、由遠(yuǎn)及近逐層開挖,炮孔直徑90mm,臺階高度6-10m。
防護(hù)措施:爆破時采用橡膠炮被和沙袋進(jìn)行覆蓋,主動防護(hù)網(wǎng)采用地錨固定,覆蓋于爆破區(qū)域。炮渣松動拋擲方向背離既有鐵路方向,K554+832.1-K554+880段既有線側(cè)開挖線外50厘米處設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)(6米高)、既有線左側(cè)水溝邊設(shè)鋼管夾式防護(hù)排架(路肩上1.5米),預(yù)防輕微飛石侵入線路。此區(qū)域典型斷面見圖5。
圖5 K554+832.1-K554+880段爆破區(qū)域典型斷面
第二區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K554+880-K554+930,此區(qū)域左側(cè)為路塹,右側(cè)至鐵路邊線為場坪開挖拉通區(qū)域,整個區(qū)域長度50m;本區(qū)域采取由上往下,由遠(yuǎn)及近按123順序依次爆破施工,第1區(qū)域采用中深孔爆破,臺階高度為6-10m;第2區(qū)域采用淺孔爆破和淺孔松動爆破,淺孔爆破臺階高度為3m,淺孔松動爆破臺階高度1.5m;第3區(qū)域采用機械開挖。
防護(hù)措施:采用橡膠炮被加沙袋和主動防護(hù)網(wǎng)對炮孔表面進(jìn)行覆蓋,通過調(diào)節(jié)起爆順序的方式使爆破自由面背離既有鐵路方向,在1區(qū)施工時在1和2間搭設(shè)被動防護(hù)網(wǎng)(6米高);2區(qū)施工時在K554+880-K554+930段搭設(shè)被動防護(hù)網(wǎng)(6米高);既有線左側(cè)水溝處設(shè)防護(hù)排架(路肩上1.5米)。此區(qū)域典型斷面見圖6。
圖6 K554+880-K554+930段爆破區(qū)域典型斷面
第三區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K554+930-K555+030,為雙側(cè)路塹開挖段,距既有線距離55-25m,距車站值班運轉(zhuǎn)室、電務(wù)機房20m,爆破時需特別考慮爆破振動、飛石和滾石的控制與防護(hù)。此區(qū)域典型斷面見圖7。
本區(qū)域采用中深孔爆破方式,由遠(yuǎn)及近,由上而下開挖,臺階高度6-10m,一級邊坡采用緩沖弱爆破結(jié)合挖機刷坡的方式,二、三級邊坡采用預(yù)裂爆破的方式一次成型。
防護(hù)措施:孔口采用橡膠炮被和沙袋覆蓋,再覆蓋主動防護(hù)網(wǎng),通過調(diào)節(jié)起爆順序的方式使自由面背離既有鐵路方向,在既有線側(cè)開挖線外50厘米處邊坡上搭設(shè)被動防護(hù)網(wǎng)(高度4-6m視地形定,以不影響接觸網(wǎng)安全為原則),既有線路塹邊坡上主動防護(hù)網(wǎng)包護(hù)。既有線左側(cè)水溝上設(shè)置防護(hù)排架(路肩上1.5m)。車站值班運轉(zhuǎn)室、電務(wù)機房后面再布設(shè)一道細(xì)目被動防護(hù)網(wǎng),高6m。
圖7 K554+930-K555+030段爆破區(qū)域典型斷面
第四區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K555+030-K555+180,此區(qū)域左側(cè)為路塹邊坡,右側(cè)待開挖巖體緊鄰既有鐵路邊線,且為高陡邊坡,需考慮爆破振動、飛石和滾石對既有線的安全影響。本區(qū)域采用預(yù)留巖墻微振控制爆破技術(shù),在鄰近既有鐵路側(cè)預(yù)留巖墻,巖墻頂部寬度3m,巖墻高出主爆區(qū)3m,隨主爆區(qū)同步下降。首先開挖第1區(qū)域,采用中深孔爆破,臺階高度為6-10m;第2區(qū)域采用淺孔爆破,臺階高度2-3m,預(yù)留巖墻采取淺孔爆破與機械開挖相結(jié)合的方式拆除。
防護(hù)措施:開挖初期在區(qū)域2頂部搭設(shè)6m高被動防護(hù)網(wǎng),隨著開挖的進(jìn)行,逐漸降低防護(hù)網(wǎng)位置,搭設(shè)高度以小于防護(hù)網(wǎng)底部至接觸網(wǎng)回流線水平距離1米為準(zhǔn)。第12區(qū)域爆破時,都需要對炮孔采用橡膠炮被和沙袋覆蓋,再覆蓋主動防護(hù)網(wǎng)。
圖8 K555+030-K555+180段爆破區(qū)域典型斷面
表1 中深孔爆破時不同臺階高爆破參數(shù)表
第五區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K555+180-K555+270,為填方區(qū)域,在既有線左側(cè)路肩外側(cè)搭設(shè)防護(hù)排架(路肩上1.5米)。
圖9 K555+180-K555+270段典型斷面
第六區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K555+270-K555+421.45,此區(qū)域左側(cè)為高陡邊坡,邊坡坡度大于80°,屬既有線路塹左側(cè)擴挖區(qū)域。本區(qū)域采用中深孔爆破、淺孔松動爆破和機械破碎結(jié)合的方式開挖,在鄰近既有鐵路側(cè)需預(yù)留一定巖墻。首先采用淺孔松動爆破開挖第4區(qū)域,同時預(yù)留厚大于3m,高3m巖墻,防止上部爆破開挖產(chǎn)生滾石;接著由上至下,由遠(yuǎn)及近按①②③順序依次采用淺孔爆破開挖,臺階高度為1.5-2m,區(qū)域①采用淺孔爆破開挖,區(qū)域②時采用預(yù)留巖墻開挖,巖墻高出主爆區(qū)3m,之后隨著主爆區(qū)采用淺孔松動爆破結(jié)合機械破碎的方法開挖,區(qū)域③不留巖墻,直接采用淺孔松動爆破結(jié)合機械破碎的方式開挖,采用間隔裝藥,減小炸藥單耗;區(qū)域③開挖結(jié)束后繼續(xù)開挖區(qū)域④剩余部分和邊上的預(yù)留巖墻,預(yù)留巖墻在天窗點內(nèi)采用機械破碎方式開挖。防護(hù)措施:爆破采用弱裝藥,通過調(diào)整起爆順序確保爆破拋擲方向背向鐵路,炮孔采用橡膠炮被和沙袋覆蓋。第④區(qū)域在巖墻頂部搭設(shè)被動防護(hù)網(wǎng),高度4m;在第③區(qū)域爆破前,在③區(qū)域采用主動防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行全封閉覆蓋,外側(cè)搭設(shè)防護(hù)排架,排架高度高于待拆除的高邊坡,采用錨桿固定,隨著向下開挖逐步降低防護(hù)網(wǎng)和排架。在開挖第④區(qū)域預(yù)留巖墻時,先拆掉頂部的被動防護(hù)網(wǎng)(搭設(shè)高度以小于防護(hù)網(wǎng)底部至接觸網(wǎng)回流線水平距離1米為準(zhǔn)),巖墻拆除至一定高度后再恢復(fù)設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)。既有線左側(cè)水溝上設(shè)置防護(hù)排架(路肩上1.5米)。
圖10 K555+270-K555+421.45段爆破區(qū)域典型斷面
采用φ90履帶式潛孔鉆機成孔,孔徑:D=90mm,采用三角形(梅花)型布孔方式,對炮孔采用連續(xù)裝藥,反向起爆裝藥結(jié)構(gòu),炸藥采用乳化炸藥,堵塞材料采用粘性土,最小抵抗線取3-4米,最小抵抗線方向背向既有鐵路線。為控制振動速度,確保安全,中深孔爆破采用分段爆破。中深孔爆破時不同臺階高爆破參數(shù)表見表1??拙啵篴=(30-50)×D,排距:b=(0.8-1)a,孔深:L=H+1m(超深為10%-15%H,取1-1.5米),炸藥單耗:q=0.34kg/m3,單孔裝藥量:Q=qawH,填塞長度L=(25-35)d=2.25-3.15。
本次爆破使用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管,連續(xù)裝藥方式。為減少爆破振動,孔內(nèi)采用延期550ms雷管,孔間采用50ms,排間采用110ms,實現(xiàn)逐孔起爆。嚴(yán)格控制起爆炮孔數(shù)量,單排、多排起爆時單次爆區(qū)不超過1530kg。
采用YT28手持式風(fēng)鉆成孔,孔徑42mm,孔距:a=0.8m;排 距:b=0.8m; 臺 階 高 度:H=1.5m; 超 深:h=0.3m;孔 深 L=H+h=1.8m; 單 耗:q=0.35kg/m3; 單 孔 藥 量:Q=abqH=0.8×0.8×0.35×1.5=0.3kg。
底盤抵抗線控制,布前排炮孔距坡頂線必須在1m以上,以控制爆破飛散物。裝填?32mm乳化炸藥,填塞長度1.50m,可有效地控制爆破飛散物。
采用YT28手持式風(fēng)鉆成孔,孔徑42mm,孔距:a=1.2m; 排 距:b=1.2m; 臺 階 高 度:H=3m; 超 深:h=0.3m;孔深L=H+h=3.3m;單耗:q=0.4kg/m3;單孔藥量:Q=abqH=1.2×1.2×0.4×3=1.8kg。
底盤抵抗線控制,布前排炮孔距坡頂線必須在1.2m以上,以控制爆破飛散物。裝填?32mm乳化炸藥,填塞長度1.8m,可有效地控制爆破飛散物。為有效控制爆破地震及飛石等有害效應(yīng),采用孔內(nèi)孔外相結(jié)合的非電毫秒延時爆破網(wǎng)路,按不同距離及相應(yīng)允許安全藥量分段,確定采用單孔、雙孔或三孔同時起爆,控制最大一段爆破藥量??變?nèi)使用大段別雷管(MS12),孔外使用MS4段非電雷管傳爆接力,根據(jù)允許起爆的安全藥量、孔數(shù),采用串聯(lián)方式聯(lián)接。爆破距離保護(hù)物較近時采取小臺階(1.5m),單孔起爆,小規(guī)模爆破。淺孔爆破以背向鐵路方向為臨空面。
為形成穩(wěn)定平整的坡面,線路左側(cè)路塹邊坡坡比大于1:0.75的采用預(yù)裂爆破,邊坡高度H為6-10m。根據(jù)《鐵路路塹邊坡光面(預(yù)裂)爆破技術(shù)規(guī)程》[3],預(yù)裂爆破參數(shù)選取如下:爆破鉆孔直徑選用d=90mm,沿開挖面鉆孔;預(yù)裂爆破的孔距:a=nd,孔距計算系數(shù),與巖性及孔徑有關(guān),一般n取8-12;線裝藥密度:q=ka,其中k為預(yù)裂爆破的單位面積巖石炸藥消耗量(g/m2),根據(jù)開挖區(qū)巖性,取380-580;炮孔深度:L=(H+h)/sinα;根據(jù)現(xiàn)場巖石堅硬情況,鉆孔超深h取1.0m;預(yù)裂爆破的單孔裝藥量:Q1=qL;不同的臺階高度下單孔裝藥不同,其中10m臺階高度時單孔裝藥量在3.7-8.6kg;預(yù)裂炮孔鉆孔前,應(yīng)先測量確定邊坡邊線,按照邊坡設(shè)計坡度在邊線上鉆孔,孔間距應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)調(diào)整。預(yù)裂爆破炮孔布置示意圖見圖11。
圖11 預(yù)裂爆破炮孔布置示意圖
預(yù)裂爆破采用導(dǎo)爆索孔內(nèi)傳爆,為保證炮孔底部破碎效果,孔底采用加強裝藥,炮孔堵塞長度不小于1.4m。預(yù)裂孔先響,主爆區(qū)再依次逐孔起爆,為控制爆破振動對既有線的影響,預(yù)裂孔一次不超過5孔。
通過控制爆破施工,該站改工程鄰近既有線石方開挖已安全順利完成,可為同類工程提供借鑒。