臨近既有鐵路路塹控制爆破施工技術

劉長義

1 工程概況

成綿樂客運專線DK11+170.556～DK11+746.154段為臨近既有鐵路的高路塹土石方開挖工程,全長575.598 m,路塹設計寬度21 m。設計挖方量約55萬m3,其中石方40萬m3,土方15萬m3。該工程位于林地范圍,周圍300 m范圍內無建筑物,右側為寶成線和地方公路,路塹外邊線距既有線外側距離為15 m～70 m。路塹分1級～5級臺階開挖,每6 m～8 m分一級臺階,總開挖高度6 m～40 m,開挖寬度8 m～50 m。地質情況從上至下分別為:山體表面植被茂盛,表層為全風化的W4粉質黏土夾個別孤石,中層為強風化的W3泥巖夾砂巖,底層為弱風化的W2砂巖。路塹開挖方式為:多數土質地段采用機械開挖,局部石質地段需采用爆破結合機械方式開挖,為防止新線路施工時對既有運營線路造成影響,需采用必要的防護措施施工。

2 控制爆破方案設計

2.1 淺眼小臺階微差松動控爆設計

DK11+170～DK11+184段長14 m,該段采用“預留隔墻臺階爆破法”進行開挖,同時在爆體頂部采用重型覆蓋防止頂部飛石;在邊坡和主爆區分別采用預裂爆破和“不對稱逐孔微差起爆網絡技術”等爆破減震技術對爆破地震波進行有效控制。

2.1.1 爆破順序和臺階布設

山體由上至下逐層開挖,每層2 m～3 m,爆破時,為了保證邊坡穩定,邊坡采用預裂爆破技術,沿邊坡線爆破開一條防震縫,然后再爆破主爆體。第一層主爆體爆破時,靠既有線一側留2 m～3 m寬的巖體不爆,作為中部主爆體爆破的“隔墻”,待下一層主爆孔爆破時,再在“隔墻”中部布一排豎直密眼爆除其高度的一部分,使隔墻始終保持比主爆體高1.5 m～2.0 m左右(強風化地段不需爆破,可用機械直接挖除)。每次爆破順線路方向布設2排～3排孔,臺階及炮眼布設見圖1。

2.1.2 孔網參數

表1 預留隔墻臺階爆破參數

由于臺階靠既有線一側留有隔墻,臺階內部的石方由于有隔墻作屏障,可采用適中孔網參數的縱向多排微差爆破方法。施工中主爆體和隔墻具體孔網參數見表1。

2.1.3 藥量計算

1)主爆孔單孔藥量:Q=q·a·b·H。

其中,q=1.1q1;H=0.8L～0.9L。

2)隔墻單孔裝藥量:Q=q·b·(B/2)·H。

其中,H為臺階高度,m;B為隔墻厚度,m;q=0.7q1。

3)邊坡預裂孔裝藥量:Q=q線·L。

其中,q線為線裝藥量,q線=0.2 kg/m～0.3 kg/m;L為孔深,m。

2.1.4 裝藥結構和堵塞長度

臺階中部主爆孔采用底部連續裝藥;邊坡孔和隔墻采用間隔裝藥。主爆孔堵塞長度為1.2 m～1.3 m,邊坡孔和隔墻孔為0.6 m～0.8 m。

2.1.5 起爆網路

起爆順序為:邊坡孔先爆,預裂開一條防震縫后,其余炮孔采用“梯形排間微差起爆網路”再起爆。

2.2 深孔高臺階微差松動控爆設計

DK11+184～DK11+415段長231 m,開挖寬度大于10 m,采用深孔高臺階微差松動控制爆破法,鉆孔直徑為76 mm和100 mm,一般開挖深度控制在8 m～10 m,最小不小于5 m。為確保爆破后邊坡的穩定,邊坡采用光面爆破技術。

2.2.1 爆破參數設計

1)首排抵抗線w的確定。

根據以往類似工程的實踐經驗,當梯段高度大于70倍孔徑時,首排抵抗線w可取30φ～35φ。鉆孔直徑76 mm時,w=30φ=2.3 m;鉆孔直徑 100 mm時,w=30φ=3.0 m。

2)孔排距b的確定。

φ=76 mm時,b=2.0 m;φ=100 mm 時,b=2.6 m。

3)孔間距a的確定。

φ=76 mm時,a=2.7 m;φ=100 mm時,a=3.5 m。

4)超深h1。

φ=76 mm時,h1=0.35 mm;φ=100 mm時,h1=0.45 m。

5)孔深L。

6)堵塞長度h0。

2.2.2 光面爆破裝藥參數設計

光面爆破采用φ 76 mm鉆孔,沿邊坡線布設光爆孔,鉆孔斜度與邊坡坡度一致,鉆孔深度等于邊坡長度。炮眼密集系數m=0.8,孔間距a=15φ,裝藥量根據爆破體積單耗確定,單耗q=0.3 kg/m3。光爆孔采用不耦合間隔裝藥結構,堵長h0與孔間距相等,孔底加強裝藥。光爆孔主要設計參數見表2。

表2 光爆孔主要設計參數表

2.2.3 起爆網路設計

采用非電導爆管起爆網路,所有深孔爆破均采用復式閉合網路,每個起爆體設置2發同段非電毫秒雷管。

深孔梯段炮孔一次起爆3排～5排,采用V形或波浪形爆方式,由允許振動速度推算的允許最大一段或一次起爆藥量(見安全及防護措施),控制單段雷管引爆的鉆孔數量,當單孔裝藥量大于允許單響裝藥量時采取孔內微差起爆技術控制單響藥量,孔內微差時不同起爆段間用砂土間隔,間隔長度0.5 m～1.0 m。

光爆孔在主爆孔起爆完后起爆,在震動允許的條件下所有光爆孔最好同段起爆,一般光爆孔同一個段的起爆孔數不得少于5個。

3 安全防護措施

1)加強堵塞,保證堵塞長度和質量,深孔爆破孔口用砂包防護。

2)淺眼或孤石爆破采用廢舊輪胎編織的“炮被”或砂袋覆蓋爆破體。

3)利用山包或爆破預留隔墻進行防護不具備以上兩條件時可在既有鐵路及公路側開挖線2 m～3 m外塹頂設置直立式鋼管防護排架。搭設方法為:在擴塹既有線側架設鋼管排架,排架高5 m～6 m,一次搭設長度30 m～50 m,隨路塹開挖進行倒用,豎向鋼管間距1 m,橫向鋼管間距1.2 m,排架靠坡面部分每個鋼管結點用錨桿錨固于坡面上,高出塹頂部分用鋼絲繩拉于坡面或地錨固定,并在鋼管內側綁扎竹夾板封閉。

4 爆破效果分析及結論

1)通過選取合理的孔網參數、裝藥結構和起爆網路,能夠有效地控制爆破振動和飛石等,為實現復雜環境下鐵路路塹開挖的快速、安全施工奠定基礎;2)預裂爆破技術的應用降低了爆破震動,保護了邊坡的穩定性和滿足了工程中對平整度的高標準要求,但是在施工中,必須充分重視高精度的鉆孔工藝的實施,這是更好實施預裂爆破技術的前提和基礎。

5 結語

臨近既有鐵路進行新線擴塹石方爆破施工,遇到的最大技術難題是如何控制飛石和渣堆坍落方向,防止爆渣滾落時損壞既有線設施,中斷行車。結合工程實際情況,總結得出一套適應既有線高邊坡作業的控制爆破施工方法,不但保證了既有線的正常運營,而且提高了工效,加快了施工進度,在邊坡穩定和平整等方面效果良好,光面爆破成孔率達85%以上。

[1]張建軍.淺談光面預裂爆破在縣鄉山區公路中的應用[J].山西建筑,2008,34(24):286-287.