高速公路隧道下穿既有铁路隧道控制爆破技术

袁良远， 唐春海， 朱加雄， 白 玉

(1. 六盘水久翔爆破工程有限公司， 贵州六盘水 553600； 2.广西大学资源与冶金学院， 南宁 530004；

3. 毕节市恒宇爆破工程有限公司， 贵州毕节 551700)



高速公路隧道下穿既有铁路隧道控制爆破技术

袁良远1， 唐春海2， 朱加雄2， 白 玉3

(1. 六盘水久翔爆破工程有限公司， 贵州六盘水 553600； 2.广西大学资源与冶金学院， 南宁 530004；

3. 毕节市恒宇爆破工程有限公司， 贵州毕节 551700)

摘要：为确保公路隧道爆破施工过程中既有铁路隧道的结构安全，采取了以下措施严格控制爆破振动产生的危害。通过参考相关资料，将上行铁路隧道的振动安全控制标准确定为8.0cm/s。隧道采用台阶法开挖，上台阶爆破循环进尺为0.9m，以控制每次爆破的爆破规模。爆破施工过程中采取了一系列减振技术措施，如增加起爆段别、减少单段起爆药量、增加空孔数量等。爆破取得了良好效果，对既有隧道没有造成影响，达到了预期目的。

关键词：交叉隧道； 隧道爆破； 爆破振动； 控制爆破

1工程概况

贵州省六盘水至镇宁高速公路六盘水至六枝段为双向四车道高速公路，设计速度为80km/h，路基宽度为24.5m。项目起自水城东，经滥坝、陡箐、黑塘，止于六枝西那玉，全长60km。茨冲隧道位于“六六”高速公路第一合同段，左线在ZK48+818(设计标高1795.66m)处与沪昆铁路上行段隧道T2212+402.5(轨顶标高1822.846m)相交，隧道轴线与铁路线路交角为33°52′6.4″，高差27.186m，净距18.759m。茨冲隧道右线在YK48+855(设计标高1795.978m))处与沪昆铁路上行段隧道T2212+352.7(轨顶标高1822.497m)相交，隧道轴线与铁路线路的交角为31°44′2.2″，高差26.519m，净距18.092m。

茨冲隧道双线间距约28m，隧道围岩主要为灰岩，岩体节理较发育，岩体较破碎至较完整，局部点滴状出水，稳定性较好，围岩级别为Ⅲ级，设计对该地段采用Ⅳ级围岩S-Ⅳb型衬砌进行加强，采用φ25mm超前锚杆进行开挖超前预支护。

茨冲隧道下穿沪昆铁路隧道段平面图见图1。

图1　茨冲隧道下穿沪昆铁路隧道段平面图Fig.1　The planar graph of Cichong tunnel underpass Shanghai-Kunming railway tunnel

2工程技术要求与难点

茨冲隧道下穿沪昆铁路隧道段采用钻爆法掘进，爆破掘进时，要求爆破施工不得影响铁路的正常运行。由于隧道间距较近，仅有18m，爆破产生的有害效应可能会对上行的铁路隧道造成影响，因此，爆破掘进须精心设计，严格施工。爆破有害效应包括爆破振动、个别飞散物、空气冲击波、噪声、有毒气体等。综合分析相关资料〔1-7〕，邻近隧道爆破施工时，主要危害是爆破产生的振动可能对相邻隧道造成损伤，因此，爆破时需对爆破振动进行有效的控制，使爆破振动强度控制在一定范围内， 确保爆破振动对相邻隧道不造成影响， 且不影响既有铁路隧道的正常运行。

为了控制爆破振动强度，隧道钻爆开挖采用台阶法，开挖过程中严格控制爆破规模，并采取少装药、弱爆破、短进尺等措施，减少开挖爆破对上行铁路隧道的扰动。

3振动速度控制标准的确定

对于邻近既有隧道爆破施工，应采用控制爆破使开挖范围外被保护对象处的爆破质点振动速度符合安全允许标准。因此，设计前需确定上行铁路隧道的安全允许振速。按照《爆破安全规程》(GB 6722—2014)〔8〕规定，交通隧道安全允许振动速度应在10.0 cm/s～20.0cm/s范围内，按此标准取最保守值10.0cm/s的指标来进行控制，可以保证隧道衬砌结构不会破坏；同时在《贵州省六盘水至镇宁(六盘水至六枝段)高速公路与沪昆铁路交叉施工图设计》的设计说明中，也要求隧道允许振速按10.0cm/s来进行控制。但考虑到隧道为运营隧道，内有接触网、通讯线路等设施，长期的强振动会引起隧道围岩松弛，产生岩体变形，可能造成防水层的密封质量下降，降低隧道的防水效果，使隧道处于病害状态，降低隧道的使用寿命。为了确保上行铁路隧道结构的安全，其振动控制标准须小于10.0cm/s。

表1为国内类似的净距小于30m的其他隧道的爆破振动控制标准参考值。

表1　相邻隧道间净距小于30m的爆破振动控制参考值

从表1可以看出，对于一些建成年代较久的既有隧道，振动控制标准为5.0cm/s～6.0cm/s，而年代较近的既有隧道，振速控制标准为7.0cm/s～8.0cm/s，并未出现安全事故，能保证既有铁路隧道的安全运营。综合上述分析，对于本工程中的既有隧道，考虑其正在运营，为保证其安全性，爆破振动控制标准值确定为8.0cm/s。

4爆破控制的工程措施

结合隧道交叉段地质条件，在交叉段施工时应采取控制爆破措施，避免对铁路隧道造成干扰，采取的具体措施有：

(1)采用分段延时爆破技术。大量的工程实践证明，分段延时爆破可以使最大振速明显降低。

(2)为避免爆破延时时间较短或者延时误差造成地震波叠加，使振动加强，在选择雷管段别时，应加大相邻炮孔的延时时间，应尽可能考虑跳段布置雷管，既有利于相邻两段振动的主振相分离，避免振动叠加，又为后排爆破创造更充分的临空面，减轻爆破夹制作用对振动的加强作用。

(3)增加空孔数量或增大空孔直径，以加大临空面，减小夹制作用造成的振动加强，这对降低掏槽爆破的振动强度十分有效。

(4)同时采取减小爆破进尺，缩短炮孔长度，降低单孔装药量等措施，进一步降低振动。

5爆破设计

交叉段爆破设计上台阶与下台阶分开进行。上台阶每循环进尺按0.9m(炮孔利用率为90%)进行设计，下台阶每循环进尺按2.5m进行设计。爆破采用2#岩石硝铵炸药和毫秒延时雷管。爆破设计原则为多钻孔，少装药，分次分段起爆。上断面开挖面积60.4m2，共钻132个孔，用药量59.3kg，单位岩石炸药消耗量为1.09kg/m3；下断面开挖面积35.3 m2，共钻76个孔，用药量76.2kg，单位岩石炸药消耗量为0.86kg/m3。爆破设计见图2，爆破参数见表2和表3。

图2　交叉段爆破设计Fig.2　The blasting design of cross section

编号炮孔名称雷管段别炮孔深度/m炮孔数量/个装药量/kg单孔药量 小计装药集中度/(kg·m-1)1~1011~1819~2627~3637~5657~8081~119110~132空孔一级掏槽孔二级掏槽孔一圈辅助孔二圈辅助孔三圈辅助孔周边孔(不含底孔)底孔MS1MS5MS7MS9MS11MS13MS151.21.21.21.01.01.01.01.0108810202439130.80.80.50.50.50.30.66.46.45.010.012.011.79.80.670.670.500.500.500.300.60合计13259.3

表3　下台阶爆破参数

6爆破振速估算

振动速度估算采用式(1)计算，参数参照《爆破安全规程》(GB 6722-2014)〔8〕选取：

式中：v为计算的振动速度，cm/s；R为爆源至被保护对象的距离，m；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg；K、α为与爆破点至被保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

以上台阶的第三圈辅助孔的单段装药量最大，为12kg，距离为18.74m，围岩为灰岩，取K=150、α=1.5进行计算。同时对其余段别爆破振速进行计算，并汇总如表4。

从计算结果可以看出振速估算值均小于8.0cm/s的安全控制指标，说明以上爆破参数可行。

表4　爆破振速计算结果

7爆破效果及体会

(1)待开挖隧道近距离下穿既有铁路隧道时，爆破振动可能对原有隧道产生危害，必须引起高度重视。本文综合相关资料，将上行铁路隧道结构的爆破振动控制标准定为8.0cm/s，并以此为基础，进行合理的爆破参数设计。

(2)为了减少爆破振动强度，爆破设计采取了短进尺、少装药、增加空孔及合理安排延时起爆时间等措施。经现场观察，爆破效果达到了预期要求。

(3)经过精心施工，工程达到了预期目的。爆破后，周边孔的半孔率及平整度都符合设计要求，爆破对围岩的影响较少，围岩稳定，施工安全、顺利，施工过程没有对现行铁路隧道造成影响。

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GB 6722—2014 Safety regulation for blasting[S]. Beijing: China Standards Press, 2014.

Control blasting technology of expressway tunnel underpass existing railway tunnel

YUAN Liang-yuan1, TANG Chun-hai2, ZHU Jia-xiong2, BAI Yu3

(1. Liupanshui Jiuxiang Blasting Engineering Co., Ltd., Liupanshui 553600, Guizhou, China；2. College of Resources and Metallurgy, Guangxi University, Nanning 530004, China；3. Bijie Hengyu Blasting Engineering Co., Ltd., Bijie 551700, Guizhou, China)

ABSTRACT：For the safety of existing railway tunnel when the new one was in construction, some measurements were taken for controlling damage of blasting vibration. According to relevant safety standard information, the blasting vibration safety control standard was determined to be 8.0cm/s for the existing tunnel. Bench method was used and blasting advance per round of 0.9m was set up to reduce blasting scale at upper bench. A series of techniques were taken during tunnel blasting to reduce the vibration, such as increasing initiation segments, decreasing the charge amount per delay interval, drilling more empty holes and so on. A good blasting effect without any negative impact on the existing railway tunnel was finally achieved.

KEY WORDS:Cross tunnel; Tunnel blasting; Blasting vibration; Control blasting

中图分类号：TD235； U455.6

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.014

作者简介：袁良远(1964-)，男，主要从事工程爆破设计、施工管理。E-mail: 2601282213@qq.com通讯作者： 唐春海(1971-)，男，博士、副教授，主要从事工程爆破的施工、教学与科研工作。E-mail: 99947097@qq.com

收稿日期：2015-11-17

文章编号：1006-7051(2016)01-0064-04