隧道鄰近既有高鐵控制爆破施工安全技術分析

郭海滿

摘 要 鐵路運輸是我國最重要的運輸方式之一，隨著國內(nèi)鐵路建設高速發(fā)展，涉及既有高鐵施工項目逐年增加，擴建及新建鐵路交叉或鄰近營業(yè)線施工已無可避免，通過對鄰近既有線控制爆破安全技術的研究，可保證施工過程中既有隧道運營的安全。本文以新建浦城至梅州鐵路武調(diào)隧道和疏解線武調(diào)1號隧道為例，通過對隧道鄰近既有高鐵控制爆破施工安全技術分析總結(jié)，給類似鄰近高鐵爆破工程施工提供有效參考。

關鍵詞 鄰近既有線;小凈距;控制爆破;自動監(jiān)測

1工程概況

新建浦城至梅州鐵路武調(diào)隧道和疏解線武調(diào)1號隧道分別位于既有昌福鐵路武調(diào)一號隧道的左右側(cè)，武調(diào)隧道全長3300米，疏解線武調(diào)1號隧道1068米，主要圍巖為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，均為時速160公里/小時客貨共運單線鐵路隧道[1]。新建隧道與既有隧道的襯砌凈間距為3.31米～800米，斷面面積為47～65㎡，隧道進口距離建寧北站中心約700米。既有昌福鐵路為客貨共線雙線鐵路，客運時速200公里/小時，貨運時速120公里/小時。設計隧道爆破施工振速不大于2cm/s。

2技術難點

新建隧道與既有昌福鐵路隧道距離小，新建武調(diào)隧道與既有隧道最小凈距為3.31m，新建疏解線武調(diào)1號隧道與既有隧道最小凈距為3.03m。隧道正常爆破時，爆炸產(chǎn)物強烈的壓縮鄰近的空氣，使其壓力、密度、溫度突然升高，形成空氣沖擊波，容易引起既有線隧道襯砌變形、結(jié)構(gòu)位移、異物掉落、軌道幾何狀態(tài)位移、接觸網(wǎng)設備移位。同時，新建隧道圍巖自穩(wěn)性差、富水量較大，洞口段埋深淺，易坍塌，容易導致既有隧道偏壓變形，影響運營安全。安全技術難點在于控制爆破施工方案和監(jiān)控方案必須同時確保新建隧道施工安全和鄰近既有線高鐵隧道正常運營安全[2]。

3安全、技術措施

根據(jù)南昌局集團公司有關安全管理要求，按照“早預報、管超前、少擾動、短進尺、嚴注漿、快封閉、弱爆破、勤量測、緊襯砌”的原則，嚴格控制進尺，采用精準控制爆破，優(yōu)化施工工藝，減少大藥量爆破施工對圍巖的擾動，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，模擬計算爆破振速與裝藥量的關系（V=爆破振速計算，組織專家評估，制定了“100米線間距以內(nèi)（天窗點爆破）爆破振速小于2.0cm/s，大于100米線間距（天窗點外爆破）爆破振速小于1cm/s”的爆破振速控制指標，不同圍巖等級分別在天窗點內(nèi)組織試爆，并總結(jié)調(diào)整優(yōu)化爆破參數(shù)后再持續(xù)施工，達到控制爆破振動的目的，確保既有隧道安全。

同時在既有隧道內(nèi)裝設監(jiān)控設備，對隧道結(jié)構(gòu)的位移、爆破振動、隧道結(jié)構(gòu)的應力、軌道幾何狀態(tài)等進行監(jiān)測分析，判斷爆破施工對既有隧道產(chǎn)生的影響，及時調(diào)整施工方案，確保安全。

3.1 施工總體方案

根據(jù)對爆破振速的測算結(jié)果，按照新建隧道與既有隧道垂直距離將隧道施工分為4個段落，分別制定專項施工方案。具體如下：

（1）鄰近既有線距離3.0m-30m里程段，采用機械法開挖施工。

（2）鄰近既有線距離30m-50m里程段，采用天窗點內(nèi)控制爆破法施工（對爆破振速進行監(jiān)測，振動速度值不得大于2.0cm/s）。Ⅲ級圍巖采用全斷面施工，每天1個循環(huán)，每循環(huán)進尺按1.2m;IV級圍巖采用臺階法施工，每天1個循環(huán)，每循環(huán)進尺按1.2m;V級圍巖采用短臺階施工，每天1個循環(huán)，每循環(huán)進尺按0.8m。

（3）鄰近既有線距離50m-100m里程段，在天窗點內(nèi)控制爆破施工（對爆破振動進行監(jiān)測，振動速度值不得大于2.0cm/s）。Ⅲ級圍巖采用全斷面施工，每天1個循環(huán)，每循環(huán)進尺按1.2m;IV級圍巖采用臺階法施工，每天1個循環(huán)，每循環(huán)進尺按2m;V級圍巖采用短臺階施工，每天1個循環(huán)，開挖每循環(huán)進尺按0.8m。

（4）鄰近既有線距離100m-1000m里程段施工，點外爆破施工（對爆破振動進行監(jiān)測，振動速度值不得大于1.0cm/s）。Ⅲ級圍巖采用全斷面施工，每天2個循環(huán)，每循環(huán)進尺按3m;IV級圍巖采用上下臺階法施工，每天2個循環(huán)，每循環(huán)進尺按2m;V級圍巖采用短臺階施工，每天2個循環(huán)，開挖每循環(huán)進尺按0.8m。

3.2 控制爆破專項方案

按照“多打眼、少裝藥、短進尺、弱爆破”的控制爆破方法進行施工，按照與既有隧道100米線間距為分界點，分別以“小于100米線間距控制振速2cm/s，大于100米線間距控制振速1cm/s”為控制指標，進行專項爆破設計。隧道III級圍巖采用全斷面爆破開挖，IV級圍巖采用臺階法爆破開挖，隧道V級圍巖采用短臺階法爆破開挖。

炸藥選用2號巖石乳化炸藥規(guī)格（￠32m，長200mm，重0.2kg），毫秒延期導爆管雷管（用于孔內(nèi)），以及導爆管瞬發(fā)雷管（用于孔外網(wǎng)路連接），導爆索（用于周邊孔爆破）。周邊孔采用間隔裝藥，即將炸藥卷按設計間隔距離捆綁在竹片（條）上并全長貫穿導爆索，孔底略增加藥量，采用正向起爆。其余炮孔均采用連續(xù)不耦合裝藥，（必要時可采用耦合裝藥），采用反向起爆，并采用孔外延期。起爆順序為掏槽孔先爆，輔助孔次之，周邊孔最后響。

根據(jù)爆破區(qū)域周邊環(huán)境、地質(zhì)情況及被保護物安全要求，為確保既有線設施和列車運營安全，控制爆破方案中采用裝藥量參數(shù)如下：

（1）隧道III級圍巖采用全斷面爆破開挖，循環(huán)進尺1.2m的爆破區(qū)域，每次爆破總裝藥量53kg以內(nèi)，最大單段裝藥量在6kg以內(nèi);循環(huán)進尺3m的爆破區(qū)域，每次爆破總裝藥量140kg以內(nèi)，最大單段裝藥量在15kg以內(nèi)。

（2）隧道IV級圍巖采用臺階法爆破開挖，循環(huán)進尺0.8m的爆破區(qū)域，每次爆破總裝藥量32kg以內(nèi)，最大單段裝藥量在3.68kg以內(nèi);循環(huán)進尺2m的爆破區(qū)域，每次爆破總裝藥量50kg以內(nèi)，最大單段裝藥量在6.4kg以內(nèi)。

（3）隧道V級圍巖采用短臺階法爆破開挖，循環(huán)進尺0.8m，每次爆破總裝藥量21kg以內(nèi)，最大單段裝藥量在2.6kg以內(nèi)。

（4）隧道掌子面除炮眼外，打設3個Φ108降壓空孔，孔深為8m，搭接1.5m，降低爆破產(chǎn)生震速。

3.3 既有線隧道監(jiān)測方案

根據(jù)爆破影響區(qū)域及距離，對既有昌福線武調(diào)一號隧道進行監(jiān)測。主要對既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)位移、爆破振動、結(jié)構(gòu)應力、軌道幾何狀態(tài)、異物侵限等進行實時監(jiān)測。監(jiān)測需要的設備及儀器有：全站儀、Geomos 專業(yè)監(jiān)測軟件、基準點棱鏡、TC4850N爆破振動儀、應力計、數(shù)據(jù)傳輸線等。監(jiān)測方法根據(jù)新建武調(diào)隧道和新建疏解線武調(diào)1號隧道的施工進度埋設測試儀器，然后調(diào)試儀器設備處于采集狀態(tài)。隧道爆破時儀器將自動采集爆破振速和應力變化，并將結(jié)果傳輸?shù)娇刂浦行摹？刂浦行慕邮盏浇Y(jié)果后進行處理分析，生成報告。控制指標如下表：

3.4 安全保障措施

鄰近營業(yè)線施工，確保高鐵旅客列車安全是政治紅線和職業(yè)底線。根據(jù)南昌局集團公司有關規(guī)定，指揮部委托中鐵四院進行了安全風險評估，并組織專家進行了安全風險評估報告評審，按照要求辦理鐵路營業(yè)線施工有關安全手續(xù)。制定了應急預案，成立應急組織機構(gòu)，建立應急處理程序，做好應急搶險物資儲備。并與南昌局集團公司相關部門簽訂安全責任協(xié)議，落實監(jiān)管措施與責任。施工單位在隧道施工全過程中堅持全員安全教育培訓，班前講座，制定了一系列針對鄰近營業(yè)線爆破施工的安全管理制度，減少和控制了施工中的危險、有害因素，降低了施工安全風險，有效地確保了爆破施工過程安全。

4取得的成效

新建武調(diào)和武調(diào)1號隧道控制爆破施工自2017年7月起至2018年12月止歷時17個月，嚴格按照方案進行施工，及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析，動態(tài)優(yōu)化調(diào)整爆破參數(shù)，過程觀測爆破振速、既有昌福線武調(diào)一號隧道襯砌結(jié)構(gòu)位移和道床位移均未超標。隧道順利貫通，經(jīng)設備管理部門檢查未對既有隧道結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)及周邊構(gòu)筑物造成影響，未對既有線運營安全產(chǎn)生影響。該隧道的施工經(jīng)驗為類似工程的施工提供了參考。

參考文獻

[1] 李萍萍.小凈距隧道的爆破震動響應分析及加固研究[D].西安：西安建筑科技大學，2013.

[2] 王永東.小凈距隧道控制爆破設計[J].中國科技博覽，2010（29）：262-263.