緊鄰運營鐵路線的控制爆破安全技術

周浩倉,王茂玲

(長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

緊鄰運營鐵路線的控制爆破安全技術

周浩倉,王茂玲

(長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

結合京包鐵路線改造項目土石方爆破工程實例,采用多種組合的毫秒延時控制爆破方法,在不能搭設滿足工程安全要求高度的鋼管排架情況下,通過精確控制爆破過程和結果,確保施工安全和運營鐵路線的正常行車,順利完成了施工任務。

路塹爆破;分層爆破;控制爆破;安全技術

1 工程概況

工程位于烏蘭察布市管轄區內,爆破山體地面標高為 +1405.0～+1459.0 m。爆區北邊 1.0 m處緊鄰既有鐵路線,北邊 50.0 m處為車站辦公樓和旅客候車室,東北邊 70.0 m處為大型油罐和變電站,西邊為施工人員駐地和相關設施。山體基本無表土和風化層,需要爆破的巖石主要為灰黑色玄武巖夾雜紅色泥巖或沙巖、礫巖、礫巖互層,節理裂隙不發育,巖石堅固性系數 f=10.0～15.0,巖石可爆性一般。爆破區地下水極少,利于施工。主要水源來自大氣降雨,爆破時要特別注意雨水、防止雷電和既有鐵路線電力系統的雜散電流,以免對爆破產生不利影響。

施工區域沒有爆破施工所需的道路和設施,開工時首先要做好各項爆破施工準備,特別是安全保障系統。要求在確保既有鐵路線運營安全的前提下順利完成施工任務。

2 施工方案

根據現場情況,設置東西 2條施工運輸便道,施工便道將施工區域劃分為 2個爆破區,各區采用分層延時松動爆破,分層高度根據爆破方式不同確定為 3.0～10.0 m。開挖方向為沿線路方向,即爆破自由面朝東向或西向,最大限度避免滾石或飛石直接落到既有線。爆破臺階梯段高度根據光面爆破要求確定為 10.0 m,每個爆破工作平臺寬度不小于10.0～30.0 m,長度不小于 10.0～45.0 m。上下臺階之間采用聯絡道連接,便于施工。

采用挖機和推土機整平場地、液壓露天鉆機鉆孔、中深孔臺階毫秒微差爆破和邊坡光面爆破、挖掘機裝載、自卸汽車運輸的施工方式。自上而下按設計臺階分層爆破,采用淺孔、中深孔寬孔距毫秒微差爆破,鉆孔直徑為 38.0 mm和 89.0 mm 2種。

根據爆破區的具體情況,為最大限度地將爆破危害控制在允許范圍內,根據以往的經驗,該工程主要采用了 7種爆破方法:對于開挖深度大于 3.0 m的山體,采用中深孔低單耗微差松動控制爆破;對于開挖深度小于 3.0 m的山體,采用淺孔低單耗微差松動控制爆破;對于靠近既有鐵路線 2.0～3.0 m范圍內山體,采用低單耗單孔微差淺孔松動控制爆破;對于邊坡部分,采用減弱光面爆破;對于靠近居民區的山體,采用低單耗低振動不擾民的單孔深孔微差松動控制爆破;對于新建橋梁基礎等對基地要求嚴格的地方,采用墊層低單耗微差控制爆破;對于個別大塊,采用鉆孔爆破法進行二次破碎。

3 爆破設計

3.1 爆破器材選定

根據當地爆破器材具體情況和工程特點,采用的爆破器材詳見表1。

表1 爆破器材選型

3.2 鉆機選擇

鉆機采用 YT28型氣腿式鑿巖機和 ROC-D7及 ROC-748液壓露天鉆機,其鉆孔直徑分別為Ф40 mm和 Ф89 mm。

3.3 單孔裝藥量的選擇

單孔裝藥量計算:

式中:q為單位炸藥消耗量,根據現場情況取 0.25～0.35 kg/g;a為炮孔間距,m;W為炮孔抵抗線,m;h為炮孔深度,m。

由于需要嚴格控制滾石或飛石落到既有鐵路線,因此,計算藥量必須遵守下列原則:炮孔堵塞長度大于 1.3倍抵抗線;臨近既有鐵路線的炮孔朝向既有線方向的抵抗線要大于朝向自由面方向的抵抗線 1.5倍;光面爆破的裝藥量不大于 150 g/m,堵塞長度不小于 2.0 m。具體要根據現場情況采用不同的爆破形式,調整各類爆破參數,確保爆破達到設計效果。現場實際采用的主要爆破類型參數見表2。

表2 各類爆破主要參數匯總

3.4 裝藥與起爆網路

裝藥結構采用連續裝藥,孔底起爆。起爆網路為復式毫秒非電延時起爆網路,孔內采用MS4段非電毫秒導爆管雷管,孔外采用MS2段非電毫秒導爆管雷管,根據振動速度和振動持續時間要求確定每段合理起爆孔數,炮孔布置及起爆順序如圖1所示。

圖1 炮孔布置及起爆順序示意

4 安全防護設計

項目距離鐵路運營線太近,且平均每 4 min就有一趟火車通過爆區,為確保安全,不采用普通鐵路施工搭設超過或略低于爆破山體高度的鋼管排架防止飛石和滾石的辦法,以避免排架倒塌對鐵路運輸能力的影響和防止鋼管排架對鐵路電網的接觸而引起事故,而將重點放在對飛石和滾石事前控制的方法上。

(1)在運營線外側 2.0 m處山坡上設置 1排高度不超過 5.0 m、立柱間距不大于 1.2 m的鋼管排架 (防止與高度為 6.0 m的鐵路電網接觸),排架立柱為報廢的鐵路鋼軌,橫柱為鋼管排架,立柱與橫柱連接為焊接,橫柱間距不大于 0.8 m,排架上鋪設 2層竹夾板,排架靠山體一側底部鋪設高度為 1.0 m的沙袋,以緩沖滾石對排架的沖擊,排架靠鐵路一側用間隔 5.0 m鋼軌做斜撐、靠山體一側間隔 5.0 m用鋼絲繩斜拉固定在山體上,斜撐和鋼絲繩相互交錯,確保排架在滾石沖擊時不傾倒,見圖2。

圖2 防護結構示意

(2)為防止飛石,每次爆破時在連接好起爆網路后,將超出爆破區域每邊 2.0 m的范圍內全部鋪設一層鐵絲網,每個炮孔口覆蓋 2層沙袋,以防止爆破時出現個別飛石。

(3)爆破施工開始前,采用人工或機械對鄰近既有鐵路線的一側山體邊坡上的松石和孤石進行清理,避免爆破時因振動而滾落。對一些不能清理但有可能掉下來的孤石,采用錨桿固定的辦法,不讓其自由下落。

(4)對清理后的邊坡面設置一層尼龍網,規格為 20 cm×20 cm,防止爆破時一些巖石滾動到鐵路上,確保其落在排架內。且定期對排架內的巖石進行清理,減少排架受力。每次爆破后對排架進行重新檢查和維護,確保排架穩固。

(5)合理安排爆破作業時間,盡量減少施工對鐵路運營造成的影響。采用精細化爆破施工,力爭將爆破危害控制在最低范圍內,減少對防護的壓力和損害。

5 爆破施工組織管理

5.1 工序安排與資源配置

為確保爆破施工安全進行,爆破工序為:爆破場地清理、布孔、鉆孔、炮孔檢查及清理、裝藥、堵塞、連線、網路檢查、爆破器材清理及退庫、爆區覆蓋、警戒、起爆、爆破后檢查、排險、通知鐵路恢復通車、出渣等。因鐵路運輸繁忙,經過與鐵路部門協商每天安排 2次定時定點爆破,分別為上午 11點和下午16點,嚴禁夜間及其他時間爆破。

爆破設備配置見表3,人力組織安排配置見表4。

表3 主要爆破施工設備

表4 主要施工人員配備

5.2 安全及防護

所有參加施工的人員上崗前必須經過安全培訓和安全教育,特別是爆破員、鉆工和防護人員需要進行專門安全知識教育,并做好記錄和考核記錄。

爆破施工前要按照防護方案要求對現場進行安全防護,防護排架、松石或孤石處理、清理臨近既有線一側邊坡浮石等防護性工作要在爆破施工前全部做好,對于每次爆破炮孔的防護和防護檢查,要在每次起爆工作準備前做好,并有專人檢查和做好記錄,確認合格后才可向爆破負責人發出允許進行爆破警戒和起爆指令。

在做好爆破起爆準備前由施工負責人通知駐站聯絡員辦理線路封鎖手續,現場警戒人員配備帶好警戒用品,到達指定崗位進行警戒,在接到爆破負責人命令后立即封鎖現場,同時設置安全防護,確認完成警戒工作后,及時傳達指令給爆破負責人,由其決定起爆。

爆破施工中若出現異常情況,要及時通知駐站聯絡員和爆破負責人,駐站聯絡員要及時通知鐵路負責人,確保行車安全;爆破負責人要通知警戒和防護人員對鐵路線做好封鎖防護,并及時組織人員處理,處理完成并經過鐵路部門確認后,通知解除警戒和封鎖,恢復通車。

由于爆破緊鄰運營鐵路線路,在爆破和裝運中可能會發生落石或坍塌,影響行車安全。因此,為確保鐵路線路暢通和安全,制定應急預案并成立應急小組,專門負責現場搶險作業實施。

6 結 論

(1)采用合理的爆破參數和起爆技術,能夠使巖石碎而不飛、松而不垮,是確保爆破安全和運營鐵路線安全的根本保證。

(2)選擇合理的起爆方向和第一段起爆位置,是引導巖石移動方向和塌落范圍的重要手段。

(3)不采用高大的鋼管排架照樣可以實現爆破安全,并最大限度地保證了排架倒塌給運營線路帶來的危害和降低排架修復難度,同時降低工程施工費用。

[1] 張志毅,王中黔.交通土建工程爆破工程師手冊[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 馮叔瑜,楊杰昌,王 開,等.衡廣鐵路復線工程運輸繁忙地段石方爆破技術[A].工程爆破文集 (第四輯)[C].北京:冶金工業出版社,1993.

2011-07-04)

周浩倉 (1964-),男,高級工程師,主要從事爆破技術研究與開發及爆破施工和安全管理工作等。