南玉隧道高壓鐵塔控制爆破施工技術(shù)應(yīng)用

蔣桂燕

摘要：文章為解決高速鐵路隧道爆破施工對高壓鐵塔爆破振動(dòng)和飛石的有害影響，結(jié)合南玉高速鐵路隧道工程實(shí)例，介紹在新建隧道洞口緊鄰高壓電塔且又存在錨固樁爆破施工的復(fù)雜情況下，采取抗非法起爆、精確延時(shí)、起爆時(shí)序等一套可行的控制爆破施工技術(shù)，保證了安全要求和工期目標(biāo)，為其他類似工程的施工工作提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：南玉隧道；高壓電塔；控制爆破；施工技術(shù)

中圖分類號：U455.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）02-0059-04

0 引言

當(dāng)前，在高速鐵路建設(shè)中，特別是在與高壓輸電線錯(cuò)綜交叉且又緊鄰高壓輸電設(shè)備的復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行石方控制爆破施工時(shí)，為避免爆破施工事故的發(fā)生，應(yīng)采取一套安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、有效的管理和技術(shù)措施。本文針對緊鄰高壓輸電線及鐵塔的特別復(fù)雜隧道工程控制爆破施工，從方案施工總體思路、爆破方案確定、施工工藝及操作要點(diǎn)、爆破參數(shù)設(shè)計(jì)、裝藥結(jié)構(gòu)、填塞質(zhì)量控制、起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、安全防護(hù)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析，并據(jù)此提出施工建議，以期對在隧道施工中存在高壓輸電鐵塔復(fù)雜環(huán)境下的控制爆破施工起到參考和借鑒作用。

1 工程概況

南寧至玉林高速鐵路為國家Ⅰ級電氣化鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速為350 km/h，由中鐵二十五局集團(tuán)承建的南玉鐵路№1標(biāo)段站前工程，隧道工程共5座，其中盤古嶺隧道進(jìn)口右側(cè)DYK2+422 m有一處220 kV高壓輸電線與線路中線成73°夾角斜向在上空穿過，該高壓線鐵塔高度為18 m，根據(jù)設(shè)備管理單位提供資料，鐵塔基礎(chǔ)為4根1.8 m×1.8 m鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)，長為8 m，距隧道洞底垂直高度為32 m ，距錨固樁頂面正上方垂直高度為39.5 m；線路右側(cè)高壓線鐵塔距隧道開挖線27 m、高出線路位置26.5 m，距兩個(gè)錨固樁為20 m，高出錨固樁頂面26.5 m，存在爆破飛石擊中高壓輸電線和爆破振動(dòng)對鐵塔穩(wěn)定的可能性，給爆破施工防護(hù)帶來困難。 具體施工環(huán)境如圖1、圖2所示。

為保證施工爆破振動(dòng)及電力電塔的安全，隧道施工中應(yīng)對DYK2+362.95～DYK2+450采取控制爆破，并對電塔基礎(chǔ)進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率進(jìn)行監(jiān)測，加強(qiáng)對洞內(nèi)及電塔監(jiān)測，確保施工安全。

2 爆破施工需重點(diǎn)控制和注意的問題

考慮隧道范圍內(nèi)存在不良地質(zhì)和特殊巖土，爆破施工需重點(diǎn)控制和注意隧道進(jìn)口緊鄰的高壓輸電線，高壓輸電線為南寧市青秀區(qū)整個(gè)區(qū)干線輸電，一旦被破壞，造成的損失將無法估量。該隧道施工隊(duì)分別從技術(shù)和措施上對正洞和錨固樁進(jìn)行爆破施工技術(shù)控制，存在的主要危害為高壓輸電線被飛石損壞，造成鐵塔失穩(wěn)，因此需將爆破振動(dòng)控制在一定范圍內(nèi)，確保高壓輸電線絕對安全。

3 爆破方案

3.1 爆破施工要點(diǎn)

該隧道地質(zhì)巖性為砂質(zhì)灰?guī)r，夾層較多、圍巖較差，圍巖級別為Vb級圍巖，根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖和施工方案采用的開挖方法為兩臺(tái)階開挖法，為保證掘進(jìn)斷面質(zhì)量，斷面輪廓采用光面爆破技術(shù)。根據(jù)爆破周圍的復(fù)雜環(huán)境，爆破施工要充分考慮爆破振動(dòng)、飛石對高壓輸電設(shè)施造成的危害。對個(gè)別飛石對輸電線造成的危害，采用橡膠炮被進(jìn)行覆蓋防護(hù)；對于爆破振動(dòng)對高壓線鐵塔造成的危害，采取嚴(yán)格控制裝藥量和一次最大起爆量，采取分區(qū)起爆和孔外微差延時(shí)的起爆網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合設(shè)計(jì)方案正洞采用二臺(tái)階開挖法施工［1］，上、下臺(tái)階分次爆破，上臺(tái)階分4個(gè)區(qū)、下臺(tái)階分2個(gè)區(qū)分別起爆，每個(gè)區(qū)分段延時(shí)，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)在一定范圍內(nèi)，減小其對高壓線鐵塔的影響。

3.2 爆破施工工藝流程

爆破施工工藝流程如圖3所示。

3.3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）孔徑。根據(jù)施工現(xiàn)場機(jī)具及常規(guī)，確定炸藥直徑使用情況，炮孔直徑d=40 mm。

（2）炮孔深度。按施工組織設(shè)計(jì)施工方案的要求， Vb級圍巖的正洞的每循環(huán)進(jìn)尺為1.6 m，超深l=0.2 m，每炮孔利用率η=0.90，炮孔深度L=1.6+0.2=1.8 m。

（3）掏槽孔。炮孔布置采用梅花形布孔，中間為第一排，采用直孔形掏槽，兩邊為第二排，采用雙排向內(nèi)傾斜楔形掏槽形式，傾斜角度為71.3°，炮孔排間距為1.0 m，炮孔間距為0.5 m，兩傾斜孔底部間距為0.6 m。中間孔炮孔深度H＝1.6 m，傾斜孔炮孔深度較普通炮加深0.3 m，加深后為2.2 m。

（4）輔助孔。炮孔間距根據(jù)巖石性質(zhì)確定，按0.85 m～1.0 m取值。

（5）底板孔。炮孔間距按0.8 m～1.0 m取值，取值為0.9 m，底孔孔口較底板高0.2 m，為保證爆破后不留“巖坎”，炮孔整體向下傾斜，炮孔孔底低于底板輪廓線0.2 m。

（6）周邊孔。炮孔布置在距輪廓線內(nèi)0.2 m處，根據(jù)設(shè)計(jì)要求光面爆破，炮孔間距a取0.4 m，光面爆破層厚為0.9 m（光面爆破設(shè)計(jì)不重點(diǎn)敘述）。隧道正洞兩臺(tái)階開挖法炮孔布置如圖4所示。

圖4 兩臺(tái)階開挖法施工爆破炮孔布置圖（單位：cm）

（7）炮孔設(shè)置合理性比較。根據(jù)實(shí)際布置炮孔數(shù)量與經(jīng)驗(yàn)公式N=3.3[fs23]［2］進(jìn)行估算比較合理性。公式中，N為炮孔數(shù)量，單位為個(gè)；f為巖石緊固性系數(shù)，泥質(zhì)灰?guī)r巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=8～10，取值為9；該隧道掘進(jìn)斷面面積S=67.38 m2。綜上計(jì)算得出，N=3.3[fs23]=3.3[9'67.3823]=109個(gè)。

根據(jù)設(shè)計(jì)，炮孔布置總數(shù)為117個(gè)，因考慮周邊孔光面爆破的效果，本設(shè)計(jì)炮孔數(shù)量要求相對稍偏大。

（8）裝藥量計(jì)算。根據(jù)每循環(huán)進(jìn)尺，計(jì)算不同類別的炮孔單孔裝藥量，確定一次起爆總藥量和一次最大起爆藥量（同一時(shí)間、同一段別起爆的藥量總數(shù)），便于核算爆破振動(dòng)檢算。炮孔單孔裝藥量，按線裝藥系數(shù)來控制，根據(jù)實(shí)際炸藥規(guī)格采用直徑為32 mm的藥卷，每節(jié)長0.4 m，重0.3 kg，線裝藥密度q=0.75 kg。裝藥計(jì)算按線裝藥系數(shù)掏槽孔0.75 kg/m，輔助孔、底板孔0.6 kg/m，周邊0.4 kg/m進(jìn)行計(jì)算裝藥。列表計(jì)算總藥量，按公式Q=qV=qsLη計(jì)算。其中，q為單位炸藥消耗量，V為每循環(huán)爆破巖石體積，s為隧道掘進(jìn)斷面面積，L為炮孔深度，η為炮孔利用率。Vb級圍巖臺(tái)階法施工爆破參數(shù)見表1。

該隧道地質(zhì)情況為砂質(zhì)灰?guī)r，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值巖石堅(jiān)固性系統(tǒng)f=8～10，隧道爆破單位炸藥消耗量經(jīng)驗(yàn)值為0.9～1.2 kg/m3，設(shè)計(jì)單耗q=0.95 kg/m3，滿足要求。

通過藥量計(jì)算，最大一次起爆藥量（單段）為Qmax=9.9 kg。

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)、填塞

掏槽孔、輔助孔裝藥結(jié)構(gòu)采取連續(xù)耦合裝藥結(jié)構(gòu)，周邊孔采取間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，為嚴(yán)格控制個(gè)別飛石的危害，嚴(yán)禁利用石塊和易燃材料作為填塞材料，嚴(yán)禁不填塞爆破，填塞長不小于30 cm。

3.5 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及起爆網(wǎng)絡(luò)圖

該隧道地下水豐富，設(shè)計(jì)采用抗水性能好的乳化炸藥，因該爆區(qū)處在高壓線范圍，不受雜散電流影響，起爆雷管采用安全性能較好的普通毫秒導(dǎo)爆管雷管，傳爆雷管采用安全性能較好的電子雷管，起爆網(wǎng)絡(luò)采用孔外延時(shí)起爆系統(tǒng)，為保證第一順序段雷管起爆時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)爆轟已傳到最后順序段的起爆雷管，先爆孔不會(huì)破壞整個(gè)網(wǎng)絡(luò)?？變?nèi)全部采用13段普通毫秒導(dǎo)爆管雷管，該雷管延時(shí)為650 ms，傳爆雷按起爆順序MS1-MS12按100 ms延時(shí)遞增，每個(gè)順序段所有起爆雷管采用簇聯(lián)方式連接，每簇雷管不得超過20發(fā)，為確保起爆網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確起爆，傳爆雷管采用雙發(fā)電子雷管串聯(lián)起爆方式。

隧道主洞爆破起爆網(wǎng)路的起爆基本順序?yàn)樘筒劭住o助孔→周邊孔→底板，具體爆破分上、下臺(tái)階分開爆破，上臺(tái)階起爆順序?yàn)镸S1→MS12，下臺(tái)階起爆順序?yàn)镸S1→MS9。各種斷面爆破施工起爆網(wǎng)絡(luò)，裝藥結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.6 安全防護(hù)設(shè)計(jì)

（1）爆破振動(dòng)檢算。主要是檢算高壓輸電線鐵塔的振動(dòng)影響，根據(jù)我國《爆破安全規(guī)程》推薦公式 ［υ］=[Q3Rα]［3］，以及本施工項(xiàng)目中最大一段最大裝藥總量Qmax和爆點(diǎn)的距離等，計(jì)算出最大實(shí)際的爆破振動(dòng)速度υ與建筑物爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)值［υ］進(jìn)行比較，不得超過允許值。根據(jù)該隧道爆破環(huán)境情況，最不利情況為離隧道開挖面27 m，爆破振動(dòng)計(jì)算點(diǎn)至爆源的最近距離R=27 m，爆破振動(dòng)頻率f=40 Hz～100 Hz，爆區(qū)為中硬石灰?guī)r，根據(jù)爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)值［υ］鐵塔按工業(yè)和商業(yè)建筑、頻率f＞50 Hz（隧道為地下淺孔爆破頻率f=60 Hz～300 Hz）為4.2 cm/s～4.5 cm/s，取最小值［υ］=4.2 cm/s，與地形、地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)K、α，中硬巖石K=150～250，取值200，α=1.5～1.8，取值1.7，

υ=[Q3Rα]=200[×] [9.93271.7]=2.7 cm/s＜4.2 cm/s

通過計(jì)算，爆破振動(dòng)在允許范圍。

（2）爆破體飛石防護(hù)。隧道主洞爆破施工時(shí)爆破體表面整體采取橡膠輪胎編制成尺寸1.5 m×1.5 m的“炮被”（互相用鐵絲連成）進(jìn)行覆蓋防護(hù)。錨固樁爆破施工時(shí)，在樁基鎖口上方設(shè)置第一層墊4根直徑為40 mm的鋼管，第二層用單層竹跳板滿鋪，第三層采取爆被（橡膠輪胎編制成，尺寸為1.5 m×1.5 m）滿鋪覆蓋防護(hù)，第四層采用20個(gè)土袋壓重。

（3）個(gè)別飛散物安全距離。個(gè)別飛散物對人員的安全距離，淺孔爆破的最小安全距離為200 m，確定最小安全允許距離為200 m。

綜合上述，爆破安全防護(hù)距離確定以爆區(qū)為中心范圍200 m外，防護(hù)半徑R≥200 m。

（4）安全（警戒）防護(hù)。為保證萬無一失，根據(jù)實(shí)際情況增加警戒防護(hù)點(diǎn)，保證附近通行的車輛、行人、施工人員和設(shè)備安全。

3.7 工藝操作要求

（1）爆破前的現(xiàn)場試驗(yàn)及布孔和鉆孔。爆破時(shí)現(xiàn)場要進(jìn)行爆破前的試爆，試爆符合要求后才能進(jìn)行布孔和鉆孔的施工。

（2）裝藥與堵塞。裝藥前，技術(shù)人員、安全員、監(jiān)理人員要對每個(gè)炮孔的孔距、排距、孔深和角度進(jìn)行現(xiàn)場核對，符合要求后進(jìn)行下一道堵塞工序施工。

（3）連接起爆網(wǎng)絡(luò)及覆蓋爆破體。爆破網(wǎng)絡(luò)連接必須由爆破員嚴(yán)格按網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的技術(shù)交底進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，爆破體覆蓋及錨固樁孔口也必須嚴(yán)格按方案實(shí)施，經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行下一道工序。

（4）安全警戒防護(hù)。安全警戒防護(hù)，嚴(yán)禁邊裝藥、邊鉆孔［4］，裝藥前人員及機(jī)具必須撤離到安全區(qū)，防護(hù)人員到位警戒。警戒防護(hù)不得有盲區(qū)，防護(hù)人員要互相通視。

4 結(jié)語

盤古嶺隧道工程施工，通過嚴(yán)格管理，取得較為明顯的工期和經(jīng)濟(jì)效益，特別是在設(shè)計(jì)爆破孔網(wǎng)參數(shù)時(shí)，考慮要保持隧道斷面的超挖控制，采取了光面爆破施工的技術(shù)設(shè)計(jì)后，經(jīng)現(xiàn)場試爆和實(shí)際操作，隧道斷面光面爆破“半孔率”達(dá)90%以上，極大地降低了隧道施工成本。為保證爆破施工爆破振動(dòng)和電磁的影響，爆破器材采取目前最先進(jìn)的電子雷管，在有電力線存在的情況，解決了抗非法起爆、精確延時(shí)、起爆時(shí)序的問題，保證爆破振動(dòng)和起爆安全性。為保證爆破個(gè)別飛散物的影響，在錨固樁孔口采取3層覆蓋防護(hù)，采取防止覆蓋被掀翻的措施，在正洞施工時(shí)，采取炮被覆蓋防護(hù)和改變臨空面的方向，確保對個(gè)別飛散物的控制。在施工過程中，嚴(yán)格按施工方案和技術(shù)交底進(jìn)行施工，嚴(yán)格把控工序驗(yàn)收關(guān)；在爆破施工技術(shù)方面，爆破參數(shù)選擇合理，爆破達(dá)到預(yù)期的效果；起爆網(wǎng)絡(luò)采用微差合理，巖石的破碎達(dá)到預(yù)期效果。本研究對類似工程具有一定的參考和借鑒作用。

5 參考文獻(xiàn)

［1］Q/CR 9604-2015，高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］中國工程爆破協(xié)會(huì).爆破設(shè)計(jì)與施工［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011：340.

［3］GB6722-2014，爆破安全規(guī)程［S］.

［4］國務(wù)院令第653號，民用爆炸物品安全管理?xiàng)l例［A］.2014.