杭黄铁路蓝田隧道爆破施工技术及安全控制

2016-03-28潘定坤上海铁路局杭黄铁路有限公司

上海铁道增刊 2016年4期

潘定坤上海铁路局杭黄铁路有限公司

杭黄铁路蓝田隧道爆破施工技术及安全控制

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新建杭黄铁路蓝田隧道邻近既有合福铁路。隧道进口距离既有合福铁路通讯直放站最近处约87 m，距离蓝田隧道出口最近处约63 m。隧道爆破施工时，产生的振动和个别飞石，对邻近既有合福铁路行车安全和行车设备构成安全隐患。通过调查研究、论证分析和实验等方法，确定控制每循环进尺、总装药量、间隔微差起爆等技术手段，以及在洞门搭设双排架、在无列车通行条件下实施爆破作业等安全措施，确保了既有合福铁路行车安全。

蓝田隧道；爆破施工；邻近合福铁路；技术及安全控制

新建杭黄铁路蓝田隧道邻近合福铁路，隧道采用爆破施工。在爆破过程中，爆破引起振动和个别飞石，是构成邻近既有合福铁路蓝田隧道、蓝田特大桥、石榴一号大桥、通讯直放站、轨道（路基）及接触网支柱基座安全的主要隐患。既要保证合福铁路行车安全，又要保证蓝田隧道施工顺利推进，是本次施工的关键。若装药量超标、安全措施落实不到位，都有可能对合福铁路行车和行车设备造成潜在或直接威胁。

1 工程概况

蓝田隧道位于安徽省黄山市歙县境内，隧道起止里程为: DK258+974-DK259+950,全长976 m，其中V级围岩141 m，IV级围岩140 m，III级围岩695 m。洞身围岩为ε3h碳质板岩、灰岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎。隧道开挖采用爆破作业，机械配合出渣。

图1 新建蓝田隧道与既有合福铁路对应区段平面示意图

蓝田隧道对应合福铁路里程为K1278+199.381-K1279+ 163.081。隧道进口距离既有合福铁路蓝田隧道进口最近处约99 m；距离既有合福铁路通讯直放站最近处约87 m。新建蓝田隧道出口距离既有合福铁路蓝田隧道隧道出口最近处约63 m（见图1）。

根据《铁路营业线施工安全管理办法》（铁运［2012］280号）有关规定，本项目邻近营业线施工等级划分为B类。

2 存在的风险因素分析

新建蓝田隧道施工邻近合福铁路，采取爆破施工，因此存在以下风险因素：

（1）爆破装药量超标，过大的振动会对既有合福铁路行车设备造成破坏。

（2）在进口或出口地段施工时，爆破飞物对既有合福铁路行车设备造成破坏或飞落到线路上。

3 爆破振动速度控制值（见表1）

表1 不同类型建（构）筑物爆破振动控制值

4 采取的技术保障措施

根据短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌的原则和爆破振动控制值，结合现场实际情况和试验数据分析，采取如下技术保障措施。

4.1 隧道钻爆设计

利用凿岩机钻孔，采用楔形掏槽的爆破作业方式掘进，并控制循环进尺过长，避免产生额爆破有害效应超过安全规程规定，如遇较差底层，爆破人员必须及时根据现场情况修改爆破进尺及爆破参数。

4.1.1 光面爆破

采用非电毫秒管孔内微差爆破技术，钻眼直径38 mm，孔内装直径32 mm的乳化炸药药卷，用塑料导爆管联网起爆（具体参数见表2）。

表2 光面爆破参数表

4.1.2 钻炮设计

（1）掏槽眼

掏槽眼采用楔形掏槽，掏槽区布设在整个断面的中下部分，以便施工，同时减小掏槽区抛掷距离，按掏槽区面积为断面面积的10%～15%进行选择，结合掏槽眼的布置，采用水平布置，爆破效果较好，且单耗适中，故掏槽区的面积为21.35 m2，掏槽眼深度和角度必须符合设计要求（如图2）。

图2 掏槽眼平面布置图

（2）周边眼布置

周边眼沿开挖轮廓线均匀布置，由于围岩较破碎，为了尽可能减少对周边围岩的扰动，周边眼按光面爆破考虑，孔径42 mm，按规范要求硬岩光爆参数为：周边眼间距40 mm～50 mm，本隧道根据自制台架尺寸，拱顶周边眼间距取45 mm，起拱线以下周边眼间距在40 mm～50 mm之间，采用直径32药卷空气间隔装药结构，为了确保周边孔同时起爆，采用导爆索起爆。周边眼爆破符合光面爆破总体规定。

III级围岩每循环进尺为2.5 m，炮孔深度取2.7 m，IV级围岩每循环进尺为2 m，炮孔深度取2.5 m，V级围岩每循环进尺为0.6 m，炮孔深度取1.0 m，周边堵塞长度按40 cm（如图3）。

图3 每循环进尺及装药情况示意图

（3）掏槽辅助眼

辅助眼深度III级围岩为2.7 m～3 m，IV级围岩为2.5 m～2.8 m,V级围岩为1.0 m～1.1 m。

（4）掘进眼

掘进眼的作用是扩大临空面，为周边眼创造有力条件，其间距于岩层特点有关，整体性好的岩层，布眼宜密，较破碎的岩层布眼宜疏，应避开节理、裂隙。

（5）底板眼

底板爆破是否平直直接影响装载机装渣效率以及隧道内排水效果，减小底板眼孔间距和抵抗线，增大单孔装药量，加强炮孔堵塞，以保证底板的爆破效果。底板炮孔应尽量平行线路纵坡钻孔。底板眼间距80cm，现场施工根据岩层岩性可适当调整。

4.2 隧道开挖参数设计

（1）施工方法

施工中严格按照设计要求，遵循新奥法施工原理，加强施工监控量测，确保施工安全。爆破施工作业一般程序有：测量放线、炮孔布置、施工准备、钻孔、吹孔、装药、填塞、连接起爆网络、警戒起爆、排烟、爆后检查。

（2）炮孔数目

在破碎、松散等不良复杂地层段中掘进，应遵守"短开挖、多打孔、少装药、弱爆破、勤量测"的原则。按下式计算炮孔数目，在施工中根据具体情况再做调整，已达到爆破影响最小效果。

炮孔数目N=Q×S/rη

式中：Q为炸药单耗量，根据岩石普氏系数及断面尺寸，查阅先关资料并根据现场实际情况选择炸药单耗。Ⅲ级围岩进尺2.5 m，QⅢ=0.76 kg/m3、IV级围岩进尺2.0 m，QIV=0.71 kg/m3、V级围岩进尺0.6 m，QV=0.67 kg/m3。

S为开挖面积，SⅢ=137.84、SIV=145.56、SV=149.62 r为每米长度炸药的重量，2号岩石乳化炸药r=0.7 kg/mη为炮孔装药系数，Ⅲ级围岩取0.8，IV、V级围岩取0.75 则NⅢ=183、NIV=196、NV=198。

（3）炮孔装药量计算

例如，根据上述公式，计算出隧道洞身Ⅲ级围岩台阶法爆破参数表3、表4及炮孔布置图4。

表3 隧道洞身Ⅲ级围岩台阶法爆破参数表（上台阶）

表4 隧道洞身Ⅲ级围岩台阶法爆破参数表（下台阶）（钻孔直径：42 mm 炸药单耗：0.76 kg/m3）

图4 隧道Ⅲ级围岩隧道掘进炮孔布置图

4.3 爆破振动速度控制值（见表5）

表5 不同类型建（构）筑物爆破振动控制值

爆破振动安全允许质点振速，可按下式计算：

式中：R为爆破振动安全允许距离，单位为米（m）；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，单位为千克（kg）；V为保护对象所在地安全允许质点振速，单位为厘米每秒（cm/s）；K、α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，应通过现场试验确定；在无试验数据的条件下，可参考表6选取。

表6 爆区不同岩性的K、α值

根据该工程周围环境、工程地质情况，式1参数选取如下：

（1）爆源至保护建筑的最近距离

隧道洞身Ⅴ级围岩：

取R1=63 m、R2=87 m，R3=90 m、R4=99 m。

隧道洞身Ⅳ级围岩：

取R1=64 m、R2=110 m，R3=115 m、R4=121 m

隧道洞身III级围岩：

取R1=65 m、R2=89 m，R3=139 m、R4=142 m。

（2）最大一段药量

隧道洞身Ⅴ级围岩取Q=7 kg，隧道洞身Ⅳ级围岩取Q= 16 kg，隧道洞身III级围岩取Q=16 kg。

（3）不同类型建（构）筑物爆破振动控制值详见表5。

（4）与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，取K=200、取α=1.65。

如三台阶Ⅲ级围岩，代入式1计算结果详见表7。

表7 爆破振动速度计算值

经过检算，新建蓝田隧道开挖爆破产生的振动均在安全允许范围内，不会对邻近既有合福铁路蓝田隧道、蓝田特大桥、石榴一号大桥、通讯直放站、轨道（路基）及接触网支柱基座产生安全影响。

5 安全控制措施

5.1 洞口施工防止飞物安全措施

（1）爆破孔口压土袋。在炮孔孔口均用沙袋、废旧传输带覆盖，避免发生冲炮产生飞石。

（2）覆盖防护。在爆破体四周采用竹片夹草袋或其它能吸收能量的柔性材料进行覆盖防护。

（3）根据试爆，选择合理单耗值。遵循“多钻孔，少装药”的原则。

（4）在隧道明洞段区域进行爆破施工时，爆破区域采用柔性炮被整体覆盖及硬性隔离墙防护(见图5)。

图5 防护墙搭设示结构图

（5）对爆破部位采用防爆被近体防护。

具体措施为:采取双层胶质炮被（10 cm×10 cm网格）加一层钢丝网进行防护，炮被上加压9个各重25 kg的砂袋。为有效、快速对炮孔口的高压气体进行卸压，在炮被下放置直径5 cm的毛竹三根（见图6）。

图6 炮被结构示意图及实体照片

5.2 邻近既有线爆破安全防护措施

在施工前，与设备管理单位、铁路派出所对接，制定安全防护措施。在施工过程中，根据现场实际准备情况，提前向上海铁路局申请施工天窗，安排驻站联络员在绩溪北站行车室进行登销记，同时现场安排不小于2名的安全防护员，在各配合单位共同参与情况下，共同做好安全防护。

5.3 爆破震动控制措施

（1）根据周边被保护建（构）筑物爆破振动速度控制值和围岩等级，计算每循环进尺和总装药量、最大一段药量，控制爆破规模，降低爆破震动的危害。

（2）创造良好临空面。爆破前临空面的堆碴应全部清理完毕，爆破时有利于爆碴移动及爆破能量的释放，进而大大降低爆破震动。

（3）爆破作业采用微差爆破方式，降低爆破震动的影响。

（4）遇到围岩变化及变更，及时调整参数，重新按程序试爆，每次试爆时必须遵循爆破规模由小到大的原则。宜在经过一段时间小规模试验爆破后，根据振动监测数据，确定一次起爆规模和最大单段药量。

5.4 做好监控量测

（1）震速监测

爆破施工时，利用天窗点进入合福铁路内，在爆破区域距离合福铁路最近的结构物上，安装2台测振仪，监控震速是否在合理的控制范围内；如不在范围内，立即调整设计参数。

（2）变形监测

①观测桩的制作及埋设。沉降、水平位移观测桩采用Φ28 mm长1.2m的钢杆，沿着合福隧道顶、桥梁线栅栏外侧2m处，每间隔10m埋设一个沉降观测标，隧道进出口、直放站各设计一个点，埋设范围为整个爆区段，沉降观测标统一编号。

②观测频次要求。每2 h测量一次，并绘制沉降变形曲线，随时掌握营业线路稳定情况；当发现变形速度较快时，观测频次提高到1 h一次。施工完毕后，观测频次一般情况下一天不少于二次，观测时间不少于3天。观测资料单独建档存放。

③观测方法：水平观测桩标高采用DINI03电子水准仪（0.3 mm/km）观测，水平测量应达到二等水准测量标准，测量精度应达到±1 mm，读数取为至0.1 mm。位移观测采用DTM552全站仪（1+1ppm 1″）观测，利用稳固的基线边，采集坐标的形式进行位移监控。一旦发现与上次测量数据差值超过3 mm时，及时汇报并要求现场停工并采用相应的预案措施。