引水隧洞临近既有客运专线隧道爆破施工振动影响及对策

2016-09-22王君顺

甘肃科技纵横 2016年4期

关键词：兰新装药隧洞

王君顺

（兰州铁道设计院有限公司，甘肃　兰州　730000）

引水隧洞临近既有客运专线隧道爆破施工振动影响及对策

王君顺

（兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州730000）

根据兰州市水源地建设工程输水主洞邻近既有兰新客运专线施工的工程实例，结合数值计算及以往施工经验，对引水隧洞邻近既有客专爆破施工影响进行研究，得出引水隧洞控制爆破范围，提出引水隧洞爆破施工时既有铁路运营线的处理措施，以确保既有铁路线和列车运营安全。

引水隧洞；客运专线；爆破施工

0　引言

随着我国水利工程及铁路建设的发展，出现了越来越多的新建水工隧洞靠近既有建筑物、小净距平行隧道、上下交叉隧道等形式的地下近接工程［1］。

在采用传统钻爆法施工的近接隧道工程中，要求在新建隧道临近既有隧道施工时，除了要保证新建隧道的工程质量和进度外，还必须减少或消除对既有隧道的影响，确保施工区周围人员和既有隧道的安全。目前，尽管对邻近既有建筑物和小净距隧道等近接工程的爆破振动问题已有研究［2，3］，但对于引水隧洞邻近客运专线的爆破振动问题研究相对较少。因此，本论述结合兰州市水源地建设工程邻近既有兰新客专存在施工干扰、洞口及洞身爆破施工等特点，采用数值计算对运营的兰新客专在爆破振动作用下的振动影响及对策进行研究。

1　工程概况

兰州市水源地建设工程将刘家峡水库作为引水水源地，向兰州市供水。工程包括取水口、输水隧洞主洞、分水井、芦家坪输水支线、彭家坪输水支线及其调流调压站、芦家坪水厂和彭家坪水厂等。

输水主隧洞T30+930～T31+279.418段为压力引水隧洞，长349.418 m，洞身净空采用圆形断面，开挖半径2.35～2.85 m，开挖最大断面25.5 m2。隧洞埋深约为40～200 m，隧洞洞身介于强风化带与弱风化带间白垩系下统河口群砂岩夹泥岩，以Ⅲ～Ⅳ类围岩为主，采用钻爆法开挖。隧洞在平面上设两个直线及圆形转折点，进口始25 m向左转弯。见图1所示隧洞在T31+289.418处设分水井，井身开挖半径10 m，开挖断面314 m2，下挖深度共45.12 m，上部25 m为黄土地层，采用机械开挖，下部20.12 m为砂岩夹泥岩，采用钻爆法开挖。引水隧洞该里程段临近的兰新客专相关工点为寺儿沟中桥与孔家营隧道，其里程T30+930距离兰新客专寺儿沟中桥水平距离约81 m，里程T31+289.418处的分水井距离兰新客专东坪村隧道水平距离约231 m。

图1　平面位置关系图

2　兰新客专爆破振动控制要求

兰新客专目前已建成通车，工后沉降控制严格，按照《客运专线铁路变形观测评估技术手册》［4］1.1.1条：“路基在无渣轨道铺设完成后的工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求，工后沉降一般不应超过15 mm”；“路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的差异沉降不应大于5 mm”；1.1.2条“桥梁墩台：无渣轨道对于静定结构须满足均匀沉降量不大于20 mm、相邻墩台沉降差不大于5 mm的要求”；1.3.1条：“铺设无渣轨道的隧道基础工后沉降值一般不应大于15 mm，轨道基础与路基、桥涵等结构物建的工后差异沉降小于5 mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁、隧道的折角不应大于1‰”。

3　洞口段爆破飞石影响及对策

输水主洞洞口邻近既有兰新客专爆破施工，会产生飞石，对兰新客专正常运营产生影响，为保证兰新客专运营安全，需对输水主动洞口段进行安全防护。

为减弱爆破施工对邻近兰新客专运营的影响，明挖段将不采取爆破开挖，暗洞施工时先用机械破碎开挖前8 m后再使用钻爆法进行施工。明挖段开挖完成后从洞口向外延伸5 m长设弧形锚喷砼护拱，构成防爆墙，放炮前在洞口采用10 mm厚钢板遮挡洞口，用以阻止暗洞爆破开挖的飞石飞向地面，爆破结束后将洞口钢板移开进行下一循环施工作业。这样即使暗洞爆破有飞石，飞石方向也不面向兰新客运专线，且位于地面以下，钢拱架及钢板也可以起到挡住飞石的作用。

表1　装药结构图表

4　洞身段爆破施工振动影响及对策

4.1输水隧洞爆破控制方案

输水隧洞距离兰新客专最近点81 m，洞身长349 m，采用常规钻爆法施工。为保证兰新客专运营安全以及工程自身质量、施工安全，施工中采用微振动控制光面爆破技术，以确保开挖轮廓平整圆顺，并根据围岩情况及时修正爆破参数，达到最佳爆破效果。

（1）开挖进尺

开挖采用全断面法施工，按照短进尺、小药量、多循环的原则进行，每次开挖进尺不宜过大，且应根据钢架间距确定，控制在2.4 m左右，采用钻孔作业平台及风枪钻眼，采用爆破掘进作业。

（2）炸药选型

炸药采用2号岩石硝胺炸药，有水地段采用乳化防水炸药，药卷直径采用φ32、φ25（周边眼），周边眼采用间断装药的弱装药结构，其余眼采用集中装药，炮眼堵塞采用炮泥堵塞，非电毫秒雷管起爆，电雷管引爆，炮泥堵塞长度不小于20 cm。

（3）掏槽形式

采用楔形掏槽或中空直眼掏槽。

（4）装药结构

周边眼采用φ25小直径光爆药卷间隔装药。其他眼采用耦合连续装药结构。见表1所示。

装药及其炸药使用性能：

掏槽眼：φ32 mm，2#岩石硝铵炸药；辅助眼：φ32 mm，2#岩石硝铵炸药；周边眼：φ25 mm，2#岩石硝铵炸药。

（5）炮眼深度

最大炮眼深度取断面宽度（或高度）的0.6倍，为克服及减少岩石的夹制作用，掏槽眼深度L=2.8 m外，其余周边眼、辅助眼等炮孔深度L=2.5 m。

（6）爆破断面参数设计

爆破参数现场宜结合地质等实际情况进行调整，具体见表2所示。

（7）单孔装药量

根据公式：Q=η×L×r

式中：η—炮眼装药系数；L=眼深；r=每米长度炸药的药量。

1）每个循环进尺2.4 m，循环方量30.16 m3，预计炮眼利用率85%；

2）炸药单耗1.59 kg/m3；

3）周边眼采用φ25×200 mm小药卷，红线爆破，其余炮眼采用φ32×200 mm药卷。

4.2爆破影响范围的确定

（1）计算原则

通常情况下，对于所研究的引水隧洞爆破施工，掏槽眼爆破振动常常是最大的。掏槽眼爆破采用分段延时技术后多为单孔起爆，可根据《爆破安全规程（GB6722-2014）》［6］规定，确定爆破振动安全允许距离按规范公式如下：

R-爆破振动安全允许距离，单位为米（m）；Q-炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，单位为千克（kg）；V-保护对象所在地质点振动安全允许质点振速，单位为厘米每秒（cm/s）；K、α-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。考虑爆破段地层岩性为砂岩夹泥岩，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）及《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）属于软岩或较软岩，考虑不利因素，取K=350，α=2。

（2）安全允许振速

对于交通隧道爆破振动的判据主要是保护对象所在质点峰值振速，其安全允许振速的选取应综合考虑构筑物的重要性、围岩等级、支护措施、跨度、埋深等因素。《爆破安全规程》（GB6722-2014）规定的交通隧道的振动速度标准为10～12 cm/s，根据国内类似隧道工程近接施工的相关研究，考虑本工程走向与兰新客专近距离并行，客专属一级重要设施，且运营中的客专隧道轨道变形要求严格、拱部设有多种电气化设施，为了确保安全，爆破设计以高速铁路轨道允许安全振动速度0.5 cm/s为控制标准，并将有影响的客专隧道作为爆破监测对象。

（3）爆破施工影响范围的确定

根据以上参数选取，计算得出T30+930输水隧洞洞口的爆破影响距离R=60.27 m，分水井爆破施工影响距离R=82.43 m。爆破振动影响范围均小于本工程与兰新客专的距离。