鐵路隧道鄰近既有線鐵路爆破技術(shù)及震速分析

齊 鑫

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概況

樂(lè)清市樂(lè)清灣港區(qū)鐵路支線工程SG05包山隧道起訖里程為DK42+190～DK45+650，長(zhǎng)3.46 km。包山隧道出口（DK45+650）東面距信號(hào)塔約30 m，距既有杭深鐵路翠云中橋約50 m，距既有杭深鐵路九牛山隧道進(jìn)口約50 m；東北面距村用健身場(chǎng)約150 m。包山隧道出口鄰近的甬臺(tái)溫鐵路設(shè)施有九牛山隧道（K539+857～K543+313）、翠云中橋（K539+760～K539+820）。

2 爆破施工方案

結(jié)合上述工程的實(shí)際施工詳情，以及相同工程的成功經(jīng)驗(yàn)，本次爆破決定采取淺孔臺(tái)階控制法，按照從上到下分臺(tái)階的順序施工，把厚度約為80 cm的保護(hù)層預(yù)留在隧道洞臉的位置。為了使隧道洞臉和邊坡維持穩(wěn)定、平整，施工時(shí)采取光面爆破。將塑料導(dǎo)爆管、四通利用網(wǎng)絡(luò)連接在一起，最終引爆。一般1次爆破所用的裝藥量最大值是150 kg，以便將有害效應(yīng)控制在最小范圍。

在分發(fā)雷管時(shí)應(yīng)該做好標(biāo)識(shí)，以保證現(xiàn)場(chǎng)施工準(zhǔn)確銜接起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，最終便于爆破。在標(biāo)識(shí)時(shí)，主要利用竹片對(duì)各個(gè)孔的深度、序號(hào)、雷管段位進(jìn)行標(biāo)記[1]。

2.1 起爆方式

一般將2個(gè)起爆藥包裝1個(gè)炮孔，非電毫秒微差起爆。當(dāng)非電豪秒雷管外孔或內(nèi)孔發(fā)生延遲時(shí)，將非電毫秒雷管和導(dǎo)爆管四通連接在一起。

2.2 爆破參數(shù)選擇

1）炮眼直徑：選用42 mm鉆孔直徑，采用YT-28風(fēng)鉆鉆孔或鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔。

2）爆破器材：選用2號(hào)巖石乳化炸藥，規(guī)格為φ32 mm藥卷，長(zhǎng)200 mm，藥卷質(zhì)量200 g，雷管采用1段～15段塑料導(dǎo)爆管非電毫秒雷管，脈沖式起爆器起爆。

3）炮眼深度：循環(huán)進(jìn)尺2.4 m，炮眼利用率0.85，周邊眼深度取2.8 m，掏槽眼則取3.2 m，輔助眼取2.8 m，底板眼為2.9 m。

2.3 上臺(tái)階

1）每循環(huán)藥量Q：

式中：q為每方裝藥量，kg/m3；v為每循環(huán)開(kāi)挖方量，m3。

經(jīng)計(jì)算Q=155.04 kg。

2）炮眼總數(shù)N：

式中：S為掘進(jìn)斷面積，m2；n為炮眼利用率，%；r為炮眼半徑，mm。

經(jīng)計(jì)算，N取158個(gè)。

3）掏槽眼布置。結(jié)合考慮圍巖情況和開(kāi)挖進(jìn)展，最終決定利用垂直楔形的方式進(jìn)行，將開(kāi)挖面和掏槽眼之間的角度保持在70°，共需3對(duì)槽眼，每對(duì)間隔為60 cm。掏槽眼裝藥量：掏槽眼裝藥系數(shù)τ為0.7，單孔裝藥量q：

式中：L炮眼深度影響系數(shù)；γ為裝藥系數(shù)，即裝藥長(zhǎng)度與炮眼長(zhǎng)度的比值。

經(jīng)計(jì)算q為2.24 kg，取11卷，重2.2 kg，掏槽眼總裝藥量13.2 kg，裝藥形式連續(xù)不耦合裝藥。

4）周邊眼布置。在選擇最小抵抗線和周邊眼間距時(shí)，結(jié)合斷面尺寸和圍巖詳情確定，當(dāng)周邊眼間距E定位45 cm，最小抵抗線W設(shè)定為60 cm，根據(jù)相關(guān)公式：弧長(zhǎng)（22.21 cm）÷間距（0.45 cm）=周邊眼數(shù)量（49.35），因此將數(shù)量設(shè)定為51個(gè)；再計(jì)算周邊眼單孔裝藥量時(shí)，由于周邊眼裝藥系數(shù)τ為0.2，單孔裝藥量q為0.56 kg，取3卷，重0.6 kg，得到總藥量是30.6 kg。上臺(tái)階炮眼布置見(jiàn)圖1。

圖1 上臺(tái)階炮眼布置圖（mm）

5）輔助眼布置。N輔=N總-N周-N掏=158-51-6=101個(gè)。輔助眼單孔藥量：輔助眼裝藥系數(shù)τ為0.3，單孔裝藥量q為0.84 kg，取5卷，重1 kg，輔助眼總裝藥量101 kg，裝藥形式連續(xù)不耦合裝藥。

2.4 下臺(tái)階

1）每循環(huán)藥量。根據(jù)式（1）計(jì)算得到Q為85.18 kg。

2）炮眼總數(shù)。根據(jù)式（2）計(jì)算得到N為85.3個(gè)，取85個(gè)。

3）周邊眼布置。根據(jù)圍巖情況及隧道斷面尺寸，選擇周邊眼間距E為50 cm，最小抵抗線W為60 cm。

周邊眼數(shù)量=弧長(zhǎng)÷間距=7.08 cm÷0.5 cm=14.2，取14個(gè)；周邊眼單孔裝藥量：周邊眼線裝藥密度選取0.2 kg/m，單孔裝藥量q為0.56 kg，取3卷，重0.6 kg，周邊眼總裝藥量8.4 kg，裝藥形式間隔不耦合裝藥。

4）輔助眼布置。N輔=N總-N周=85-14=71個(gè)，輔助眼單孔藥量：輔助眼裝藥系數(shù)τ為0.3，單孔裝藥量q為0.84 kg，取5卷，重1 kg，輔助眼總裝藥量71 kg，裝藥形式連續(xù)不耦合裝藥。下臺(tái)階炮眼見(jiàn)圖2。

圖2 下臺(tái)階炮眼布置（mm）

3 聚能水壓爆破施工工藝流程

3.1 施工準(zhǔn)備工作

1）把水袋、炮泥加工房、聚能管組裝一起安裝于隧道外，并按要求進(jìn)行加工處理，以準(zhǔn)備好爆破時(shí)的聚能水壓。

2）測(cè)量放線。組織具有多年測(cè)量經(jīng)驗(yàn)的測(cè)量人員按照要求完成隧道開(kāi)挖輪廓線和線路中線的繪制，測(cè)量工程師擔(dān)任該工序的組長(zhǎng)，為保證準(zhǔn)確性應(yīng)反復(fù)測(cè)量[2]。當(dāng)貫通隧道后進(jìn)行貫通測(cè)量。

3）布設(shè)孔位。對(duì)掌子面進(jìn)行設(shè)計(jì)布孔時(shí)，需要嚴(yán)格按照測(cè)量組提供的掌子面現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)線進(jìn)行，必要時(shí)考慮爆破設(shè)計(jì)中所畫(huà)的眼控布置圖。

3.2 鉆孔、清孔

在鉆孔時(shí)選取的工具為YT-28風(fēng)鉆，該鉆頭的直徑為42 mm，當(dāng)完成鉆孔后，為了避免石渣意外掉入，應(yīng)覆蓋好炮眼。該過(guò)程中保證隧道軸線平行于輔助眼鉆桿，并將眼底、眼口的位置偏差控制在3 cm范圍中；周邊鉆眼和掏槽眼的傾斜角控制在合理范圍內(nèi)，而掏槽眼的眼底、眼口間距誤差保證在±5 cm的范圍；由于鉆眼的過(guò)分誤差會(huì)導(dǎo)致欠挖、超挖，所以眼底和開(kāi)挖輪廓線的差應(yīng)≤15 cm。殘眼內(nèi)部停止鉆眼。當(dāng)在高2 m以上鉆孔時(shí)，需要設(shè)置相應(yīng)的作業(yè)臺(tái)架。利用高壓風(fēng)管清理孔道，該過(guò)程中避免孔口前方有人員站立，從而發(fā)生意外事故。

3.3 裝填水袋、聚能管

當(dāng)核查爆破炮眼的各種參數(shù)即深度、數(shù)量、斜率和位置符合要求后，方可裝設(shè)聚能管、水袋，通常順序是水袋、聚能管、水袋。裝藥時(shí)，爆管不允許出現(xiàn)打結(jié)或者其他毀損，為了避免出現(xiàn)瞎炮，按照由上到下的順序裝藥。

安放傳爆雷管時(shí)也有很多細(xì)節(jié)需要注意，首先保證選取的地點(diǎn)安全，并加強(qiáng)防護(hù)；其次避免接觸水。炮孔在已裝藥但沒(méi)有和網(wǎng)絡(luò)連接前，先整理周?chē)膶?dǎo)爆管，為了避免意外將導(dǎo)爆管踩破，其方位保持向上的位置。在準(zhǔn)確控制段數(shù)的前提下裝好非電毫秒雷管。在裝藥前，為了降低安全風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)禁行人通行，裝藥現(xiàn)場(chǎng)只允許爆破員通行。

3.4 作業(yè)過(guò)程注意事項(xiàng)

1）在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的爆破工應(yīng)提前進(jìn)行技術(shù)、安全等方面的培訓(xùn)管理，再通過(guò)考試取得《爆破員作業(yè)證》，才能進(jìn)入爆破現(xiàn)場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，爆破員做好個(gè)人安全防護(hù)工作，不僅要配備安全帽、工作鞋、工作服，還要禁止容易形成靜電的化纖衣物進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)不能穿著鐵釘鞋[3]。

2）如果所需作業(yè)的項(xiàng)目沒(méi)有相應(yīng)的安全措施，爆破工可以選擇不作業(yè)。

3）爆破作業(yè)的負(fù)責(zé)人做好準(zhǔn)備工作，組織人員研討爆破計(jì)劃方案、安全措施并提前分工。

4）運(yùn)輸、搬運(yùn)炸藥和雷管時(shí)不能出現(xiàn)混合現(xiàn)象，而且應(yīng)避免意外碰撞，注意動(dòng)作的輕柔。

5）當(dāng)加工藥包或者裝藥時(shí)現(xiàn)場(chǎng)不得出現(xiàn)引火物品，還需禁止明火，嚴(yán)禁吸煙。

6）在木質(zhì)炮棍的協(xié)助下填充、裝藥，如果發(fā)生藥包堵塞時(shí)可利用木制長(zhǎng)桿解決。在裝設(shè)爆藥柱時(shí)不能發(fā)生沖擊。

7）禁止使用石塊（塊度＞30 mm）和易燃材料填塞炮孔；填塞要十分小心，不得破壞起爆線路；禁止搗固直接接觸藥包的填塞材料或用填塞材料沖擊起爆藥柱。對(duì)于炮孔，不能使用容易燃燒的材料或者直徑＞30 mm的石塊進(jìn)行填塞，應(yīng)繞過(guò)起爆線路。

8）每個(gè)炮孔使用2只非電毫秒雷管組成復(fù)式網(wǎng)路，在連接爆破網(wǎng)路時(shí)防止塑料導(dǎo)爆管拉細(xì)、拉斷、變形和打死結(jié)。

3.5 堵塞

在遵守聚能水壓爆破的條件下完成裝藥，堵塞炮孔則采用到的是預(yù)制炮，進(jìn)行搗實(shí)，為了更好地堵塞炮孔，堵塞長(zhǎng)應(yīng)達(dá)到60 cm[4]。

3.6 連線及起爆

1）連線、起爆方式。起爆方式選擇為簇聯(lián)網(wǎng)絡(luò)反向起爆，起爆還采取非電毫秒雷管延期進(jìn)行，選取脈沖式起爆器。

2）連線作業(yè)安全操作細(xì)則，當(dāng)導(dǎo)爆管網(wǎng)路被起爆時(shí)，注意控制導(dǎo)爆管捆扎端端頭和雷管的間距要超過(guò)15 cm，為了避免導(dǎo)爆管被雷管聚能穴炸斷，提前在雷管附近處敷設(shè)好導(dǎo)爆管，為了更加牢固需用膠布捆扎好。按照從里到外的方式連接網(wǎng)路。

4 震速分析

2016年7月12日包山隧道出口震速保持在1.193 cm/s，剩余時(shí)間爆破震速都在1 cm/s以下，符合TB 10313—2019《鐵路工程爆破振動(dòng)安全技術(shù)規(guī)程》4.6.3中地震安全速度＜5 cm/s的規(guī)定，見(jiàn)表1。

表1 鐵路隧道爆破振動(dòng)安全允許值 cm/s

針對(duì)包山隧道出口進(jìn)行施工時(shí)，周?chē)扔械暮忌铊F路九牛山隧道在2月12日震速達(dá)到了1 cm/s，其余時(shí)期均處于穩(wěn)定狀態(tài)，一般在0.2 cm/s～0.8 cm/s內(nèi)波動(dòng)，并沒(méi)有失控。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，鐵路建設(shè)行業(yè)正在快速發(fā)展，在建設(shè)新鐵路時(shí)難免會(huì)和既有或鄰近線路發(fā)生重合，本文結(jié)合實(shí)例，提出了具體的爆破方案，并分析了聚能水壓爆破施工技術(shù)，通過(guò)震速分析，本工程震速符合相關(guān)的技術(shù)要求，確保了施工的安全，期望為相關(guān)工程提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。