紧邻运营铁路线的控制爆破安全技术

周浩仓,王茂玲

(长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

紧邻运营铁路线的控制爆破安全技术

周浩仓,王茂玲

(长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

结合京包铁路线改造项目土石方爆破工程实例,采用多种组合的毫秒延时控制爆破方法,在不能搭设满足工程安全要求高度的钢管排架情况下,通过精确控制爆破过程和结果,确保施工安全和运营铁路线的正常行车,顺利完成了施工任务。

路堑爆破;分层爆破;控制爆破;安全技术

1 工程概况

工程位于乌兰察布市管辖区内,爆破山体地面标高为 +1405.0～+1459.0 m。爆区北边 1.0 m处紧邻既有铁路线,北边 50.0 m处为车站办公楼和旅客候车室,东北边 70.0 m处为大型油罐和变电站,西边为施工人员驻地和相关设施。山体基本无表土和风化层,需要爆破的岩石主要为灰黑色玄武岩夹杂红色泥岩或沙岩、砾岩、砾岩互层,节理裂隙不发育,岩石坚固性系数 f=10.0～15.0,岩石可爆性一般。爆破区地下水极少,利于施工。主要水源来自大气降雨,爆破时要特别注意雨水、防止雷电和既有铁路线电力系统的杂散电流,以免对爆破产生不利影响。

施工区域没有爆破施工所需的道路和设施,开工时首先要做好各项爆破施工准备,特别是安全保障系统。要求在确保既有铁路线运营安全的前提下顺利完成施工任务。

2 施工方案

根据现场情况,设置东西 2条施工运输便道,施工便道将施工区域划分为 2个爆破区,各区采用分层延时松动爆破,分层高度根据爆破方式不同确定为 3.0～10.0 m。开挖方向为沿线路方向,即爆破自由面朝东向或西向,最大限度避免滚石或飞石直接落到既有线。爆破台阶梯段高度根据光面爆破要求确定为 10.0 m,每个爆破工作平台宽度不小于10.0～30.0 m,长度不小于 10.0～45.0 m。上下台阶之间采用联络道连接,便于施工。

采用挖机和推土机整平场地、液压露天钻机钻孔、中深孔台阶毫秒微差爆破和边坡光面爆破、挖掘机装载、自卸汽车运输的施工方式。自上而下按设计台阶分层爆破,采用浅孔、中深孔宽孔距毫秒微差爆破,钻孔直径为 38.0 mm和 89.0 mm 2种。

根据爆破区的具体情况,为最大限度地将爆破危害控制在允许范围内,根据以往的经验,该工程主要采用了 7种爆破方法:对于开挖深度大于 3.0 m的山体,采用中深孔低单耗微差松动控制爆破;对于开挖深度小于 3.0 m的山体,采用浅孔低单耗微差松动控制爆破;对于靠近既有铁路线 2.0～3.0 m范围内山体,采用低单耗单孔微差浅孔松动控制爆破;对于边坡部分,采用减弱光面爆破;对于靠近居民区的山体,采用低单耗低振动不扰民的单孔深孔微差松动控制爆破;对于新建桥梁基础等对基地要求严格的地方,采用垫层低单耗微差控制爆破;对于个别大块,采用钻孔爆破法进行二次破碎。

3 爆破设计

3.1 爆破器材选定

根据当地爆破器材具体情况和工程特点,采用的爆破器材详见表1。

表1 爆破器材选型

3.2 钻机选择

钻机采用 YT28型气腿式凿岩机和 ROC-D7及 ROC-748液压露天钻机,其钻孔直径分别为Ф40 mm和 Ф89 mm。

3.3 单孔装药量的选择

单孔装药量计算:

式中:q为单位炸药消耗量,根据现场情况取 0.25～0.35 kg/g;a为炮孔间距,m;W为炮孔抵抗线,m;h为炮孔深度,m。

由于需要严格控制滚石或飞石落到既有铁路线,因此,计算药量必须遵守下列原则:炮孔堵塞长度大于 1.3倍抵抗线;临近既有铁路线的炮孔朝向既有线方向的抵抗线要大于朝向自由面方向的抵抗线 1.5倍;光面爆破的装药量不大于 150 g/m,堵塞长度不小于 2.0 m。具体要根据现场情况采用不同的爆破形式,调整各类爆破参数,确保爆破达到设计效果。现场实际采用的主要爆破类型参数见表2。

表2 各类爆破主要参数汇总

3.4 装药与起爆网路

装药结构采用连续装药,孔底起爆。起爆网路为复式毫秒非电延时起爆网路,孔内采用MS4段非电毫秒导爆管雷管,孔外采用MS2段非电毫秒导爆管雷管,根据振动速度和振动持续时间要求确定每段合理起爆孔数,炮孔布置及起爆顺序如图1所示。

图1 炮孔布置及起爆顺序示意

4 安全防护设计

项目距离铁路运营线太近,且平均每 4 min就有一趟火车通过爆区,为确保安全,不采用普通铁路施工搭设超过或略低于爆破山体高度的钢管排架防止飞石和滚石的办法,以避免排架倒塌对铁路运输能力的影响和防止钢管排架对铁路电网的接触而引起事故,而将重点放在对飞石和滚石事前控制的方法上。

(1)在运营线外侧 2.0 m处山坡上设置 1排高度不超过 5.0 m、立柱间距不大于 1.2 m的钢管排架 (防止与高度为 6.0 m的铁路电网接触),排架立柱为报废的铁路钢轨,横柱为钢管排架,立柱与横柱连接为焊接,横柱间距不大于 0.8 m,排架上铺设 2层竹夹板,排架靠山体一侧底部铺设高度为 1.0 m的沙袋,以缓冲滚石对排架的冲击,排架靠铁路一侧用间隔 5.0 m钢轨做斜撑、靠山体一侧间隔 5.0 m用钢丝绳斜拉固定在山体上,斜撑和钢丝绳相互交错,确保排架在滚石冲击时不倾倒,见图2。

图2 防护结构示意

(2)为防止飞石,每次爆破时在连接好起爆网路后,将超出爆破区域每边 2.0 m的范围内全部铺设一层铁丝网,每个炮孔口覆盖 2层沙袋,以防止爆破时出现个别飞石。

(3)爆破施工开始前,采用人工或机械对邻近既有铁路线的一侧山体边坡上的松石和孤石进行清理,避免爆破时因振动而滚落。对一些不能清理但有可能掉下来的孤石,采用锚杆固定的办法,不让其自由下落。

(4)对清理后的边坡面设置一层尼龙网,规格为 20 cm×20 cm,防止爆破时一些岩石滚动到铁路上,确保其落在排架内。且定期对排架内的岩石进行清理,减少排架受力。每次爆破后对排架进行重新检查和维护,确保排架稳固。

(5)合理安排爆破作业时间,尽量减少施工对铁路运营造成的影响。采用精细化爆破施工,力争将爆破危害控制在最低范围内,减少对防护的压力和损害。

5 爆破施工组织管理

5.1 工序安排与资源配置

为确保爆破施工安全进行,爆破工序为:爆破场地清理、布孔、钻孔、炮孔检查及清理、装药、堵塞、连线、网路检查、爆破器材清理及退库、爆区覆盖、警戒、起爆、爆破后检查、排险、通知铁路恢复通车、出渣等。因铁路运输繁忙,经过与铁路部门协商每天安排 2次定时定点爆破,分别为上午 11点和下午16点,严禁夜间及其他时间爆破。

爆破设备配置见表3,人力组织安排配置见表4。

表3 主要爆破施工设备

表4 主要施工人员配备

5.2 安全及防护

所有参加施工的人员上岗前必须经过安全培训和安全教育,特别是爆破员、钻工和防护人员需要进行专门安全知识教育,并做好记录和考核记录。

爆破施工前要按照防护方案要求对现场进行安全防护,防护排架、松石或孤石处理、清理临近既有线一侧边坡浮石等防护性工作要在爆破施工前全部做好,对于每次爆破炮孔的防护和防护检查,要在每次起爆工作准备前做好,并有专人检查和做好记录,确认合格后才可向爆破负责人发出允许进行爆破警戒和起爆指令。

在做好爆破起爆准备前由施工负责人通知驻站联络员办理线路封锁手续,现场警戒人员配备带好警戒用品,到达指定岗位进行警戒,在接到爆破负责人命令后立即封锁现场,同时设置安全防护,确认完成警戒工作后,及时传达指令给爆破负责人,由其决定起爆。

爆破施工中若出现异常情况,要及时通知驻站联络员和爆破负责人,驻站联络员要及时通知铁路负责人,确保行车安全;爆破负责人要通知警戒和防护人员对铁路线做好封锁防护,并及时组织人员处理,处理完成并经过铁路部门确认后,通知解除警戒和封锁,恢复通车。

由于爆破紧邻运营铁路线路,在爆破和装运中可能会发生落石或坍塌,影响行车安全。因此,为确保铁路线路畅通和安全,制定应急预案并成立应急小组,专门负责现场抢险作业实施。

6 结 论

(1)采用合理的爆破参数和起爆技术,能够使岩石碎而不飞、松而不垮,是确保爆破安全和运营铁路线安全的根本保证。

(2)选择合理的起爆方向和第一段起爆位置,是引导岩石移动方向和塌落范围的重要手段。

(3)不采用高大的钢管排架照样可以实现爆破安全,并最大限度地保证了排架倒塌给运营线路带来的危害和降低排架修复难度,同时降低工程施工费用。

[1] 张志毅,王中黔.交通土建工程爆破工程师手册[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 冯叔瑜,杨杰昌,王 开,等.衡广铁路复线工程运输繁忙地段石方爆破技术[A].工程爆破文集 (第四辑)[C].北京:冶金工业出版社,1993.

2011-07-04)

周浩仓 (1964-),男,高级工程师,主要从事爆破技术研究与开发及爆破施工和安全管理工作等。