邻近既有线石方控制爆破施工技术

2021-01-23鲍东岳

商品与质量 2021年2期

鲍东岳

中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原 030032

随着社会的快速发展，既有单线铁路运能已不满足经济高速发展的需要，铁路改建、扩建等邻近既有线施工越来越多，邻近既有线施工环境复杂，施工干扰大，安全风险高，且对既有铁路运输组织影响较大，特别是石方爆破施工，但爆破施工经济、高效，本文根据具体工程特点，介绍了邻近既有线施工石方控制爆破施工方案及防护措施，确保了施工安全，为类似邻近既有线石方开挖施工提供参考。

1 工程概况

某复线铁路站改工程邻近既有线施工，需对既有路基左侧进行路基填筑和路堑开挖，其中路基土石方填方27923方，挖土方41437方，挖石方168636方。石方开挖采用控制爆破施工，爆破开挖区域长度588.65m，与既有线左侧相距0-80m。

既有铁路为电气化单线铁路，全天开行14对客运列车，既有车站站内有门式钢柱接触网、信号灯及相关控制设备、道岔控制设备等，车站两侧有铁路10KV贯通线、铁路用变压器、车站运转值班室等铁路设备设施，既有车站右侧有大量民房。站改工程石方爆破开挖施工环境复杂，施工干扰大，安全风险高。根据施工总体安排，需6个月内开挖近17万方硬质灰岩，工期紧，任务重。

2 总体开挖方案

根据本工程的地质地形和周边环境条件，及《爆破设计与施工》[1]、《爆破安全规程》[2]、《铁路安全管理条例》相关要求，结合以往类似工程的实践经验，确定本工程的总体设计原则和开挖方案如下：

（1）在确保安全的前提下，尽量采用控制爆破开挖，提高开挖效率。

（2）整体采用预留岩墙精准微振控制爆破技术，距既有铁路较远处采用深孔爆破开挖，台阶高度为10m，在接近保留岩墙6m处时采用浅孔爆破，浅孔台阶高度为3m，以此确保岩墙高度始终高于主爆区3m，起到天然屏障的作用，如图1所示。

图1 预留岩墙的主爆破方案示意图

（3）岩墙采用浅孔弱爆破和机械破碎结合的方式逐层拆除，在远离既有线侧采用浅孔弱爆破，抵抗线1-1.2m，紧挨既有线侧采用机械破碎的方式，如图2所示。

（4）对于保留边坡，坡度大于等于1：0.75的采用预裂爆破，小于1：0.75的采用缓冲弱爆破+挖机刷坡的方式。

（5）按爆破区域截面形式及与既有线左侧路肩的距离关系，将施工区域分成了6个区域（如图3），根据现场地形和现有施工便道情况，选择三个工作面进行开挖，一是从第一区开始往大里程开挖，二是在第四区域既有沟槽处（现沟槽底部与既有铁路标高基本齐平），以浅孔控制爆破法向沟槽东、西两侧拓展，修整形成便于中深孔爆破施工的两个临空面，采用中深孔爆破向东西两侧进行主体开挖，优先开挖东侧山体，以便于出渣。开挖顺序示意图见图3。

图2 岩墙处理方式示意图

图3 开挖顺序示意图

（6）利用现有地形和起爆顺序，设置爆区抛掷方向背离既有铁路方向。起爆顺序示意图见图4。

图4 开挖平面示意图

根据爆破区域的不同，严格控制爆破炸药单耗、单响最大药量和一次爆破规模。中深孔区采用逐孔起爆的方式，浅孔爆破采用每2-3孔为同一段位毫秒雷管起爆，最大限度地减少爆破振动对周边环境的影响。

（7）爆后大块岩石的二次解小，采用机械破碎法，既保证施工安全，又有利于挖装作业的连续性，提高装车效率。

（8）根据位置的不同，选取主动和被动综合防护措施，有效避免飞石对既有铁路安全运营的影响。

（9）为了确保控制爆破设计更加精准，在大规模爆破施工前，首先选取典型位置进行3次小规模的爆破试验，试爆药量从设计药量的一半开始，逐渐增加。通过对爆破效果、防护效果以及监测结果进行分析，进一步反馈完善设计和施工工艺，最终达到优化设计参数、改进施工工艺和防护措施的目的。

（10）试爆在施工计划天窗点内进行，正式爆破根据试爆数据进行调整优化，爆破施工过程中，进行全程爆破振动测试，一是严格控制爆破振动值，确保铁路设备正常稳定；二是得到该地区爆破振动传播规律，以指导爆破参数的选取。

3 各区域控制爆破开挖方案和防护措施

根据开挖区域距既有线位置和开挖断面的不同划分成六个区域，每个区域采用的爆破开挖方式和相应防护措施如下：

3.1 区域一

第一区域对应既有里程为K554+832.1-K554+880，为双侧路堑，距离既有线左边最近距离为60m，本区域采用中深孔爆破方式，由上往下、由远及近逐层开挖，炮孔直径90mm，台阶高度6-10m。

防护措施：爆破时采用橡胶炮被和沙袋进行覆盖，主动防护网采用地锚固定，覆盖于爆破区域。炮渣松动抛掷方向背离既有铁路方向，K554+832.1-K554+880段既有线侧开挖线外50厘米处设置被动防护网（6米高）、既有线左侧水沟边设钢管夹式防护排架（路肩上1.5米），预防轻微飞石侵入线路。此区域典型断面见图5。

图5 K554+832.1-K554+880段爆破区域典型断面

3.2 区域二

第二区域对应既有里程为K554+880-K554+930，此区域左侧为路堑，右侧至铁路边线为场坪开挖拉通区域，整个区域长度50m；本区域采取由上往下，由远及近按123顺序依次爆破施工，第1区域采用中深孔爆破，台阶高度为6-10m；第2区域采用浅孔爆破和浅孔松动爆破，浅孔爆破台阶高度为3m，浅孔松动爆破台阶高度1.5m；第3区域采用机械开挖。

防护措施：采用橡胶炮被加沙袋和主动防护网对炮孔表面进行覆盖，通过调节起爆顺序的方式使爆破自由面背离既有铁路方向，在1区施工时在1和2间搭设被动防护网（6米高）；2区施工时在K554+880-K554+930段搭设被动防护网（6米高）；既有线左侧水沟处设防护排架（路肩上1.5米）。此区域典型断面见图6。

图6 K554+880-K554+930段爆破区域典型断面

3.3 区域三

第三区域对应既有里程为K554+930-K555+030，为双侧路堑开挖段，距既有线距离55-25m，距车站值班运转室、电务机房20m，爆破时需特别考虑爆破振动、飞石和滚石的控制与防护。此区域典型断面见图7。

本区域采用中深孔爆破方式，由远及近，由上而下开挖，台阶高度6-10m，一级边坡采用缓冲弱爆破结合挖机刷坡的方式，二、三级边坡采用预裂爆破的方式一次成型。

防护措施：孔口采用橡胶炮被和沙袋覆盖，再覆盖主动防护网，通过调节起爆顺序的方式使自由面背离既有铁路方向，在既有线侧开挖线外50厘米处边坡上搭设被动防护网（高度4-6m视地形定，以不影响接触网安全为原则），既有线路堑边坡上主动防护网包护。既有线左侧水沟上设置防护排架（路肩上1.5m）。车站值班运转室、电务机房后面再布设一道细目被动防护网，高6m。

图7 K554+930-K555+030段爆破区域典型断面

3.4 区域四

第四区域对应既有里程为K555+030-K555+180，此区域左侧为路堑边坡，右侧待开挖岩体紧邻既有铁路边线，且为高陡边坡，需考虑爆破振动、飞石和滚石对既有线的安全影响。本区域采用预留岩墙微振控制爆破技术，在邻近既有铁路侧预留岩墙，岩墙顶部宽度3m，岩墙高出主爆区3m，随主爆区同步下降。首先开挖第1区域，采用中深孔爆破，台阶高度为6-10m；第2区域采用浅孔爆破，台阶高度2-3m，预留岩墙采取浅孔爆破与机械开挖相结合的方式拆除。

防护措施：开挖初期在区域2顶部搭设6m高被动防护网，随着开挖的进行，逐渐降低防护网位置，搭设高度以小于防护网底部至接触网回流线水平距离1米为准。第12区域爆破时，都需要对炮孔采用橡胶炮被和沙袋覆盖，再覆盖主动防护网。

图8 K555+030-K555+180段爆破区域典型断面

3.5 区域五

表1 中深孔爆破时不同台阶高爆破参数表

第五区域对应既有里程为K555+180-K555+270，为填方区域，在既有线左侧路肩外侧搭设防护排架（路肩上1.5米）。

图9 K555+180-K555+270段典型断面

3.6 区域六

第六区域对应既有里程为K555+270-K555+421.45，此区域左侧为高陡边坡，边坡坡度大于80°，属既有线路堑左侧扩挖区域。本区域采用中深孔爆破、浅孔松动爆破和机械破碎结合的方式开挖，在邻近既有铁路侧需预留一定岩墙。首先采用浅孔松动爆破开挖第4区域，同时预留厚大于3m，高3m岩墙，防止上部爆破开挖产生滚石；接着由上至下，由远及近按①②③顺序依次采用浅孔爆破开挖，台阶高度为1.5-2m，区域①采用浅孔爆破开挖，区域②时采用预留岩墙开挖，岩墙高出主爆区3m，之后随着主爆区采用浅孔松动爆破结合机械破碎的方法开挖，区域③不留岩墙，直接采用浅孔松动爆破结合机械破碎的方式开挖，采用间隔装药，减小炸药单耗；区域③开挖结束后继续开挖区域④剩余部分和边上的预留岩墙，预留岩墙在天窗点内采用机械破碎方式开挖。防护措施：爆破采用弱装药，通过调整起爆顺序确保爆破抛掷方向背向铁路，炮孔采用橡胶炮被和沙袋覆盖。第④区域在岩墙顶部搭设被动防护网，高度4m；在第③区域爆破前，在③区域采用主动防护网进行全封闭覆盖，外侧搭设防护排架，排架高度高于待拆除的高边坡，采用锚杆固定，随着向下开挖逐步降低防护网和排架。在开挖第④区域预留岩墙时，先拆掉顶部的被动防护网（搭设高度以小于防护网底部至接触网回流线水平距离1米为准），岩墙拆除至一定高度后再恢复设置被动防护网。既有线左侧水沟上设置防护排架（路肩上1.5米）。

图10 K555+270-K555+421.45段爆破区域典型断面

4 爆破参数

4.1 中深孔爆破

采用φ90履带式潜孔钻机成孔，孔径：D=90mm，采用三角形（梅花）型布孔方式，对炮孔采用连续装药，反向起爆装药结构，炸药采用乳化炸药，堵塞材料采用粘性土，最小抵抗线取3-4米，最小抵抗线方向背向既有铁路线。为控制振动速度，确保安全，中深孔爆破采用分段爆破。中深孔爆破时不同台阶高爆破参数表见表1。孔距：a=（30-50）×D，排距：b=（0.8-1）a，孔深：L=H+1m（超深为10%-15%H，取1-1.5米），炸药单耗：q=0.34kg/m3，单孔装药量：Q=qawH，填塞长度L=（25-35）d=2.25-3.15。

本次爆破使用毫秒延期导爆管雷管，连续装药方式。为减少爆破振动，孔内采用延期550ms雷管，孔间采用50ms，排间采用110ms，实现逐孔起爆。严格控制起爆炮孔数量，单排、多排起爆时单次爆区不超过1530kg。

4.2 浅孔松动爆破

采用YT28手持式风钻成孔，孔径42mm，孔距：a=0.8m；排距：b=0.8m；台阶高度：H=1.5m；超深：h=0.3m；孔深 L=H+h=1.8m；单耗：q=0.35kg/m3；单孔药量：Q=abqH=0.8×0.8×0.35×1.5=0.3kg。

底盘抵抗线控制，布前排炮孔距坡顶线必须在1m以上，以控制爆破飞散物。装填Ø32mm乳化炸药，填塞长度1.50m，可有效地控制爆破飞散物。

4.3 常规浅孔爆破

采用YT28手持式风钻成孔，孔径42mm，孔距：a=1.2m；排距：b=1.2m；台阶高度：H=3m；超深：h=0.3m；孔深L=H+h=3.3m；单耗：q=0.4kg/m3；单孔药量：Q=abqH=1.2×1.2×0.4×3=1.8kg。

底盘抵抗线控制，布前排炮孔距坡顶线必须在1.2m以上，以控制爆破飞散物。装填Ø32mm乳化炸药，填塞长度1.8m，可有效地控制爆破飞散物。为有效控制爆破地震及飞石等有害效应，采用孔内孔外相结合的非电毫秒延时爆破网路，按不同距离及相应允许安全药量分段，确定采用单孔、双孔或三孔同时起爆，控制最大一段爆破药量。孔内使用大段别雷管（MS12），孔外使用MS4段非电雷管传爆接力，根据允许起爆的安全药量、孔数，采用串联方式联接。爆破距离保护物较近时采取小台阶（1.5m），单孔起爆，小规模爆破。浅孔爆破以背向铁路方向为临空面。

4.4 预裂爆破

为形成稳定平整的坡面，线路左侧路堑边坡坡比大于1：0.75的采用预裂爆破，边坡高度H为6-10m。根据《铁路路堑边坡光面（预裂）爆破技术规程》[3]，预裂爆破参数选取如下：爆破钻孔直径选用d=90mm，沿开挖面钻孔；预裂爆破的孔距：a=nd，孔距计算系数，与岩性及孔径有关，一般n取8-12；线装药密度：q=ka，其中k为预裂爆破的单位面积岩石炸药消耗量（g/m2），根据开挖区岩性，取380-580；炮孔深度：L=（H+h）/sinα；根据现场岩石坚硬情况，钻孔超深h取1.0m；预裂爆破的单孔装药量：Q1=qL；不同的台阶高度下单孔装药不同，其中10m台阶高度时单孔装药量在3.7-8.6kg；预裂炮孔钻孔前，应先测量确定边坡边线，按照边坡设计坡度在边线上钻孔，孔间距应根据岩石性质调整。预裂爆破炮孔布置示意图见图11。