淺談復雜條件下鐵路復線路塹石方爆破設計與施工

摘要：朔黃鐵路擴能改造工程西柏坡車站K242+700-K243+

950段咽喉區石質路塹爆破擴塹開挖由于緊臨既有電氣化鐵路，受施工現場環境與地質情況的限制，如何安全、快速地完成施工是本車站新線能否如期開通，能否及時擴大運能滿足生產需要的關鍵。根據既有鐵路施工特點，既要確保火車運行安全、又要滿足進度要求，在借鑒衡廣、株六、寶成、神朔、襄渝等復線石方施工成功經驗后，擬定采用爆破松動、機械輔助開挖的方案。此方案能否順利實施的關鍵是爆破作業設計與施工。

關鍵詞：鐵路 復線 石方爆破 設計 施工

1 工程概況

1.1 工程環境簡介。朔黃鐵路擴能改造工程K242+

700～K243+950段石質路塹位于西柏坡車站東咽喉區既有線路南北兩側。最大開挖高度19m，最大開挖寬度14.5m，開挖爆破石方量約為11萬m3。周圍大面積為田地，只有臨時建筑，沒有村莊及學校等永久建筑物。爆破開挖緊鄰既有鐵路，山體距離既有鐵路接觸網支柱最近點約為1m，且邊坡兩側地上地下均分布有電力機車高壓線、鐵路貫通自閉線以及車站給水管道，既有邊坡坡率1：0.5～1：0.75，既有坡底線與既有鐵路中心線約為3m左右。既有線機車運營時間間隔僅有6至8分鐘，行車密度巨大，安全要求極高，加大了施工難度。開挖爆破巖體多為白云巖、線粒巖，呈灰褐色，以次堅石為主，北側巖體土夾石且大孤石較多，石質堅硬，地形復雜，且分布不連續。

1.2 工程的特點及難點。朔黃線運輸繁忙，列車運營間隔僅6至8分鐘，行車密度大，要求爆破不能危及運輸安全、中斷運輸，否則后果不堪設想；每周暫停天窗時間僅有8個小時，有效施工時間短；現場施工環境極其復雜，上有朔黃自閉、貫通線，下部近鄰既有朔黃電氣化鐵路線，施工技術難度大；南北兩側工作面少，施工現場狹窄，給爆破開挖增加了很大的困難；為了確保既有線電氣化鐵路安全，防止飛石、滾石及既有線路、既有設備的安全一般需要搭設堅固安全的全封閉靠壁式防護排架。

2 方案的選定

本著安全、合理、高效的布置原則，并結合本工程實際情況，采用從山頂向下，北側縱向利用坡頂與征地界限間約6m寬的空間作為貫通便道，南側利用既有鄉村機耕道擴寬作為出渣便道，保證南北兩側同時開挖的總體施工方案。

根據本工程臨近既有鐵路的特點，我們擬定松動控制爆破、機械輔助破碎與開挖施工的總體原則。根據實際爆破情況，備足破碎與開挖機械，最大化的減少爆破數量，確保施工安全。

施工順序如下：施工準備、方案報批、材料進場——清平場地——防護排架搭建——爆破施工——石渣清運。

2.1 對機械開挖施工的要求 最大化利用工作面、配足機械設備及勞動力，加班加點全天時作業，保證工期。

2.2 對爆破開挖的要求 貫徹“施工服從運營，進度服從安全”的原則，起爆后邊坡應平滑整齊且保持長期穩定。選擇原則具體如下：

爆破方案選擇原則：松動控制爆破，做到“寧裂勿散、寧散勿飛”的爆破破碎標準。用不同方向上的抵抗線和起爆順序控制巖石位移方向。有條件的地段使用邊坡預裂爆破，確保邊坡質量。

防護方案選擇原則：搭設必要排架與覆蓋炮被，結合邊坡預留隔墻的防護措施，控制爆破飛石、滾石。

安全方案選擇原則：嚴格按照鐵道部及朔黃鐵路公司相關規定執行，杜絕一切施工重大傷亡事故、一般以上行車責任事故的發生，確保朔黃鐵路正常運營。做到“四個必須”，即必須確保電氣化鐵路接觸網的安全；必須確保既有鐵路的安全；必須確保行車的安全；必須確保行車正常運行。

2.3 對既有電氣化鐵路安全防護的選擇 由于采用傳統全封閉式靠壁排架防護需要消耗大量的人力、物力與時間，且北側既有鐵路及其設備離既有邊坡底最小距離不足1m，既有坡腳正上方即為接觸網電纜線，無傳統大型排架搭設的空間。借鑒和采用某單位2005年在西柏坡電廠三期鐵路專用線施工積累的經驗和科技成果，放棄使用傳統的大型防護排架。對本段爆破施工防護采取既有水溝外側搭設防滾石的必要低層排架以及多覆蓋防飛石的多層炮被，結合預留邊坡隔墻的方法進行多層防護。

2.4 爆破方法的選擇 由于此段路塹緊鄰既有電氣化鐵路，線間距小，兩側均布有接觸網柱和回流線。工點邊坡陡峻，場地狹窄，邊坡較高，施工條件十分困難，無法采用大規模施工方法。同時地質條件復雜，巖性變化較大。為確保爆破安全，根據工程特點，選取多循環、小規模、小孔距的淺孔松動控制爆破方案，其特點“淺打眼、密布孔、少裝藥、強覆蓋、間隔微差，逐排逐層地爆破挖除”。對不同部位選取不同的爆破參數和裝藥結構。

3 爆破設計

3.1 爆破設計原則 為確保爆破施工安全，減少對既有電氣化鐵路行車的干擾，根據工程地質條件與周圍環境特點，總體選擇多循環、小規模、多工作面、機械開挖結合淺孔松動控制爆破開挖方案，采用多打孔少裝藥、多采用機械盡量少用爆破的原則，做好防護，嚴格控制飛石、滾石出現。石方開挖采取兩側同時沿線路縱向逐層推進施工，各工序平行而互不干擾，以加快進度。外側預留1m至2m厚石方隔墻，先內側拉槽，后外側自上而下逐層施工，最后隔墻用機械定向向內側開挖傾塌挖除。

3.2 爆破工藝流程 爆破設計——施工準備——清除表層覆蓋物，平整場地——測量放線，布設炮孔——鉆孔——提出要點計劃、計算單孔藥量——確定起爆網絡——裝藥、堵塞、裝藥記錄——聯接起爆網絡——覆蓋炮被——警戒——起爆——檢查既有線，清理作業面——解除警戒，消點——分析爆破效果，進入下一爆破循環。

3.3 爆破開挖方法及順序 根據待挖山體形狀及地形特征，結合爆破方案，我們將開挖山體劃分為兩個部分：

距離既有鐵路邊坡頂1m至2m范圍以外至設計邊坡頂之間的山體為一部分，此部分為一般淺孔松動控制爆破區，采用先爆破后挖除。

既有鐵路邊坡頂1m至2m寬預留做防護隔墻的山體為一部分。此部分采用機械鑿除開挖。

開挖順序為：先挖除一般淺孔松動控制爆破區的石方，然后機械挖除隔墻石方，分臺階下挖山體，完成施工。

3.4 爆破設計 根據現場實際情況，確保工程萬無一失，該工程爆破采用多種形式爆破（見圖1爆破形式裝藥示意圖），即：預裂爆破、淺孔松動控制爆破。

3.5 爆破安全設計 本工程的爆破有害效應主要是地震波和飛石，以下對此進行檢算：

3.5.1 爆破震動速度。根據薩道夫斯基公式V=K（Q1/3/R）a

式中：V——爆破振動速度（cm/s）

K——與傳播介質有關的參數100～150，取K=150

R——爆點距離與觀察點的距離（m），R取30m

a——爆破指數1.5～2.0取a=1.5

Q——一次最大起爆藥量，6kg

得：V=K（Q1/3/R）a=2.24cm/s

根據現場附近無民房等永久性建筑的實際情況，按照工程計算符合安全要求。

3.5.2 個別飛石飛散距離。施工嚴格按照施工方法，加強防護措施，杜絕飛石產生，確保爆破及線路安全。采用公式Rf=20n2WKf。

式中：Rf——個別飛石的飛散距離，m

n——最大藥包爆破作用指數值，n取1m

W——最大藥包最小抵抗線，m

Kf——安全系數。一般取1.0～1.5，取1.5

個別飛石飛散距離：Rf=20n2WKf=30m。村莊距爆破現場遠大于30m，可以不考慮飛石對人的影響，但本工程緊鄰運營線路，絕對杜絕飛石出現，因此要采取表面覆蓋炮被與搭設必要低層排架的措施嚴格杜絕飛石、滾石出現，根據列車運行情況做好安全警戒。

4 爆破施工及效果分析

4.1 試爆 從第一次試爆的6個預裂炮孔和19個淺孔松動炮孔的現場情況看，起爆后只見硝煙升起，并無飛石、滾石產生，爆破覆蓋物也無損壞，巖石表面松動破碎，巖體開挖邊坡線有開裂的現象，整體無位移痕跡，開挖后半孔成孔率較好，整體爆破的效果也和預期一樣。

4.2 預裂爆破 由于本段工程北側地質土夾石，放棄使用預裂爆破。南側K243+450～+550段石質較好，整體性強，開挖寬度大于12m，高度8m至16m，該段實施了6次預裂爆破，效果比較理想。

4.3 淺孔松動控制爆破 淺孔松動是由上而下逐層進行控制爆破的開挖方法，是本工程南北側路塹開挖主要采取的爆破方法。

4.3.1 淺孔松動控制爆破參數。各參數指標應符合表1規定范圍內。

4.3.2 炮孔布置。依據設計要求準確定位炮孔位置，孔位要避免在巖石被震松，節理發育或巖性變化大的地方，遇到此類情況可以調整為空位。調整時要注意抵抗線、間距和排距之間的關系，鉆好孔后，立即用廢紙或其他的材料堵好炮孔。

鉆孔的好壞是保證邊坡是否光滑平整的關鍵條件，在驗收鉆炮孔時，一定要以達到“準、正、平、直、齊”的要求驗收。“準”指鉆孔要準確地鉆在設計的孔位上。“正”指鉆孔方向要正確，不能斜，“平”指各炮應互相平行，“直”指各孔要鉆的直，不能曲折；“齊”指各孔均要鉆到設計的深度，孔底應落在同一平面上，孔深按標高要求適量超深尺度，為了達到這些要求，我們在施工中要求鉆工必須是具備一年以上的鉆孔經歷并在鉆孔施工中能夠高度認真負責的熟練工。

4.3.3 裝藥和堵塞。對鉆好的炮孔認真地檢查并驗收合格后，即可以進行裝藥工序，裝藥時一定要按照預先算好的每個炮孔的藥量裝填，要防止起爆藥包與雷管在裝藥的過程中脫接，炮孔中放入起爆藥包后，不能用炮棍使勁搗壓起爆藥包，防止將導爆管擠斷。裝藥密度要適中，裝藥過程中用炮棍稍稍壓緊炸藥，以增加裝藥密度，加強爆破威力。回填堵塞的填料宜選取有一定濕度的粘土，分層回填，并注意保護孔中的導爆管不要碰損。

4.3.4 起爆網路。起爆網路連接以兩人為宜，從起爆的終點至始點逐組綁扎孔外雷管，孔外雷管處壓一小石塊或噴涂油漆做為明顯標記。

4.3.5 爆破施工防護。在既有電氣化鐵路旁進行石方爆破開挖，除采用合理的控制爆破技術外，還要加強防護，主要控制飛石和防止因爆破震動而引發的滾石。為保證既有鐵路行車安全，必須做好防護工作，我單位在施工的時間一直有選派經驗豐富、認真負責的專人駐站。

爆破飛石是威脅既有鐵路、電氣化設備、接觸網支柱的主要因素，為防止爆破飛石，在每次爆破作業中，被爆巖體表面始終覆蓋利用廢舊輪胎帶編織的炮被進行防護。

4.3.6 “要點”及安全警戒。起爆前一切工作就緒后，通過駐站聯絡人員向車站“要點”，在確定給點前5min，人員及機械設備撤至安全區，安全警戒崗哨人員到位警戒，封鎖既有線路，并準備必要的搶修工具和一定數量的搶修人員。

5 防護措施

電氣化既有鐵路擴塹工程，保證行車與接觸網的安全是施工的首要前提，這就要求除了在爆破技術方面做嚴格的要求外，還要有充足的防護措施以保證安全施工。目前國內在既有鐵路擴塹開挖施工中主要采用的安全防護技術包括覆蓋防護、全封閉靠壁式防護排架、鋼軌排架搭建防護擋墻等。或采取爆破面彈性防護材料：大布魯克網、小布魯克網、竹排等防護措施。

按照鐵道部有關規定，該工程應搭設全封閉靠壁式雙層防護排架。搭設材料：24kg/m鋼軌、圓木、竹排、？準15mm鋼絲繩、錨桿、水泥砂漿、鋼管。一個工作面完成后，鋼管排架隨著平臺向邊坡下部移動。根據目前市場價格，每100m2需要人民幣13000元，本工程南北兩側共計開挖長度2400m，平均防護高度8m，預計應搭建雙防護排架19200m2，合計人民幣249.6萬元。

采用全封閉靠壁式排架防護，雖然對保障既有鐵路安全有很大的作用，但排架成本高，工序繁瑣，且北側既有鐵路及其設備離既有邊坡底最小距離不足1m，既有坡腳正上方即為接觸網電纜線，無傳統大型排架搭設的空間。這些因素無疑給本工程施工帶來了很大的困擾，如果取消全封閉靠壁式排架將為施工帶來很大的便利和經濟效益。因此，我們大膽地確定了以預留石方“隔墻”、覆蓋“炮被”與邊坡底搭設2m鋼管排架“攔石網”的方式代替全封閉靠壁式排架防護的施工方案，并經河北省爆破協會專家組論證同意。

6 技術經濟指標分析

本工程取得技術經濟指標如下：①單位耗藥量：0.2～0.5kg/m3。②準爆率98.5%以上。③平均工效達791m3/d。④炮孔效率為1.54m3/m。⑤預裂爆破保留半眼率80%以上。⑥機械化程度高達99%。⑦安全防護措施節省費用221萬元。

7 結束語

①朔黃鐵路擴能改造工程K242+700～K243+950段石質路塹控制爆破的實踐證明，對于石方緊臨既有電氣化鐵路，周圍環境復雜，對安全、工期要求極高的爆破工程，采用邊坡預裂爆破與淺孔松動控制爆破法是可行的，不僅可以滿足以上要求，而且經濟效益和社會效益顯著。②實踐證明，采用“淺打眼、密布孔、少裝藥、強覆蓋、間隔微差，逐排逐層地爆破挖除”技術有效地控制了爆破震動效應，飛石的產生。③對于地質情況多變的石方，采用不同的炸藥單耗，不僅可以確保安全，也有利于快速高效的開挖施工。④實現了在與既有電氣化鐵路幾乎零距離的復雜環境下，取消傳統大型防護排架的控制爆破作業，且有效地確保了既有電氣化鐵路的營運安全。實踐證明，充分利用既有鐵路原有邊坡做為爆破作業的臨時石方“隔墻”與設置全施工地段低層排架“攔石網”的防護措施經濟有效。這一創新不但加快了施工進度，而且安全更有保障，值得在類似施工中推廣。

參考文獻：

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[2]江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社.

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