桐子林隧道上跨既有鐵路隧道爆破施工技術

趙 林

（中鐵四局集團 城市軌道交通工程分公司，安徽 合肥230000）

1 工程概況

桐子林隧道位于新建蘭渝鐵路重慶境內，為雙線鐵路隧道，起訖里程為DK920+980～DK923+491，全長2511m。

桐子林隧道第一次于DK922+918 上跨既有遂渝線桐子林隧道，對應里程K126+160， 上跨時既有鐵路隧道拱頂至蘭渝線桐子林隧道隧底凈距最小處為6.78m，如右圖所示。

桐子林隧道第二次于DK923+039 上跨黃井聯絡線既有桐子林隧道，對應里程為K126+280，上跨時既有線鐵路隧道拱頂至蘭渝線桐子林隧道隧底凈距最小處為5.31m，如圖1 所示。

圖1

2 總體施工措施

2.1 對既有隧道影響段進行地質雷達掃描， 以便上跨施工前掌握既有設備狀態；

2.2 新建隧道采用控制爆破開挖，嚴格控制裝藥量和循環進尺，并對既有隧道進行振速監測，最大限度的減小對既有線隧道的影響。

2.3 根據監測數據，若爆破振速不能滿足設計要求時，采用人工配合機械開挖。

2.4 及時施作仰拱及二襯，使隧道盡早閉合成環，形成整體受力。

3 爆破施工方法

3.1 振動安全控制基準要求

新建隧道與既有隧道之間的最小凈間距分別為6.78m 和5.31m，為確保既有隧道的安全，將安全振動允許速度值定為V≤5cm/s。

3.2 爆破方案選擇

3.2.1 爆破技術要求

①爆破產生的震動不能對既有隧道襯砌產生破壞效應；

②爆破飛石必須控制在安全范圍內，確保人員和設備安全；

③確保電力通信設施的絕對安全。

3.2.2 爆破方案的確定

圖2

鑒于新舊隧道間距較小，從振動安全角度考慮，結合既有隧道襯砌的實際狀況，結合專家組對既有隧道的風險評估意見，隧道施工采用兩臺階法開挖，整個斷面的分四區掘進、淺眼多循環、微差控制爆破方案，如圖2 所示。

3.2.3 爆破分區及開挖順序

綜合考慮控制爆破震動的要求，新建雙線隧道的開挖按圖2 所示的順序：

①第一階段先行開挖上臺階的①部超前小導洞，高度、寬度均為4.0m， 為增加臨空面， 并于掏槽眼中部施鉆2 個直徑Φ108mm 的空洞，以減小爆破震動影響。

②第二階段利用①部超前小導洞創造的臨空面，控爆開挖上臺階的②部，臺階高度7.35m。

③第三階段開挖③部和④部，臺階高度分別為3m 和2.1m。

④上臺階小導洞開挖應超前②部5m 以上。

3.3 主要鉆孔設備及爆破器材選擇

3.3.1 鑿巖機具的選取根據選取的爆破方案，隧道爆破鉆孔機具采取YT28 型氣腿式鑿巖機，Ф42mm 直徑的鉆頭鉆孔。

3.3.2 爆破器材的選取

根據爆破規模及巖石特性， 選用2 號巖石炸藥作為主起爆藥，非電導爆雷管起爆。

3.4 爆破技術設計

3.4.1 根據上跨影響段新建隧道距離既有隧道的凈距不同，分為兩種凈距進行爆破設計：

最小凈距5.31～10m 時，循環進尺0.8m（上跨遂渝線時為6.78m，亦采用此設計），對應新建隧道里程為：DK922+848～DK923+105（長257m）。

最小凈距10m 以上，20m 以下時，循環進尺1.6m，對應新建隧道里程為DK922+800～848、DK923+105～200（兩段共長143m）。

3.4.2 掏槽形式的確定

根據楔形掏槽具有掏槽效果好、能為輔助眼爆破創造較好的臨空面、可以減少輔助眼爆破時的震動強度等特點，同時結合本隧道的地質條件、開挖方法以及機械設備和工人的技術水平，決定采用楔形掏槽。 為減少掏槽孔爆破震動對既有隧道的影響，將掏槽孔的位置布置在離既有隧道較遠的上臺階內。

3.4.3 最大分段裝藥量

由于在不同爆破條件下， 介質系數和震動衰減系數k、α 值相差很大，因此在爆破設計的初始階段很難確定k、α 的合理取值。 由爆破振動速度現場監測值、爆心距、最大分段裝藥量回歸出的k、α 值，由薩道夫斯基的爆破振動速度公式可得最大分段藥量，公式：

Q=R3·([v]/k)3/a

式中，Q——最大分段裝藥量，kg；齊發爆破時為總裝藥量，微差爆破時為最大分段裝藥量；

[v]——爆破安全振動速度，[v]=5cm/s；

R——爆心距，m；

各臺階距遂渝線既有隧道的最小凈距分別是：仰拱5.31m；下臺階7.41m；上臺階及超前小導洞10.41m；凈距10m 時上臺階為15.1m。

各臺階距黃井聯絡線既有隧道的最小凈距分別是： 仰拱6.78m；下臺階8.88m； 上臺階及超前小導洞11.88m； 凈距10m 時上臺階為15.1m。

k、α 是與巖石性質、地質條件、爆破規模等綜合因素有關的系數。根據類似工程數據及經驗可初選k、α 值為k=121、α=1.7。 將k、α、[v]的值代入式中得：

Q=0.003614R3

在新、 舊隧道間距范圍內， 取不同的爆心距R 的值代入上式計算，所得不同爆心距下的最大分段裝藥量如下：

表1 各種距離最大分段裝藥量計算

由上表可知: 隨著新舊隧道凈距的加大， 在保證爆破振速小于5cm/s 的前提下，一次性分段最大裝藥量也在加大，在新隧道跨越既有隧道的影響段范圍內，各臺階均采用控制爆破，下面的設計即以上跨影響段為例進行。

3.4.4 爆破循環進尺

為減小新建隧道對既有隧道的震動危害， 須對爆破進尺進行控制。 根據本隧道上跨段所處的IV 級圍巖狀況和全環鋼架支護間距參數，確定凈距小于10m 時爆破循環進尺為0.8m，大于10m 時爆破循環進尺為1.6m。

3.4.5 爆破參數

①掏槽孔的布置。 楔形掏槽時掏槽孔與開挖面成一定角度，角度較小時爆破效果較好，但鉆孔困難且影響輔助孔的布置；角度大，炮孔深度大， 掏槽效果差。 考慮到循環進尺較小， 將掏槽孔的角度取為76°。 掏槽孔的深度要比循環進尺適當加深至1.2m 和2m。

②輔助孔的布置。輔助孔的布置主要是確定炮孔間距和最小抵抗線，這兩個參數應根據巖石的堅硬程度和孔深來確定，根據圍巖的具體情況、 炮孔的不同分區， 取孔深為0.8m 和1.6m， 孔間距為0.8～1.0m。

③周邊孔的布置。工程實際中，為形成光滑的輪廓面，光爆孔間距a 光一般取得較小，考慮到圍巖為Ⅳ級，取a 光=0.5m。 光爆孔的最小抵抗線W 光=(1.0～1.5)a 光，取W 光=0.5～0.7m。

3.4.6 炮孔裝藥量計算

Q=K·W·a·h

式中，K——單位耗藥量，取K=0.5～1.0kg/m3；

a——炮孔間距，m；

W——最小抵抗線，m；

h——炮孔深度，m。

表2 上臺階①超前小導洞掘進爆破參數表（循環進尺0.8m）

表3 上臺階②部掘進爆破參數表（循環進尺0.8m）

表4 上臺階①超前小導洞掘進爆破參數表（循環進尺1.6m）

3.4.7 起爆方式及網路設計

起爆方式采用非電起爆系統， 起爆器材選用非電毫秒延期雷管，爆破網路設計時，按1～15 段設計。 起爆順序為：掏槽孔→輔助孔→底板孔→邊墻周邊孔→拱部周邊孔，其中輔助孔按先內后外的順序逐排起爆。

起爆網絡的聯結采用： 火雷管—導爆管—導爆管雷管的起爆網絡。 為了保證后起爆的網絡不被先起爆的炸斷，設計采用孔內微差的起爆網絡。 各炮孔內采用非電毫秒雷管微差起爆，不但控制同段起爆的最大藥量，又能有效地控制每段雷管間的起爆時間，使爆破震動波不疊加。 這樣既能保證巖石破碎達到理想爆破效果，又能消除爆破震動的有害效應。

表5 上臺階②部掘進爆破參數表（循環進尺1.6m）

3.4.8 裝藥結構

循環進尺0.8m 時周邊眼及掏槽眼、 輔助眼裝藥結構均采用柱狀裝藥，藥卷裝至孔底；循環進尺1.6m 時周邊眼及輔助眼裝藥結構均采用間隔裝藥。

4 爆破減震控制措施

4.1 控制最大一段藥量和單孔藥量

以既有隧道至爆源中心的距離R 為安全控制半徑， 以質點振速限值[v]=5cm/s 為控制標準，通過反算各開挖部分允許的最大一段藥量。 炮孔按淺、密原則布置，控制單孔藥量，使一次爆破的藥量均勻地分布在被爆巖體中，同時采用毫秒雷管進行微差爆破，以減小爆破地震動強度。

4.2 采用合理的減震掏槽形式

楔形掏槽具有掏槽效果好、能為輔助眼爆破創造較好的臨空面等特點，可以減少輔助眼爆破時的震動強度，本項目采用楔形掏槽。

5 結論

5.1 上跨既有鐵路運營線隧道施工的隧道是極高風險施工， 確保運營線的安全是新建隧道施工的關鍵，“安全第一，預防為主”的方針貫穿整個隧道爆破設計、施工全過程。

5.2 爆破參數需根據初步設計經現場爆破檢測后不斷調整確定；通過不斷分析研究探索，多次調整施工工藝、爆破參數、支護參數等，采用多種綜合技術，探索出了適合該類型隧道爆破施工的方法，確保了施工安全。

5.3 不論如何好的爆破設計和施工方法， 既有線施工必須遵照營業線施工“八不準”制度。

［1］中華人民共和國行業標準.TZ204-2008 鐵路隧道工程施工技術指南[S].北京：中國鐵道出版社，2008.

［2］中華人民共和國國家標準.GB6722-2003 爆破安全規程[S].中國工程爆破協會，2008.

［3］中華人民共和國行業標準.TB10121-2007 鐵路隧道監控量測技術規程[S]. 北京：中國鐵道出版社，2007.

［4］陶頌霖.爆破工程[M].冶金工業出版社：1982.

［5］成都鐵路局.成鐵運［2008］78 號 成都鐵路局營業線施工安全管理實施細則[Z].2008.

［6］中華人民共和國鐵道部.鐵辦［2008］190 號 鐵路營業線施工安全管理辦法[Z].2008.