鐵路隧道上跨高速公路隧道段施工

蔣才華

摘要：文章通過鐵路隧道上跨高速公路隧道段的施工，總結(jié)了在施工中采取三臺階控制爆破工法、通過對公路隧道進(jìn)行爆破振速測定的數(shù)據(jù)分析、反饋優(yōu)化調(diào)整各爆破參數(shù)、指導(dǎo)施工。安全、高質(zhì)、按期地完成了云南省范圍首例鐵路隧道上跨高速公路隧道的施工，取得了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： In the tunnel section construction of a railway tunnel spanning over expressway， this article summarizes the construction of a three-step controlled blasting method through the data analysis of the blasting vibration velocity measurement of the expressway tunnel， feedback optimization and adjustment of various blasting parameters， and guides the construction. The construction of the first railway tunnel spanning over expressway tunnel in Yunnan Province was completed safely and with high quality and on schedule， and relevant experience was obtained.

關(guān)鍵詞：上跨;控制爆破;爆振監(jiān)測及應(yīng)用

Key words： spanning over;controlled blasting;blast vibration monitoring and application

中圖分類號：U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0156-04

1? 工程概況

1.1 曼邁一號隧道概述

曼邁一號隧道為設(shè)計(jì)160km/h的單線隧道，設(shè)計(jì)為10.8‰的單面上坡。全長3605m，最大埋深291m。上跨公路隧道段在斜井大里程出口段。本隧地質(zhì)復(fù)雜，地下水有笫四系孔隙潛水、基巖裂隙水，設(shè)計(jì)預(yù)測最大涌水量為4908m3/d;隧區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層塊石土，坡洪積層淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、碎石土，坡殘積層粉質(zhì)粘土;下伏基巖為白堊系下統(tǒng)烏沙河組泥巖夾砂巖，景星組泥巖夾砂巖、礫巖，侏羅系中統(tǒng)泥巖夾砂巖、礫巖等;隧道出口段左側(cè)約15m有一上龍茵2#滑坡，該滑坡滑動方向與巖層傾向一致，為順層滑坡，主滑方向118°，主軸向長約285m，寬約300m，滑坡外形多呈扇狀，山坡的平均坡度緩于20～30°，局部較陡，滑體上形成村落，前沿即為小磨二級公路、213國道及南大窩河。

1.2 曼邁一號隧道與昆磨高速公路七道班隧道位置平面圖

曼邁一號隧道D1K483+070～D1K483+130段隧道洞身上跨昆磨高速公路七道班隧道，線路中線夾角為32°51′25″，本隧隧底與公路隧頂高差16.85m。（圖1）

1.3 昆磨高速公路七道班隧道簡介

本隧所上跨七道班隧道全長1243m，為雙車道高速公路隧道，洞內(nèi)兩側(cè)拱部設(shè)置照明系統(tǒng)，邊墻采用白色底漆加兩條紅色警戒線粉刷，洞內(nèi)拱頂設(shè)有通風(fēng)風(fēng)機(jī)。

2? 施工方案

2.1 方案概述

曼邁一號隧道洞內(nèi)上跨昆磨高速公路七道班隧道施工里程為D1K483+070～+130，最近距離公路隧道拱頂16.85m，采用專項(xiàng)爆破設(shè)計(jì)，控制爆破振速，對既有隧道進(jìn)行爆破振速監(jiān)控，并隨時(shí)優(yōu)化爆破參數(shù)。

2.2 施工前復(fù)查

施工前與公路管理單位溝通，并共同對上跨七道班隧道交叉點(diǎn)前后50m進(jìn)行檢查，檢查施工前有無開裂、滲漏水、掉塊現(xiàn)象，對檢查結(jié)果形成書面記錄并共同簽字確認(rèn)。

2.3 洞內(nèi)上跨段施工

上跨昆磨高速公路隧道施工采用三臺階法控制爆破開挖。

2.3.1 三臺階法施工

2.3.1.1 三臺階法施工工序（圖2）

2.3.1.2 三臺階法施工要求

①隧道施工堅(jiān)持“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則。

②三臺階法施工上中下臺階高度各為4.3m、2.5m、3.0m，一次進(jìn)尺宜為0.6m，臺階長度控制在3m～5m。

③清除鋼架腳下虛渣使鋼架底腳置于牢固的基礎(chǔ)中，采用鋼管鎖腳加強(qiáng)措施，必要時(shí)施作臨時(shí)仰拱。

④根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果、分析、調(diào)整支護(hù)參數(shù)，并為二襯的施工提供依據(jù)。

⑤根據(jù)爆破振速監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、指導(dǎo)、修定最佳爆破參數(shù)。

2.3.2 支護(hù)措施

上跨段襯砌結(jié)構(gòu)采用Ⅴc型復(fù)合式襯砌，全環(huán)設(shè)置I18型鋼鋼架加強(qiáng)支護(hù)，縱向間距0.6m/榀，拱部設(shè)置Φ60中管棚超前支護(hù)，縱向間距6.0m/環(huán)，每環(huán)21根，每根長9.0m。在D1K483+100～+130出洞管棚施工區(qū)段，由洞外向洞內(nèi)施作拱部Φ89大管棚超前支護(hù)，大管棚縱向間距30m，共21根，每根長35m。

2.3.3 仰拱、拱墻襯砌措施

仰拱緊隨開挖進(jìn)行，且開挖≤3m/循環(huán);仰拱安全步距不超過35m。仰拱采用設(shè)置仰拱棧橋的方法。襯砌安全步距不超過70m。

3? 工期及進(jìn)度計(jì)劃安排

上跨段計(jì)劃施工60天。

4? 控制爆破方案

4.1 V級圍巖爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

上跨段設(shè)計(jì)為V級圍巖，地質(zhì)為泥巖夾砂巖。

①炮眼孔徑：根據(jù)現(xiàn)場施工機(jī)具實(shí)際情況，炮眼孔徑選用d=40mm。

②炮眼深度：該段設(shè)計(jì)鋼架間距為0.6m/榀，每炮孔利用率0.85，設(shè)計(jì)炮孔深度L=0.8m（超深0.2m）。

③掏槽孔：第一排直孔，第二排斜孔楔形掏槽，排間距1.0m，炮孔間距0.5m，底部間距為0.4～0.65m。炮孔較普通炮加深h=0.3m，掏槽孔如圖3。

④輔助孔：間距按1.0m、1.2m兩種考慮。

⑤底板孔：炮孔間距0.8m～1.0m，底孔孔口較底板高0.2m，但孔底應(yīng)低于底板0.2m。

⑥周邊孔：在距輪廓線0.2m處，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制爆破，炮孔間距@取0.4m，面層厚度900mm。

⑦炮孔數(shù)目：根據(jù)以上布孔原則確定后，用經(jīng)驗(yàn)公式N=3.3進(jìn)行估算比較合理性，公式中N-炮孔數(shù)量，單位為個(gè);f-巖石緊固性系數(shù)，泥巖夾砂巖根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值巖石堅(jiān)固性系統(tǒng)f=5～6，取5;s-隧道掘進(jìn)斷面面積，Vc面積為71.46m2。

炮孔布置比較合理性：

N=3.3=3.3=97個(gè)。

因考慮周邊孔爆破的效果，本設(shè)計(jì)炮孔數(shù)量要求相對偏大，三臺階法炮孔為118個(gè)。

4.2 每一循環(huán)裝藥量Q的計(jì)算及炮眼裝藥量分配

4.2.1 炮眼裝藥量分配

炮孔線裝藥系數(shù)按掏槽孔0.6kg/m，輔助孔、底板孔0.4kg/m，周邊0.2kg/m進(jìn)行裝藥。列表計(jì)算總藥量，與公式Q=qV=qsLη計(jì)算比較合理性。其中q為單位炸藥消耗量， V為每循環(huán)爆破巖石體積，s為隧道掘進(jìn)斷面面積，L為炮孔深度，η為炮孔利用率。以鋼架間距0.6m進(jìn)尺1榀計(jì)算， 炮孔利用率η=0.85，掏槽孔超深h=0.3m?，F(xiàn)場上、中、下臺階分段爆破，施工爆破參數(shù)表見表2。

4.2.2 每一循環(huán)裝藥量Q的計(jì)算

①炮眼裝藥量的多少是影響爆破效果的重要因素。采用公式：Q=q×V，公式中：Q— 一個(gè)爆破循環(huán)的總用藥量（kg）;q— 單位炸藥耗藥量，V級圍巖砂巖夾泥巖取q=0.8kg/m3;施工單耗需試驗(yàn)調(diào)整;V— 一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺所爆落的巖石總體積（m3）。

經(jīng)計(jì)算：上臺階Q=qV=0.8×（26.60×0.8）=17.02kg>16.80kg，滿足要求。

中臺階Q=qV=0.8×（20.79×0.8）=13.31kg>7.68kg，滿足要求。

下臺階Q=qV=0.8×（24.07×0.8）=15.40kg>7.36kg，滿足要求。

②根據(jù)設(shè)計(jì)圖和相關(guān)規(guī)范要求，隧道設(shè)計(jì)規(guī)定爆破振速控制在10cm/s以內(nèi)。依據(jù)《爆破安全規(guī)程》，初步計(jì)算隧道掘進(jìn)爆破炸藥安全用量。

安全用量公式Q=R3（V/K）3/a

Q—同段別雷管同時(shí)起爆炸藥安全用量kg;V—爆破振動速度最大值，10cm/s;R—爆破區(qū)藥量分布的幾何中心至既有線隧道邊墻的距離m;K、α—地質(zhì)條件等多種因素有關(guān)的系數(shù)，按照表選取。

計(jì)算得出不同距離下，在確保昆磨高速公路七道班隧道襯砌爆破振速不大于10cm/s的條件下，同段別最大起爆炸藥安全用量：現(xiàn)按最低距離R=16.85m計(jì)算時(shí)，計(jì)劃每循環(huán)進(jìn)尺0.6m。Ⅴ級圍巖泥巖夾砂巖，a取值1.8，k取值350，V取值10cm/s時(shí)Qmax=16.853×（10/350）3/1.8=12.77kg>3.96kg（掏槽眼3段用量），滿足要求。

4.3 裝藥結(jié)構(gòu)及起爆網(wǎng)絡(luò)

采用工業(yè)電雷管起爆，連續(xù)藕合裝藥結(jié)構(gòu)。在巖層內(nèi)爆破，炮眼深度不足0.9m時(shí)，裝藥長度不得大于炮眼深度的1/2;炮眼深度大于0.9m時(shí)，裝藥長度不得大于炮眼深度的2/3。考慮地下水豐富，采用抗水性能好的乳化炸藥。

①上臺階起爆順序?yàn)樘筒劭住o助孔→周邊孔→底板孔。見圖4。

②中臺階起爆順序?yàn)檩o助孔→周邊孔。見圖5。

③下臺階起爆順序?yàn)檩o助孔→周邊孔→底板孔。見圖6。

5? 爆破震動速度監(jiān)測

5.1 監(jiān)測目的

通過對爆破振動監(jiān)測，判斷爆破振動是否超過《爆破安全規(guī)程》GB6722所規(guī)定的允許振動速度以及設(shè)計(jì)要求爆破振動速度<10cm/s。分析施工參數(shù)與地面振動效應(yīng)的關(guān)系，反饋調(diào)整爆破施工參數(shù)，如毫秒延期雷管的選擇、分段與炮孔數(shù)、單響最大藥量等，避免爆破振動對高速公路運(yùn)營隧道產(chǎn)生破壞性影響，實(shí)時(shí)向業(yè)主、監(jiān)理和設(shè)備管理單位通報(bào)監(jiān)測結(jié)果，做到信息化施工，以保證運(yùn)營高速公路隧道的安全。

5.2 檢測重點(diǎn)

曼邁一號隧道D1K483+070～+130段開挖爆破施工對昆磨高速七道班隧道的振動影響。

5.3 監(jiān)測方案

①選擇代表性上跨段進(jìn)行1～2次控制爆破振速監(jiān)測，驗(yàn)證爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，通過監(jiān)測調(diào)整、修正爆破設(shè)計(jì)，為爆破施工提供理論依據(jù)。②直接在七道班隧道內(nèi)監(jiān)測，監(jiān)測測點(diǎn)布設(shè)在曼邁一號隧道上跨掌子面距離最近對應(yīng)的七道班隧道里程上（水溝蓋板以上1米范圍內(nèi)）布5個(gè)測點(diǎn)，下一個(gè)測點(diǎn)距離前一個(gè)測點(diǎn)往開挖方向5～10米，對爆破產(chǎn)生振動直接進(jìn)行測試。

5.4 儀器設(shè)備的選用連接

中國科學(xué)院成都分院中科測控公司生產(chǎn)的TC-4850爆破測震儀。本儀器使用一體三維振動傳感器，可對微小振動及超強(qiáng)振動進(jìn)行測量。該儀器可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的振動監(jiān)測。

5.5 其他安全控制措施

①爆破施工期間，每次爆破后均派專人檢查公路隧道襯砌及既有設(shè)備情況;②爆破施工避開車流高峰期，每天爆破時(shí)間為12：30～14：30與00：30～05：30。

5.6 爆破振動監(jiān)測結(jié)果及結(jié)論

根據(jù)要求對上跨段前后做了2次監(jiān)測，同里程中下臺階（含仰拱）影響最大、上臺階稍次、中臺階影響最小幾乎為0，最不利監(jiān)測數(shù)據(jù)如表5。

通過對各臺階爆破振動監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析看出：

①在測點(diǎn)3所測的爆破振動速度最大，但水平徑向、切向和垂直振動速度均在0.6cm/s以下，這些所測振動速度均遠(yuǎn)小于《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定的爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)[交通隧道10-12cm/s（f≤10Hz）、12～15cm/s（1050Hz）]。

②根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，曼邁一號隧道D1K483+070～+130段的各臺階爆破振動不會對昆磨高速公路七道班隧道造成不良影響。

6? 小結(jié)

鐵路隧道上跨高速公路隧道施工，①采用三臺階控制爆破，盡量減少對圍巖的擾動，通過對爆破振速的監(jiān)測，判斷爆破振動是否超過《爆破安全規(guī)程》GB6722所規(guī)定的允許振動速度以及設(shè)計(jì)要求爆破振動速度<10cm/s;并反饋調(diào)整爆破施工參數(shù)，如毫秒延期雷管的選擇、分段與炮孔數(shù)、單響最大藥量等，實(shí)現(xiàn)信息化施工，可以做到保證運(yùn)營高速公路隧道的安全。②填補(bǔ)了云南省范圍鐵路隧道上跨高速公路隧道施工的空白，并取得了相應(yīng)的工法和經(jīng)驗(yàn)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]吉昊，劉志博.基于BIM技術(shù)的鐵路隧道建模方法研究[J].價(jià)值工程，2020，39（01）：188-190.

[2]李娟，王銳生.BIM技術(shù)在高速鐵路隧道上的應(yīng)用研究[J].科技與創(chuàng)新，2020（03）：155-157.

[3]李君君，劉傳濤，梁樹鋒.新建巴萬高速公路隧道上穿既有襄渝鐵路隧道施工力學(xué)行為研究[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（04）：1-7.