既有鐵路線石方控制爆破開挖施工的安全技術(shù)

張建平， 王俊生， 張龍飛

(內(nèi)蒙古宏大爆破工程有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古包頭 014000)

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既有鐵路線石方控制爆破開挖施工的安全技術(shù)

張建平， 王俊生， 張龍飛

(內(nèi)蒙古宏大爆破工程有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古包頭 014000)

摘要：集通鐵路廟梁段既有鐵路線擴(kuò)建工程需要進(jìn)行爆破開挖作業(yè)。為了安全高效的完成既有鐵路線石方控制爆破工作，穿爆方面通過開挖多個(gè)橫向爆破工作面的方法，改變巖體爆破時(shí)的最小抵抗線方向，同時(shí)控制裝藥量并選擇合理的延時(shí)時(shí)間，嚴(yán)格控制了爆破巖體和飛石的移動(dòng)方向；防護(hù)方面采用一種嚴(yán)密的新型防護(hù)排架，高效的完成了飛石防護(hù)工作；組織安全方面制定了嚴(yán)格的安全生產(chǎn)管理制度，專人協(xié)調(diào)管理，實(shí)現(xiàn)了多區(qū)段穿爆與挖運(yùn)的平行作業(yè)。爆破效果表明，本工程中采用的安全技術(shù)措施確保了既有鐵路線的安全運(yùn)行，對類似既有鐵路線石方控制爆破工作可提供參考。

關(guān)鍵詞：既有鐵路線； 控制爆破； 橫向爆破工作面； 防護(hù)排架

1引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，西部礦產(chǎn)資源開發(fā)速度的加快，原有鐵路運(yùn)輸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足煤炭等資源運(yùn)輸?shù)男枰惹行枰言袉涡屑扔需F路線改變?yōu)殡p行線提高運(yùn)輸能力或?qū)扔需F路線取直而提高運(yùn)輸速度 ，這都涉及到既有運(yùn)行鐵路線石方開挖，拓寬原有鐵路路基寬度。由于開挖石方量大，對施工速度又有較高要求，一般都需采取爆破方法。在既有線路列車運(yùn)行的前提下實(shí)施爆破開挖，最突出的問題是保證運(yùn)行鐵路線的安全，提高施工速度〔1〕。以集通鐵路線廟梁站爆破開挖的實(shí)踐工程為依據(jù)，對目前既有鐵路線爆破開挖工程的安全技術(shù)進(jìn)行了研究。

2爆破開挖工程的安全技術(shù)難點(diǎn)

(1)爆破開挖的技術(shù)難度。根據(jù)最小抵抗線原理，在既有線一側(cè)的巖體爆破，如果不改變其巖體移動(dòng)的最小抵抗線方向，巖體爆破后會(huì)大量移動(dòng)至既有線，造成埋軌事故。既有線一側(cè)的石方開挖不僅開挖寬度小，而且往往是居高臨下施工，危石或爆破振動(dòng)都可能造成危石滾落到運(yùn)行鐵路線上。因此，必須采取改變爆破巖體最小抵抗線方向的控制爆破技術(shù)，預(yù)先開挖垂直于既有鐵路線的多條馬道，以馬道形成的臨空面為自由面進(jìn)行控制爆破，嚴(yán)格控制爆破巖體和飛石的移動(dòng)方向。另一方面，多條馬道將原有巖體分割成多個(gè)作業(yè)區(qū)域，分區(qū)段、分層、分梯段的作業(yè)模式嚴(yán)格控制爆破規(guī)模和一次起爆最大藥量，有效防止了危巖滾落鐵路現(xiàn)象和邊坡次生地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場巖石性質(zhì)，部分區(qū)域采取預(yù)裂爆破或光面爆破技術(shù)來控制邊坡的穩(wěn)定。

(2)挖裝運(yùn)施工的難度。爆破后的巖渣挖裝運(yùn)作業(yè)必須平行既有運(yùn)行鐵路線進(jìn)行推進(jìn)，作業(yè)空間狹窄，一般作業(yè)寬度在10m左右。為了提高施工速度，必須多開工作面。

(3)防護(hù)的難度。即使人為控制爆破巖體的最小抵抗線平行既有線，小部分巖體也會(huì)向既有線方向移動(dòng)。因此在爆破巖體和既有鐵路線之間必須采取有效的防護(hù)措施確保巖體及個(gè)別巖塊不能落在既有鐵路線上，同時(shí)需確保防護(hù)材料本身在爆破巖體的推動(dòng)下不能落在既有線上，即使是很小的飛濺碎塊也可能擊碎既有線上空的高壓輸送線或電磁瓶，造成嚴(yán)重事故。

3既有鐵路線爆破開挖的爆破安全施工技術(shù)

3.1工程概況

集通鐵路線廟梁站至興和站區(qū)間鄰近既有線新建蔬解鐵路線，屬高邊坡路塹開挖工程。待開挖山體巖石堅(jiān)硬，需采用爆破施工方法開挖。根據(jù)實(shí)地勘察，需要采用爆破開挖施工的路塹巖石為玄武巖，上下部巖石較完整；下部大多屬于堅(jiān)石，水文地質(zhì)條件簡單。根據(jù)土石方路塹開挖設(shè)計(jì)資料，待爆破開挖路塹長約3 400m，開挖深度10 ～25m，平均深度17.0m，總石方開挖量約30萬m3。開挖石方至南側(cè)運(yùn)行鐵路線4.0 ～6.0m，上部有架空高壓輸送線，爆破環(huán)境復(fù)雜。

3.2控制爆破開挖方案

根據(jù)待爆破開挖區(qū)域地質(zhì)、地形條件、現(xiàn)場爆破施工及鐵路對邊坡穩(wěn)定性的特殊要求等因素綜合考慮，此項(xiàng)路塹爆破不僅應(yīng)將設(shè)計(jì)開挖范圍內(nèi)的巖石充分松動(dòng)破碎，以提高機(jī)械清渣裝巖效率，同時(shí)要絕對避免爆破破碎巖石的過度拋擲，以確保爆破開挖路塹南側(cè)既有運(yùn)行鐵路線路的安全，同時(shí)要嚴(yán)格控制爆破地震強(qiáng)度，確保周圍村民房屋的安全。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)待爆破巖體厚度、高度和設(shè)計(jì)開挖路塹，采取了如下爆破方案：

(1)爆破分區(qū)方案：根據(jù)爆破開挖山體特點(diǎn)，沿北側(cè)設(shè)計(jì)開挖鐵路線路基方向，從北向南首先開挖3個(gè)馬道，南側(cè)開1個(gè)馬道，將北側(cè)山體(全長2 000m)分成4個(gè)區(qū)段，南側(cè)分成兩段，每段長約500m；馬道長按15%坡度修建，寬度為8 ～10m。

以北側(cè)路基為例，3個(gè)馬道加上東西邊界兩端共8個(gè)工作面可同時(shí)施工，炮孔的最小抵抗線方向控制在鐵路線的平行方向(東西方向)，降低了產(chǎn)生爆破飛石的可能性〔2〕。每個(gè)區(qū)段推進(jìn)方向?yàn)樯襟w長度(東西)方向，進(jìn)行自上而下、水平分層的臺階全寬(7.5m)爆破開挖，爆破分區(qū)如圖1所示。

圖1　爆破分區(qū)段示意圖Fig.1　Schematic diagram of blast zoning

這樣既解決了爆破巖石的運(yùn)輸路線問題，又可以每個(gè)區(qū)段同時(shí)進(jìn)行爆破、挖運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了穿爆與挖運(yùn)的平行作業(yè)，提高施工進(jìn)度。

(2)孔網(wǎng)參數(shù)：根據(jù)待爆破山體高度10 ～25m不等，進(jìn)行分層深孔臺階減弱松動(dòng)爆破方式，分層高度4 ～6m。為了確保巖石破碎均勻，有利于挖運(yùn)和避免爆破個(gè)別碎塊飛濺，適當(dāng)加密孔網(wǎng)參數(shù)，控制開挖深度，炮孔采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。

為了保證永久邊坡巖石的穩(wěn)定性，對于巖石比較堅(jiān)硬和穩(wěn)固地段，臨近最終開挖邊坡或靠近設(shè)計(jì)邊坡線采用預(yù)裂爆破技術(shù)；對于破碎巖石地段，采取預(yù)留保護(hù)層，待爆破完成后采用液壓破碎機(jī)配合挖掘機(jī)進(jìn)行邊坡刷幫、修整，以保證邊坡穩(wěn)定和達(dá)到設(shè)計(jì)輪廓、平整要求。預(yù)裂孔選用φ90mm鉆孔。

考慮需要爆破的巖體寬度為7.5m、坡度75°，在預(yù)裂孔外側(cè)布置兩排主爆孔，梅花型布孔，孔距2m，排距1.5m(抵抗線位于馬道方向，與既有鐵路線路平行)。

為了防止爆破松動(dòng)巖體向鐵路線方向移動(dòng)，在靠近運(yùn)行鐵路線的坡面采用小型鑿巖機(jī)鉆φ40mm光爆孔進(jìn)行減弱松動(dòng)爆破，最小抵抗線0.8 ～1.2m。此區(qū)域安排在主爆區(qū)之后起爆，目的是在主爆區(qū)與原鐵路線邊坡之間留下1.5 ～2.0m厚度的巖墻，以保護(hù)邊坡。預(yù)留巖墻區(qū)域內(nèi)的炮孔按光爆孔設(shè)計(jì)裝藥，主爆孔爆破時(shí)可起防護(hù)作用，光爆孔作用下的預(yù)留巖墻區(qū)域巖石破裂，但不發(fā)生明顯位移，可防止巖塊過度破碎滾落到鐵路線上，再用液壓破碎錘配合挖掘機(jī)開挖。

主爆孔、預(yù)裂孔和光爆孔布置如圖2所示。

圖2　爆破布孔示意圖Fig.2　Schematic diagram of blasting holes

(3) 主要爆破技術(shù)參數(shù)：須保證每個(gè)炮孔的最小抵抗線平行運(yùn)行鐵路線，并采取多排孔延時(shí)起爆技術(shù)，排間延時(shí)控制在50 ～75ms。

采用孔外毫秒延時(shí)起爆技術(shù)，孔內(nèi)全部采用HS2半秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管，孔外采用MS3毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管。預(yù)裂孔起爆后，延時(shí)50ms起爆主爆孔，主爆孔排間延時(shí)50ms。主爆孔與光爆孔之間延時(shí)0.5s，保證8排主爆孔的起爆順序在光爆孔之前，詳細(xì)爆破技術(shù)參數(shù)見表1。

表1　爆破技術(shù)參數(shù)

4爆破安全防護(hù)措施

爆破緊鄰鐵路線，上有高壓線接觸網(wǎng)，為保證運(yùn)行鐵路線的正常運(yùn)行不受爆破飛石的影響，必須采取有效的防護(hù)措施〔3-4〕。為確保爆破巖體無任何碎石落在運(yùn)行鐵路線上，加快施工速度，改變了傳統(tǒng)的既有線爆破防護(hù)方法，在運(yùn)行鐵路線一側(cè)采取了一種嚴(yán)密的新型防護(hù)設(shè)施，見圖3、圖4。

圖3　防護(hù)設(shè)置Fig.3　Protection settings

圖4　防護(hù)排架正立面Fig.4　Front elevation of the protective frame

(1)在爆破山體與鐵路線之間設(shè)阻隔排架防護(hù)。采用剛性連接桿和沙桿腳手架做防護(hù)排架，每段防護(hù)長度為80m，可根據(jù)爆破防護(hù)要求移動(dòng)使用。

鋼管排架的搭設(shè)方法：采用Φ20a鋼管作為縱向支撐體系，Φ50a鋼管作為橫向支撐系統(tǒng)，結(jié)合竹架板滿鋪防護(hù)高邊坡施工。

(2)在排架前面設(shè)柔性防護(hù)材料，如葦簾、防護(hù)網(wǎng)等，在排架后面綁設(shè)鐵絲網(wǎng)圍欄，進(jìn)行雙層防護(hù)，以防止飛石落在運(yùn)行鐵路線上。

(3)炮孔孔口覆蓋沙土袋和膠帶網(wǎng)簾，每次爆破前邊坡剛性防護(hù)架上掛設(shè)網(wǎng)簾進(jìn)行防護(hù)。

5施工組織安全管理

5.1爆破作業(yè)組織

(1)按設(shè)計(jì)要求做相同地形小型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，調(diào)整孔網(wǎng)裝藥量，實(shí)施爆破方案。

(2)按照設(shè)計(jì)的邊坡角度打預(yù)裂孔，孔距控制在0.6～0.8m,采用不耦合裝藥，徑向不耦合系數(shù)需大于2。

(3)爆破后由爆破負(fù)責(zé)人嚴(yán)格檢查爆破效果，杜絕盲炮。

5.2挖運(yùn)作業(yè)組織

(1)爆破后對個(gè)別大塊和破碎不佳部位使用液壓破碎錘輔助作業(yè)。

(2)對邊坡不規(guī)則段及時(shí)采用液壓破碎錘進(jìn)行修坡。

(3)液壓錘、挖掘機(jī)、裝載機(jī)和自卸車要車況好。破碎錘車不低于300型，司機(jī)要技術(shù)好、工齡長，上崗前需要進(jìn)行實(shí)地操作培訓(xùn)和考核(根據(jù)工序標(biāo)準(zhǔn)要求，大臂要掛左右作業(yè)標(biāo)志)。

(4)每臺挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)必須配備現(xiàn)場安全指揮員一名，負(fù)責(zé)指揮挖掘機(jī)和運(yùn)輸車輛的安全作業(yè)，嚴(yán)格按照挖運(yùn)作業(yè)順序施工。

6結(jié)語

(1)從爆破技術(shù)方面，必須嚴(yán)格控制爆破可能產(chǎn)生的飛石和振動(dòng)帶來的有害效應(yīng)，為此要確定合理的開挖順序，改變爆破最小抵抗線方向，控制裝藥量，選擇合理的延時(shí)時(shí)間。開挖寬度較大時(shí)，可在運(yùn)行鐵路線一側(cè)預(yù)留防護(hù)巖墻。

(2)實(shí)踐證明，在防護(hù)方面，采取剛性和柔性防護(hù)架聯(lián)合防護(hù)裝置，采取移動(dòng)式和耐用的膠帶簾可獲得良好的防護(hù)效果。

(3)在人員和設(shè)備管理方面，必須嚴(yán)格按照施工順序作業(yè)。制定嚴(yán)格的安全生產(chǎn)管理制度，安排專人負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)工作面人員、設(shè)備的協(xié)調(diào)和調(diào)度，并與鐵路指揮人員保持密切電話和信號聯(lián)系，才能及時(shí)防止事故的發(fā)生。

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文章編號：1006-7051(2016)03-0061-04

收稿日期：2016-02-10

作者簡介：張建平(1960-)，男，博士、高級工程師，主要從事高聳建(構(gòu))筑物拆除爆破施工工法及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控方面的研究。E-mail： zhangjianping60@hotmail.com

中圖分類號：TD235； X115.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.013

Securitytechnologyofcontrolledblastingforrockexcavationclosedtoexistingrailway

ZHANGJian-ping,WANGJun-sheng,ZHANGLong-fei

(InnerMongoliaHongdaBlastingEngineeringCo.,Ltd.,Baotou014000,InnerMongolia,China)

ABSTRACT：The blasting excavation was needed in the extension project of existing Miaoliang railway of Jitong. In order to complete rock controlled blasting closed to existing railways safely and efficiently, a method of multiple transverse blasting working faces excavation was used in terms of drilling and blasting. The direction of the minimum resistance line was changed in rock mass blasting, and the weight of explosive was controlled and a reasonable delay time was selected. The moving direction of the blasting rocks and the fly rocks were controlled strictly. In terms of protection, a new type of strict protective frame was adopted. The protection work of fly rocks was completed efficiently. As for organization security, safety production management system was made and specialist management was arranged. The parallel operation of multi-section drilling and blasting and digging was realized. Blasting effect showed that the safety technical measures used in this project ensured safe operation of existing railway. The practice could provide a reference for blasting of rock closed to existing railways of similar blasting projects.

KEY WORDS:Existing railway； Controlled blasting； Transverse blasting working face； Protective frame