實例探析控制爆破在鐵路隧道施工中的應用

林昌健

（中鐵十九局集團第七工程有限公司，廣東珠海 519020）

0 引言

現(xiàn)代鐵路隧道施工要求在不過多擾動隧道圍巖、周邊環(huán)境、地表建筑的基礎(chǔ)上，完成開挖作業(yè)。基于此，控制爆破技術(shù)憑借著其高效、環(huán)保、安全、經(jīng)濟等優(yōu)勢得到廣泛青睞，尤其是光面爆破、預裂爆破等技術(shù)經(jīng)過幾十年的應用推廣，目前已形成較為成熟的體系，加強相關(guān)技術(shù)分析對提升鐵路隧道施工質(zhì)量、保證施工安全等具有重要意義。

1 控制爆破技術(shù)發(fā)展

20世紀二次世界大戰(zhàn)后，各國均面臨著繁重的城市重建、改建任務(wù)，自此爆破技術(shù)被廣泛用于各種工程建設(shè)中。但是，傳統(tǒng)的爆破技術(shù)具有炮眼利用率低、超/欠挖情況嚴重、大塊率高、空氣沖擊波大、飛石粉塵過多等缺陷。因此，控制爆破成為業(yè)內(nèi)一大研究重點，即在爆破施工時，通過科學的設(shè)計、施工、防護，實現(xiàn)對爆炸能釋放的有效控制，在獲得預期爆破效果的同時，將爆破范圍、介質(zhì)破碎程度、堆積形狀、爆破危害等控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

1950年，瑞典在大隧道均質(zhì)堅硬巖石爆破試驗中，得到了一個平整的開挖面，被稱為Smooth Blasting，自此光面爆破技術(shù)逐漸發(fā)展起來，標志著控制爆破技術(shù)進入一個新的階段。20世紀60年代，光面爆破在鐵路邊坡開挖中得到了推廣應用，后又進入鐵路隧道施工領(lǐng)域，并形成了一個較為完善的體系。

2 實例探析控制爆破在鐵路隧道施工中的應用

2.1 工程概況

南角亭2號隧道緊鄰既有云桂正線南角亭1號隧道，其中LDKO+147.46～210 m段線間距僅為18.73～24.2 m（凈間距為5.33～15 m）；根據(jù)勘測地質(zhì)資料顯示，本隧道最大埋深僅42 m，隧道進出口段埋深較淺，隧道所處地層及風化層較厚，且LDKO+220 m～LDKO+250 m段線路左側(cè)約40 m地表有一處一層框架建筑，百色紀念公園環(huán)山路于本隧K0+318.5上方通過，環(huán)山路土基面標高為200.197 m，隧道在此處埋深為25.857 m，為確保施工安全及施工過程中地表建筑物安全，在進行爆破掘進時，應采用弱爆破或控制爆破，其中LDK0+155 m～LDK0+300 m段必須采用控制爆破，分別以地表建筑物、南角亭1號隧道為保護對象，允許爆破振動速率分別不超過2.5 cm/s，10 cm/s。

2.2 隧道掘進爆破方案

2.2.1 鉆孔機械及爆破材料的選用

鉆孔設(shè)備選用氣腿式鑿巖機鉆孔，本工程為山體內(nèi)開挖，原則上采用2#巖石硝銨炸藥，若洞內(nèi)巖體含水量較多，則選用乳化防水炸藥。為確保隧道爆破后的開挖輪廓，周邊光爆采用小藥卷進行，使周邊輪廓保留爆破殘留孔痕跡。

2.2.2 炮眼布置及爆破參數(shù)的選擇

本工程為平巷掘進爆破，僅一個自由面，進尺直接限制了炮眼的深度，故采用平行直線掏糟眼、輔助眼、周邊眼的布置形式進行爆破施工。

（1）安全用藥量。根據(jù)設(shè)計圖要求，LDK0+155 m～LDK0+300 m段必須采用控制爆破，分別以地表建筑物、南角亭1號隧道為保護對象，允許爆破振動速率分別不超過2.5 cm/s，10 cm/s。以《爆破安全規(guī)程》為準，計算見公式（1）。

式中Q——安全用藥量

V——爆破震動速度最大值

R——爆破中心與隧道邊墻、地表建筑物的距離，m

k，α——地質(zhì)條件等多種因素有關(guān)的系數(shù)

南角亭2號隧道緊鄰既有云桂正線南角亭1號隧道，其中LDKO+155 m～+185 m段，爆破中心至南角亭1號隧道邊墻的距離為14～20 m。Ⅴ級圍巖最大齊爆炸藥量9.47～53.95 kg。

LDKO+220 m～LDKO+250 m段線路左側(cè)約40 m地表有一處一層框架建筑，此處隧道埋深為最大值42 m，爆破中心至建筑物距離為58 m，最大齊爆炸藥量66.83 kg，因此本隧道最大齊爆炸藥量以確保南角亭1號隧道的安全來控制。

（2）非電毫秒雷管的選用。本工程選用非電毫秒雷管，實際起爆間隔＞50 ms，現(xiàn)場注意控制安全用藥量。

（3）初步選擇每循環(huán)進尺。南角亭2號隧道LDK0+155 m～+185 m段，爆破中心與既有南角亭1號隧道邊墻距離為15～20 m，上、下臺階每循環(huán)掘進0.6 m；LDK0+185 m～+271 m段，爆破中心與既有南角亭1號隧道邊墻距離為20～25 m，上、下臺階每循環(huán)掘進1.2 m。LDK0+271 m～+410 m段，爆破中心與既有南角亭1號隧道邊墻相距＞30 m，安全用藥量（Ⅴ級圍巖）最大允許93.21 kg，按微振爆破炮眼布置，每循環(huán)進尺3 m。

（4）微振爆破鉆爆設(shè)計。Ⅴ級圍巖上下臺階法開挖。LDK0+155 m～LDK185 m段爆破設(shè)計。上臺階光面爆破，楔形掏槽，周邊眼不耦合裝藥。上臺階斷面為95.03 m2。LDK0+155 m～LDK185 m段與既有南角亭1號隧道邊墻間距15～20 m，進尺按0.6 m設(shè)計。

炮眼數(shù)量（個）N=（（kS）（/ηr））×1.1=（(1×95.03)（/0.75×0.78)）×1.1=178.69，實際為180個。式中N為炮眼數(shù)量；k是單位炸藥量，取1 kg/m3；S為開挖斷面，單位m2。表1為 LDK0+155 m～LDK185 m段上臺階光爆參數(shù)。按爆破設(shè)計計算得到最大振速8.55 cm/s。

表1 LDK0+155 m～LDK185 m段上臺階光爆參數(shù)

下臺階光面爆破。進尺按照0.6 m設(shè)計，周邊眼和輔助眼裝藥結(jié)構(gòu)同上臺階。下臺階斷面為65.69 m2。

炮眼數(shù)量（個）設(shè)計為N=123.5，實際為125個。表2為LDK0+155 m～LDK185 m段下臺階光爆參數(shù)表。按爆破設(shè)計計算得到最大振速8.6 cm/s。

表2 LDK0+155 m～LDK185 m段下臺階光爆參數(shù)表

LDK0+185 m～LDK241 m段爆破設(shè)計。該段與既有南角亭1號隧道邊墻間距20～25 m，斷面尺寸[2]b=6.4 m，光爆參數(shù)、炮眼布置及裝藥結(jié)構(gòu)同LDK0+155 m～LDK185 m段，進尺按1.2 m設(shè)計。

LDK0+241 m～LDK410 m段爆破設(shè)計。該段與既有南角亭1號隧道邊墻間距＞30 m，進尺按3 m設(shè)計。此段中，LDK0+241 m～+271 m，LDK0+271 m～+310 m，LDK0+386 m～+410 m 段的光爆參數(shù)、炮眼布置及裝藥結(jié)構(gòu)與LDK0+155 m～LDK185 m段類似，而LDK0+310 m～+386 m為單線段。

2.3 爆破施工要點

（1）隧道口山體表面清理與支護。爆破前，首先對開挖隧道口山體表皮進行清理，包括洞口的危石、松石、浮土等，在清理時，隧道口兩側(cè)山體要保證1∶1.25的坡度，洞口邊仰坡按支護設(shè)計采用錨噴支護方法加固洞口邊坡的穩(wěn)定，并及時施作洞門及擋墻，保證人員出入安全。

（2）測量、放樣。隧道開挖前應先進行測量定位，本工程選用全站儀開展測量控制，在掌子面標明開挖輪廓、炮孔。

（3）鉆孔。本工程選用直線掏槽，掏槽孔對孔誤差不超過3cm；周邊孔外插角 1°～2°，對孔誤差（環(huán)向）≤2 cm，其他≤5 cm。完成鉆孔工作后，做好檢查工作。

（4）試驗確定爆破參數(shù)。經(jīng)過多次爆破試驗，做好每次爆破記錄，將所得出的最佳進尺和合理單耗，作為爆破的最終參數(shù)。在試驗爆破前檢測爆破器材質(zhì)量，不合格產(chǎn)品禁止使用。

（5）裝藥、堵塞。檢查、試驗爆破器材、起爆網(wǎng)路；裝藥前，根據(jù)實際調(diào)整裝藥量，并在圖紙上標明相關(guān)參數(shù)；按《爆破安全規(guī)程》、設(shè)計裝藥，確保雷管段號準確；按爆破設(shè)計進行炮孔堵塞，確保長度、質(zhì)量達標。

（6）起爆系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)。本工程為非電微差爆破網(wǎng)路，起爆器起爆；爆破網(wǎng)路聯(lián)網(wǎng)作業(yè)，由專門技術(shù)人員操作；聯(lián)網(wǎng)完畢后，做好全面檢查，確保無誤。

（7）爆破后檢查及處理。是否有危巖或洞口邊坡塌坍現(xiàn)象，是否有有害氣體或天然氣泄漏，是否有盲炮如在施工過程中檢查人員發(fā)現(xiàn)盲炮等不安全隱患，應及時上報處理。

3 結(jié)束語

綜上所述，目前我國鐵路隧道建設(shè)數(shù)量持續(xù)增加，不少工程均要使用控制爆破技術(shù)，有的是用以防護隧道附近或是地表的既有建筑，有的是用以兩小間距隧道同時施工作業(yè)等。在工程實踐中，必須嚴格根據(jù)施工項目實際情況，合理確定開挖方案、炸藥量，配置優(yōu)良爆破器材，嚴格按照規(guī)范開展爆破施工，并做好全程監(jiān)控，確保爆破作業(yè)的順利實施，為隧道建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。