臨近化學品聚集區淺埋隧道爆破控制與安全防護技術研究

2018-05-22 08:11:40程鋒

西部探礦工程 2018年5期

程鋒

（中鐵北京工程局集團第一工程有限公司，陜西渭南714000）

1 概述

隨著我國經濟的飛速發展，基礎建設的步伐也得到了大力發展。同時，也涌現出了許多長大隧道穿越山區城鎮的建設項目。為確保山區城鎮人民群眾生命財產的萬無一失，隧道的爆破施工面臨著多項嚴峻的考驗，為此，國內外許多專家學者早已開始從事這方面的研究。對于微差爆破李宏男等[1]通過理論研究及現場測試得出了減震效果最好的間隔時間。爆破飛石主要體現在對既有建（構）筑物損壞、人員傷亡和機械設備損毀等方面[2]。當山區城鎮隧道穿越化工廠等易燃易爆區域，明挖爆破產生的飛石和沖擊波將嚴重威脅著對化工廠人員和設備的安全，防明火、防震、防爆等要求將是必不可少。因此，本文以理論計算為基礎，并結合實際工程采取將露天爆破改為隧道上臺階增設套拱封閉，再進行下臺階爆破作業，有效地防止了爆破飛石，減弱爆破噪音和沖擊波以及爆破振動的影響。這些研究保證了本次工程安全順利完成，也為今后類似工程有著重要的借鑒意義。

2 工程概況與方案

2.1 工程概況

新建某鐵路隧道工程，全長728m，其中Ⅲ級圍巖335m，Ⅳ級圍巖265m，Ⅴ級圍巖66m，明洞62m。隧道DK95+156～DK95+308段從某化工有限公司左側邊緣穿過。其中，DK95+156～DK95+197段和DK95+287～DK95+308段地面低于隧道拱頂采用明挖法施工，DK95+197～DK95+287段采用暗挖法施工。DK95+193處隧道線路右線與該廠氧氟沙星生產車間最近距離為16.95m，該車間是制藥中間車間有大量的制藥設備、儀器、蒸汽管道、地下管線和小型易燃易爆儲存罐。DK15+288處化工廠一側有11個大型甲醇、甲苯、丙酮、硫酸、亞鹽酸等化工原料儲存罐和3個小型儲存罐。

2.2 特點與總體方案

2.2.1 工程特點

施工爆破點距離化工廠非常近，明挖爆破產生的飛石和沖擊波對化工廠生產影響較大，化工廠氧氟沙星車間晝夜生產要求防明火、防震，化工原料儲存罐要求防震、防爆。因此，對本段爆破作業產生的振動、飛石、沖擊波的控制提出了很高的要求。

2.2.2 總體方案

根據施工環境特點，明挖段采取將露天爆破改為隧道上臺階增設套拱封閉，再進行下臺階爆破作業，以有效地防止爆破飛石，減弱爆破噪音和沖擊波；爆破作業采取控制爆破，通過控制單響炸藥量以有效控制爆破振動。

3 控制爆破設計

3.1 質點振動安全允許速度（V）確定

保護對象所在地質點振動安全允許速度（V）是爆破振動的主要判據。對于浙江正明化工有限公司氧氟沙星高危生產場所和甲醇、丙酮等儲存罐區，質點振動安全允許速度在《爆破安全規程》中無明確規定。若確定的速度值偏高，單響炸藥量偏大，爆破振動對氧氟沙星生產場所和甲醇、丙酮等儲存罐區造成危害，后果將不堪設想；若確定的速度值偏低，假設按發電廠控制室設備V=0.5cm/s，單響炸藥量過小，爆破施工將很難進行。經過征詢浙江省爆破協會有關專家，并結合以往施工經驗，提出質點振動安全允許速度按1.5cm/s進行控制。

3.2 爆破允許藥量計算

依據《爆破安全規程》（GB6722-2011）[3]中的相關規定，爆破允許藥量按下式（1）計算。

式中：Q——炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；

R——爆破振動安全允許距離，m；

V——保護對象所在地質點振動安全允許速度，cm/s，在此取V=1.5cm/s；

K、α——與爆破點至計算保護對象間的地形，地質條件有關的系數和衰減系數，本工程地質為Ⅲ級和Ⅴ級圍巖，屬于中硬巖和軟巖，在此取K=250，a=1.8。

代入上式（1）計算成果見表1。

3.3 爆破飛石和爆破沖擊波安全距離

表1 允許藥量計算成果

通過將露天爆破改為隧道上臺階增設套拱封閉后，爆破飛石和爆破沖擊波均被有效控制在隧道內，不再對化工廠造成影響。

4 開挖爆破設計與振動監測

4.1 暗洞爆破設計

（1）暗洞部分首先在軌面以上超前2m，開挖一個寬4.5m，高4.25m的導洞。循環進尺2.0m（按距保護目標35m計），最大一段齊爆藥量按實際允許值控制，炸藥平均單耗1.33kg/m3；若距保護目標小于35m，通過減小循環進尺、減小孔深和單孔裝藥量以控制最大一段齊爆藥量調整爆破設計[4]，以達到保護化工廠安全的目標。具體爆破設計參數見表2。

表2 暗洞開挖導洞爆破設計參數

（2）導洞開挖后再分兩部依次開挖至設計輪廓線。循環進尺2.0m（按距保護目標35m計），最大一段齊爆藥量按實際允許值控制，炸藥平均單耗1.33kg/m3；若距保護目標小于35m，通過減小循環進尺、減小孔深、單孔裝藥量和增加分部開挖以控制最大一段齊爆藥量調整爆破設計，以達到保護化工廠安全的目標。具體爆破設計參數見表3。

4.2 明轉暗爆破設計

明挖段首先采用機械挖除隧道上臺階土方，施工明洞套拱，再分兩臺階進行爆破作業。由于明挖段距離化工廠很近，每個臺階均采取垂直孔掏中槽、水平孔挖馬口的方式進行爆破設計。循環進尺2.0m（按距保護目標20m計），最大一段齊爆藥量按實際允許值控制，炸藥平均單耗1.33kg/m3，馬口左右兩側分別起爆。若距保護目標小于20m，通過減小循環進尺、減小孔深和單孔裝藥量以控制最大一段齊爆藥量調整爆破設計，以達到保護化工廠安全的目標。具體爆破設計參數見表4。