高速公路隧道下穿既有鐵路隧道控制爆破技術(shù)

袁良遠(yuǎn)， 唐春海， 朱加雄， 白 玉

(1. 六盤水久翔爆破工程有限公司， 貴州六盤水 553600； 2.廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院， 南寧 530004；

3. 畢節(jié)市恒宇爆破工程有限公司， 貴州畢節(jié) 551700)

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高速公路隧道下穿既有鐵路隧道控制爆破技術(shù)

袁良遠(yuǎn)1， 唐春海2， 朱加雄2， 白 玉3

(1. 六盤水久翔爆破工程有限公司， 貴州六盤水 553600； 2.廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院， 南寧 530004；

3. 畢節(jié)市恒宇爆破工程有限公司， 貴州畢節(jié) 551700)

摘要：為確保公路隧道爆破施工過(guò)程中既有鐵路隧道的結(jié)構(gòu)安全，采取了以下措施嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)產(chǎn)生的危害。通過(guò)參考相關(guān)資料，將上行鐵路隧道的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)確定為8.0cm/s。隧道采用臺(tái)階法開(kāi)挖，上臺(tái)階爆破循環(huán)進(jìn)尺為0.9m，以控制每次爆破的爆破規(guī)模。爆破施工過(guò)程中采取了一系列減振技術(shù)措施，如增加起爆段別、減少單段起爆藥量、增加空孔數(shù)量等。爆破取得了良好效果，對(duì)既有隧道沒(méi)有造成影響，達(dá)到了預(yù)期目的。

關(guān)鍵詞：交叉隧道； 隧道爆破； 爆破振動(dòng)； 控制爆破

1工程概況

貴州省六盤水至鎮(zhèn)寧高速公路六盤水至六枝段為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)速度為80km/h，路基寬度為24.5m。項(xiàng)目起自水城東，經(jīng)濫壩、陡箐、黑塘，止于六枝西那玉，全長(zhǎng)60km。茨沖隧道位于“六六”高速公路第一合同段，左線在ZK48+818(設(shè)計(jì)標(biāo)高1795.66m)處與滬昆鐵路上行段隧道T2212+402.5(軌頂標(biāo)高1822.846m)相交，隧道軸線與鐵路線路交角為33°52′6.4″，高差27.186m，凈距18.759m。茨沖隧道右線在YK48+855(設(shè)計(jì)標(biāo)高1795.978m))處與滬昆鐵路上行段隧道T2212+352.7(軌頂標(biāo)高1822.497m)相交，隧道軸線與鐵路線路的交角為31°44′2.2″，高差26.519m，凈距18.092m。

茨沖隧道雙線間距約28m，隧道圍巖主要為灰?guī)r，巖體節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎至較完整，局部點(diǎn)滴狀出水，穩(wěn)定性較好，圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)，設(shè)計(jì)對(duì)該地段采用Ⅳ級(jí)圍巖S-Ⅳb型襯砌進(jìn)行加強(qiáng)，采用φ25mm超前錨桿進(jìn)行開(kāi)挖超前預(yù)支護(hù)。

茨沖隧道下穿滬昆鐵路隧道段平面圖見(jiàn)圖1。

圖1　茨沖隧道下穿滬昆鐵路隧道段平面圖Fig.1　The planar graph of Cichong tunnel underpass Shanghai-Kunming railway tunnel

2工程技術(shù)要求與難點(diǎn)

茨沖隧道下穿滬昆鐵路隧道段采用鉆爆法掘進(jìn)，爆破掘進(jìn)時(shí)，要求爆破施工不得影響鐵路的正常運(yùn)行。由于隧道間距較近，僅有18m，爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)可能會(huì)對(duì)上行的鐵路隧道造成影響，因此，爆破掘進(jìn)須精心設(shè)計(jì)，嚴(yán)格施工。爆破有害效應(yīng)包括爆破振動(dòng)、個(gè)別飛散物、空氣沖擊波、噪聲、有毒氣體等。綜合分析相關(guān)資料〔1-7〕，鄰近隧道爆破施工時(shí)，主要危害是爆破產(chǎn)生的振動(dòng)可能對(duì)相鄰隧道造成損傷，因此，爆破時(shí)需對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行有效的控制，使爆破振動(dòng)強(qiáng)度控制在一定范圍內(nèi)， 確保爆破振動(dòng)對(duì)相鄰隧道不造成影響， 且不影響既有鐵路隧道的正常運(yùn)行。

為了控制爆破振動(dòng)強(qiáng)度，隧道鉆爆開(kāi)挖采用臺(tái)階法，開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)格控制爆破規(guī)模，并采取少裝藥、弱爆破、短進(jìn)尺等措施，減少開(kāi)挖爆破對(duì)上行鐵路隧道的擾動(dòng)。

3振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)的確定

對(duì)于鄰近既有隧道爆破施工，應(yīng)采用控制爆破使開(kāi)挖范圍外被保護(hù)對(duì)象處的爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度符合安全允許標(biāo)準(zhǔn)。因此，設(shè)計(jì)前需確定上行鐵路隧道的安全允許振速。按照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)〔8〕規(guī)定，交通隧道安全允許振動(dòng)速度應(yīng)在10.0 cm/s～20.0cm/s范圍內(nèi)，按此標(biāo)準(zhǔn)取最保守值10.0cm/s的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行控制，可以保證隧道襯砌結(jié)構(gòu)不會(huì)破壞；同時(shí)在《貴州省六盤水至鎮(zhèn)寧(六盤水至六枝段)高速公路與滬昆鐵路交叉施工圖設(shè)計(jì)》的設(shè)計(jì)說(shuō)明中，也要求隧道允許振速按10.0cm/s來(lái)進(jìn)行控制。但考慮到隧道為運(yùn)營(yíng)隧道，內(nèi)有接觸網(wǎng)、通訊線路等設(shè)施，長(zhǎng)期的強(qiáng)振動(dòng)會(huì)引起隧道圍巖松弛，產(chǎn)生巖體變形，可能造成防水層的密封質(zhì)量下降，降低隧道的防水效果，使隧道處于病害狀態(tài)，降低隧道的使用壽命。為了確保上行鐵路隧道結(jié)構(gòu)的安全，其振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)須小于10.0cm/s。

表1為國(guó)內(nèi)類似的凈距小于30m的其他隧道的爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)參考值。

表1　相鄰隧道間凈距小于30m的爆破振動(dòng)控制參考值

從表1可以看出，對(duì)于一些建成年代較久的既有隧道，振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)為5.0cm/s～6.0cm/s，而年代較近的既有隧道，振速控制標(biāo)準(zhǔn)為7.0cm/s～8.0cm/s，并未出現(xiàn)安全事故，能保證既有鐵路隧道的安全運(yùn)營(yíng)。綜合上述分析，對(duì)于本工程中的既有隧道，考慮其正在運(yùn)營(yíng)，為保證其安全性，爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)值確定為8.0cm/s。

4爆破控制的工程措施

結(jié)合隧道交叉段地質(zhì)條件，在交叉段施工時(shí)應(yīng)采取控制爆破措施，避免對(duì)鐵路隧道造成干擾，采取的具體措施有：

(1)采用分段延時(shí)爆破技術(shù)。大量的工程實(shí)踐證明，分段延時(shí)爆破可以使最大振速明顯降低。

(2)為避免爆破延時(shí)時(shí)間較短或者延時(shí)誤差造成地震波疊加，使振動(dòng)加強(qiáng)，在選擇雷管段別時(shí)，應(yīng)加大相鄰炮孔的延時(shí)時(shí)間，應(yīng)盡可能考慮跳段布置雷管，既有利于相鄰兩段振動(dòng)的主振相分離，避免振動(dòng)疊加，又為后排爆破創(chuàng)造更充分的臨空面，減輕爆破夾制作用對(duì)振動(dòng)的加強(qiáng)作用。

(3)增加空孔數(shù)量或增大空孔直徑，以加大臨空面，減小夾制作用造成的振動(dòng)加強(qiáng)，這對(duì)降低掏槽爆破的振動(dòng)強(qiáng)度十分有效。

(4)同時(shí)采取減小爆破進(jìn)尺，縮短炮孔長(zhǎng)度，降低單孔裝藥量等措施，進(jìn)一步降低振動(dòng)。

5爆破設(shè)計(jì)

交叉段爆破設(shè)計(jì)上臺(tái)階與下臺(tái)階分開(kāi)進(jìn)行。上臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺按0.9m(炮孔利用率為90%)進(jìn)行設(shè)計(jì)，下臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺按2.5m進(jìn)行設(shè)計(jì)。爆破采用2#巖石硝銨炸藥和毫秒延時(shí)雷管。爆破設(shè)計(jì)原則為多鉆孔，少裝藥，分次分段起爆。上斷面開(kāi)挖面積60.4m2，共鉆132個(gè)孔，用藥量59.3kg，單位巖石炸藥消耗量為1.09kg/m3；下斷面開(kāi)挖面積35.3 m2，共鉆76個(gè)孔，用藥量76.2kg，單位巖石炸藥消耗量為0.86kg/m3。爆破設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2，爆破參數(shù)見(jiàn)表2和表3。

圖2　交叉段爆破設(shè)計(jì)Fig.2　The blasting design of cross section

編號(hào)炮孔名稱雷管段別炮孔深度/m炮孔數(shù)量/個(gè)裝藥量/kg單孔藥量 小計(jì)裝藥集中度/(kg·m-1)1~1011~1819~2627~3637~5657~8081~119110~132空孔一級(jí)掏槽孔二級(jí)掏槽孔一圈輔助孔二圈輔助孔三圈輔助孔周邊孔(不含底孔)底孔MS1MS5MS7MS9MS11MS13MS151.21.21.21.01.01.01.01.0108810202439130.80.80.50.50.50.30.66.46.45.010.012.011.79.80.670.670.500.500.500.300.60合計(jì)13259.3

表3　下臺(tái)階爆破參數(shù)

6爆破振速估算

振動(dòng)速度估算采用式(1)計(jì)算，參數(shù)參照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)〔8〕選?。?/p>

式中：v為計(jì)算的振動(dòng)速度，cm/s；R為爆源至被保護(hù)對(duì)象的距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量，kg；K、α為與爆破點(diǎn)至被保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

以上臺(tái)階的第三圈輔助孔的單段裝藥量最大，為12kg，距離為18.74m，圍巖為灰?guī)r，取K=150、α=1.5進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)對(duì)其余段別爆破振速進(jìn)行計(jì)算，并匯總?cè)绫?。

從計(jì)算結(jié)果可以看出振速估算值均小于8.0cm/s的安全控制指標(biāo)，說(shuō)明以上爆破參數(shù)可行。

表4　爆破振速計(jì)算結(jié)果

7爆破效果及體會(huì)

(1)待開(kāi)挖隧道近距離下穿既有鐵路隧道時(shí)，爆破振動(dòng)可能對(duì)原有隧道產(chǎn)生危害，必須引起高度重視。本文綜合相關(guān)資料，將上行鐵路隧道結(jié)構(gòu)的爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)定為8.0cm/s，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行合理的爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。

(2)為了減少爆破振動(dòng)強(qiáng)度，爆破設(shè)計(jì)采取了短進(jìn)尺、少裝藥、增加空孔及合理安排延時(shí)起爆時(shí)間等措施。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，爆破效果達(dá)到了預(yù)期要求。

(3)經(jīng)過(guò)精心施工，工程達(dá)到了預(yù)期目的。爆破后，周邊孔的半孔率及平整度都符合設(shè)計(jì)要求，爆破對(duì)圍巖的影響較少，圍巖穩(wěn)定，施工安全、順利，施工過(guò)程沒(méi)有對(duì)現(xiàn)行鐵路隧道造成影響。

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Control blasting technology of expressway tunnel underpass existing railway tunnel

YUAN Liang-yuan1, TANG Chun-hai2, ZHU Jia-xiong2, BAI Yu3

(1. Liupanshui Jiuxiang Blasting Engineering Co., Ltd., Liupanshui 553600, Guizhou, China；2. College of Resources and Metallurgy, Guangxi University, Nanning 530004, China；3. Bijie Hengyu Blasting Engineering Co., Ltd., Bijie 551700, Guizhou, China)

ABSTRACT：For the safety of existing railway tunnel when the new one was in construction, some measurements were taken for controlling damage of blasting vibration. According to relevant safety standard information, the blasting vibration safety control standard was determined to be 8.0cm/s for the existing tunnel. Bench method was used and blasting advance per round of 0.9m was set up to reduce blasting scale at upper bench. A series of techniques were taken during tunnel blasting to reduce the vibration, such as increasing initiation segments, decreasing the charge amount per delay interval, drilling more empty holes and so on. A good blasting effect without any negative impact on the existing railway tunnel was finally achieved.

KEY WORDS:Cross tunnel; Tunnel blasting; Blasting vibration; Control blasting

中圖分類號(hào)：TD235； U455.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.014

作者簡(jiǎn)介：袁良遠(yuǎn)(1964-)，男，主要從事工程爆破設(shè)計(jì)、施工管理。E-mail: 2601282213@qq.com通訊作者： 唐春海(1971-)，男，博士、副教授，主要從事工程爆破的施工、教學(xué)與科研工作。E-mail: 99947097@qq.com

收稿日期：2015-11-17

文章編號(hào)：1006-7051(2016)01-0064-04