既有铁路线石方控制爆破开挖施工的安全技术

张建平， 王俊生， 张龙飞

(内蒙古宏大爆破工程有限责任公司， 内蒙古包头 014000)



既有铁路线石方控制爆破开挖施工的安全技术

张建平， 王俊生， 张龙飞

(内蒙古宏大爆破工程有限责任公司， 内蒙古包头 014000)

摘要：集通铁路庙梁段既有铁路线扩建工程需要进行爆破开挖作业。为了安全高效的完成既有铁路线石方控制爆破工作，穿爆方面通过开挖多个横向爆破工作面的方法，改变岩体爆破时的最小抵抗线方向，同时控制装药量并选择合理的延时时间，严格控制了爆破岩体和飞石的移动方向；防护方面采用一种严密的新型防护排架，高效的完成了飞石防护工作；组织安全方面制定了严格的安全生产管理制度，专人协调管理，实现了多区段穿爆与挖运的平行作业。爆破效果表明，本工程中采用的安全技术措施确保了既有铁路线的安全运行，对类似既有铁路线石方控制爆破工作可提供参考。

关键词：既有铁路线； 控制爆破； 横向爆破工作面； 防护排架

1引言

随着我国国民经济的发展，西部矿产资源开发速度的加快，原有铁路运输能力远远不能满足煤炭等资源运输的需要，迫切需要把原有单行既有铁路线改变为双行线提高运输能力或对既有铁路线取直而提高运输速度 ，这都涉及到既有运行铁路线石方开挖，拓宽原有铁路路基宽度。由于开挖石方量大，对施工速度又有较高要求，一般都需采取爆破方法。在既有线路列车运行的前提下实施爆破开挖，最突出的问题是保证运行铁路线的安全，提高施工速度〔1〕。以集通铁路线庙梁站爆破开挖的实践工程为依据，对目前既有铁路线爆破开挖工程的安全技术进行了研究。

2爆破开挖工程的安全技术难点

(1)爆破开挖的技术难度。根据最小抵抗线原理，在既有线一侧的岩体爆破，如果不改变其岩体移动的最小抵抗线方向，岩体爆破后会大量移动至既有线，造成埋轨事故。既有线一侧的石方开挖不仅开挖宽度小，而且往往是居高临下施工，危石或爆破振动都可能造成危石滚落到运行铁路线上。因此，必须采取改变爆破岩体最小抵抗线方向的控制爆破技术，预先开挖垂直于既有铁路线的多条马道，以马道形成的临空面为自由面进行控制爆破，严格控制爆破岩体和飞石的移动方向。另一方面，多条马道将原有岩体分割成多个作业区域，分区段、分层、分梯段的作业模式严格控制爆破规模和一次起爆最大药量，有效防止了危岩滚落铁路现象和边坡次生地质灾害的产生。同时，根据现场岩石性质，部分区域采取预裂爆破或光面爆破技术来控制边坡的稳定。

(2)挖装运施工的难度。爆破后的岩渣挖装运作业必须平行既有运行铁路线进行推进，作业空间狭窄，一般作业宽度在10m左右。为了提高施工速度，必须多开工作面。

(3)防护的难度。即使人为控制爆破岩体的最小抵抗线平行既有线，小部分岩体也会向既有线方向移动。因此在爆破岩体和既有铁路线之间必须采取有效的防护措施确保岩体及个别岩块不能落在既有铁路线上，同时需确保防护材料本身在爆破岩体的推动下不能落在既有线上，即使是很小的飞溅碎块也可能击碎既有线上空的高压输送线或电磁瓶，造成严重事故。

3既有铁路线爆破开挖的爆破安全施工技术

3.1工程概况

集通铁路线庙梁站至兴和站区间邻近既有线新建蔬解铁路线，属高边坡路堑开挖工程。待开挖山体岩石坚硬，需采用爆破施工方法开挖。根据实地勘察，需要采用爆破开挖施工的路堑岩石为玄武岩，上下部岩石较完整；下部大多属于坚石，水文地质条件简单。根据土石方路堑开挖设计资料，待爆破开挖路堑长约3 400m，开挖深度10 ～25m，平均深度17.0m，总石方开挖量约30万m3。开挖石方至南侧运行铁路线4.0 ～6.0m，上部有架空高压输送线，爆破环境复杂。

3.2控制爆破开挖方案

根据待爆破开挖区域地质、地形条件、现场爆破施工及铁路对边坡稳定性的特殊要求等因素综合考虑，此项路堑爆破不仅应将设计开挖范围内的岩石充分松动破碎，以提高机械清渣装岩效率，同时要绝对避免爆破破碎岩石的过度抛掷，以确保爆破开挖路堑南侧既有运行铁路线路的安全，同时要严格控制爆破地震强度，确保周围村民房屋的安全。为了达到上述目的，根据待爆破岩体厚度、高度和设计开挖路堑，采取了如下爆破方案：

(1)爆破分区方案：根据爆破开挖山体特点，沿北侧设计开挖铁路线路基方向，从北向南首先开挖3个马道，南侧开1个马道，将北侧山体(全长2 000m)分成4个区段，南侧分成两段，每段长约500m；马道长按15%坡度修建，宽度为8 ～10m。

以北侧路基为例，3个马道加上东西边界两端共8个工作面可同时施工，炮孔的最小抵抗线方向控制在铁路线的平行方向(东西方向)，降低了产生爆破飞石的可能性〔2〕。每个区段推进方向为山体长度(东西)方向，进行自上而下、水平分层的台阶全宽(7.5m)爆破开挖，爆破分区如图1所示。

图1　爆破分区段示意图Fig.1　Schematic diagram of blast zoning

这样既解决了爆破岩石的运输路线问题，又可以每个区段同时进行爆破、挖运，实现了穿爆与挖运的平行作业，提高施工进度。

(2)孔网参数：根据待爆破山体高度10 ～25m不等，进行分层深孔台阶减弱松动爆破方式，分层高度4 ～6m。为了确保岩石破碎均匀，有利于挖运和避免爆破个别碎块飞溅，适当加密孔网参数，控制开挖深度，炮孔采用空气间隔装药结构。

为了保证永久边坡岩石的稳定性，对于岩石比较坚硬和稳固地段，临近最终开挖边坡或靠近设计边坡线采用预裂爆破技术；对于破碎岩石地段，采取预留保护层，待爆破完成后采用液压破碎机配合挖掘机进行边坡刷帮、修整，以保证边坡稳定和达到设计轮廓、平整要求。预裂孔选用φ90mm钻孔。

考虑需要爆破的岩体宽度为7.5m、坡度75°，在预裂孔外侧布置两排主爆孔，梅花型布孔，孔距2m，排距1.5m(抵抗线位于马道方向，与既有铁路线路平行)。

为了防止爆破松动岩体向铁路线方向移动，在靠近运行铁路线的坡面采用小型凿岩机钻φ40mm光爆孔进行减弱松动爆破，最小抵抗线0.8 ～1.2m。此区域安排在主爆区之后起爆，目的是在主爆区与原铁路线边坡之间留下1.5 ～2.0m厚度的岩墙，以保护边坡。预留岩墙区域内的炮孔按光爆孔设计装药，主爆孔爆破时可起防护作用，光爆孔作用下的预留岩墙区域岩石破裂，但不发生明显位移，可防止岩块过度破碎滚落到铁路线上，再用液压破碎锤配合挖掘机开挖。

主爆孔、预裂孔和光爆孔布置如图2所示。

图2　爆破布孔示意图Fig.2　Schematic diagram of blasting holes

(3) 主要爆破技术参数：须保证每个炮孔的最小抵抗线平行运行铁路线，并采取多排孔延时起爆技术，排间延时控制在50 ～75ms。

采用孔外毫秒延时起爆技术，孔内全部采用HS2半秒延时导爆管雷管，孔外采用MS3毫秒延时导爆管雷管。预裂孔起爆后，延时50ms起爆主爆孔，主爆孔排间延时50ms。主爆孔与光爆孔之间延时0.5s，保证8排主爆孔的起爆顺序在光爆孔之前，详细爆破技术参数见表1。

表1　爆破技术参数

4爆破安全防护措施

爆破紧邻铁路线，上有高压线接触网，为保证运行铁路线的正常运行不受爆破飞石的影响，必须采取有效的防护措施〔3-4〕。为确保爆破岩体无任何碎石落在运行铁路线上，加快施工速度，改变了传统的既有线爆破防护方法，在运行铁路线一侧采取了一种严密的新型防护设施，见图3、图4。

图3　防护设置Fig.3　Protection settings

图4　防护排架正立面Fig.4　Front elevation of the protective frame

(1)在爆破山体与铁路线之间设阻隔排架防护。采用刚性连接杆和沙杆脚手架做防护排架，每段防护长度为80m，可根据爆破防护要求移动使用。

钢管排架的搭设方法：采用Φ20a钢管作为纵向支撑体系，Φ50a钢管作为横向支撑系统，结合竹架板满铺防护高边坡施工。

(2)在排架前面设柔性防护材料，如苇帘、防护网等，在排架后面绑设铁丝网围栏，进行双层防护，以防止飞石落在运行铁路线上。

(3)炮孔孔口覆盖沙土袋和胶带网帘，每次爆破前边坡刚性防护架上挂设网帘进行防护。

5施工组织安全管理

5.1爆破作业组织

(1)按设计要求做相同地形小型实验验证设计方案，调整孔网装药量，实施爆破方案。

(2)按照设计的边坡角度打预裂孔，孔距控制在0.6～0.8m,采用不耦合装药，径向不耦合系数需大于2。

(3)爆破后由爆破负责人严格检查爆破效果，杜绝盲炮。

5.2挖运作业组织

(1)爆破后对个别大块和破碎不佳部位使用液压破碎锤辅助作业。

(2)对边坡不规则段及时采用液压破碎锤进行修坡。

(3)液压锤、挖掘机、装载机和自卸车要车况好。破碎锤车不低于300型，司机要技术好、工龄长，上岗前需要进行实地操作培训和考核(根据工序标准要求，大臂要挂左右作业标志)。

(4)每台挖掘机作业时必须配备现场安全指挥员一名，负责指挥挖掘机和运输车辆的安全作业，严格按照挖运作业顺序施工。

6结语

(1)从爆破技术方面，必须严格控制爆破可能产生的飞石和振动带来的有害效应，为此要确定合理的开挖顺序，改变爆破最小抵抗线方向，控制装药量，选择合理的延时时间。开挖宽度较大时，可在运行铁路线一侧预留防护岩墙。

(2)实践证明，在防护方面，采取刚性和柔性防护架联合防护装置，采取移动式和耐用的胶带帘可获得良好的防护效果。

(3)在人员和设备管理方面，必须严格按照施工顺序作业。制定严格的安全生产管理制度，安排专人负责协调各个工作面人员、设备的协调和调度，并与铁路指挥人员保持密切电话和信号联系，才能及时防止事故的发生。

参考文献(References)：

〔1〕 杨勇，骆守林，薛永利. 复杂环境下石方控制爆破[J].工程爆破，2009，15(4)：38-40.

YANGYong,LUOShou-lin,XUEYong-li.Cont-rolledstoneworkblastingincomplexenvironment[J].EngineeringBlasting, 2009, 15(4):38-40.

〔2〕 何广沂. 大量石方松动控制爆破新技术[M]. 北京:中国铁道出版社,1995.

HEGuang-yi.Newtechnologyonlooseningcontrolledblastingofstone[M].Beijing:ChinaRailwayPress,1995.

〔3〕 刘航. 紧邻既有线石方安全控制爆破技术[J]. 铁道建筑技术，2012(1):118-123.

LIUHang.Technologyonsafetycontrolofblastingclosetoexistingrailwaystonework[J].RailWayConstructionTechnology，2012(1):118-123.

〔4〕 袁良远,唐春海,朱加雄,等. 高速公路隧道下穿既有铁路隧道控制爆破技术[J]. 工程爆破，2016,22(1):64-67.

YUANLiang-yuan,TANGChun-hai,ZHUJia-xiong,etal.Controlblastingtechnologyofexpresswaytunnelunderpassexistingrailwaytunnel[J].EngineeringBlasting,2016，22(1):64-67.

文章编号：1006-7051(2016)03-0061-04

收稿日期：2016-02-10

作者简介：张建平(1960-)，男，博士、高级工程师，主要从事高耸建(构)筑物拆除爆破施工工法及灾害风险防控方面的研究。E-mail： zhangjianping60@hotmail.com

中图分类号：TD235； X115.3

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.013

Securitytechnologyofcontrolledblastingforrockexcavationclosedtoexistingrailway

ZHANGJian-ping,WANGJun-sheng,ZHANGLong-fei

(InnerMongoliaHongdaBlastingEngineeringCo.,Ltd.,Baotou014000,InnerMongolia,China)

ABSTRACT：The blasting excavation was needed in the extension project of existing Miaoliang railway of Jitong. In order to complete rock controlled blasting closed to existing railways safely and efficiently, a method of multiple transverse blasting working faces excavation was used in terms of drilling and blasting. The direction of the minimum resistance line was changed in rock mass blasting, and the weight of explosive was controlled and a reasonable delay time was selected. The moving direction of the blasting rocks and the fly rocks were controlled strictly. In terms of protection, a new type of strict protective frame was adopted. The protection work of fly rocks was completed efficiently. As for organization security, safety production management system was made and specialist management was arranged. The parallel operation of multi-section drilling and blasting and digging was realized. Blasting effect showed that the safety technical measures used in this project ensured safe operation of existing railway. The practice could provide a reference for blasting of rock closed to existing railways of similar blasting projects.

KEY WORDS:Existing railway； Controlled blasting； Transverse blasting working face； Protective frame