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，總結了在施工中采取三臺階控制爆破工法、通過對公路隧道進行爆破振速測定的數據分析、反饋優化調整各爆破參數、指導施工。安全、高質、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，取得了相關的經驗。

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.

關鍵詞：上跨;控制爆破;爆振監測及應用

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

中圖分類號：U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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

曼邁一號隧道為設計160km/h的單線隧道，設計為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。本隧地質復雜，地下水有笫四系孔隙潛水、基巖裂隙水，設計預測最大涌水量為4908m3/d;隧區上覆第四系全新統滑坡堆積層塊石土，坡洪積層淤泥質土、粉質粘土、碎石土，坡殘積層粉質粘土;下伏基巖為白堊系下統烏沙河組泥巖夾砂巖，景星組泥巖夾砂巖、礫巖，侏羅系中統泥巖夾砂巖、礫巖等;隧道出口段左側約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，洞內兩側拱部設置照明系統，邊墻采用白色底漆加兩條紅色警戒線粉刷，洞內拱頂設有通風風機。

2? 施工方案

2.1 方案概述

曼邁一號隧道洞內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，采用專項爆破設計，控制爆破振速，對既有隧道進行爆破振速監控，并隨時優化爆破參數。

2.2 施工前復查

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前后50m進行檢查，檢查施工前有無開裂、滲漏水、掉塊現象，對檢查結果形成書面記錄并共同簽字確認。

2.3 洞內上跨段施工

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隧道施工堅持“短進尺、弱爆破、強支護、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中，采用鋼管鎖腳加強措施，必要時施作臨時仰拱。

④根據監控量測結果、分析、調整支護參數，并為二襯的施工提供依據。

⑤根據爆破振速監測數據分析、指導、修定最佳爆破參數。

2.3.2 支護措施

上跨段襯砌結構采用Ⅴc型復合式襯砌，全環設置I18型鋼鋼架加強支護，縱向間距0.6m/榀，拱部設置Φ60中管棚超前支護，縱向間距6.0m/環，每環21根，每根長9.0m。在D1K483+100～+130出洞管棚施工區段，由洞外向洞內施作拱部Φ89大管棚超前支護，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

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

3? 工期及進度計劃安排

上跨段計劃施工60天。

4? 控制爆破方案

4.1 V級圍巖爆破參數設計

上跨段設計為V級圍巖，地質為泥巖夾砂巖。

①炮眼孔徑：根據現場施工機具實際情況，炮眼孔徑選用d=40mm。

②炮眼深度：該段設計鋼架間距為0.6m/榀，每炮孔利用率0.85，設計炮孔深度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，但孔底應低于底板0.2m。

⑥周邊孔：在距輪廓線0.2m處，根據設計要求控制爆破，炮孔間距@取0.4m，面層厚度900mm。

⑦炮孔數目：根據以上布孔原則確定后，用經驗公式N=3.3進行估算比較合理性，公式中N-炮孔數量，單位為個;f-巖石緊固性系數，泥巖夾砂巖根據經驗值巖石堅固性系統f=5～6，取5;s-隧道掘進斷面面積，Vc面積為71.46m2。

炮孔布置比較合理性：

N=3.3=3.3=97個。

因考慮周邊孔爆破的效果，本設計炮孔數量要求相對偏大，三臺階法炮孔為118個。

4.2 每一循環裝藥量Q的計算及炮眼裝藥量分配

4.2.1 炮眼裝藥量分配

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

4.2.2 每一循環裝藥量Q的計算

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— 一個爆破循環的總用藥量（kg）;q— 單位炸藥耗藥量，V級圍巖砂巖夾泥巖取q=0.8kg/m3;施工單耗需試驗調整;V— 一個循環進尺所爆落的巖石總體積（m3）。

經計算：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根據設計圖和相關規范要求，隧道設計規定爆破振速控制在10cm/s以內。依據《爆破安全規程》，初步計算隧道掘進爆破炸藥安全用量。

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—地質條件等多種因素有關的系數，按照表選取。

計算得出不同距離下，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：現按最低距離R=16.85m計算時，計劃每循環進尺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 裝藥結構及起爆網絡

采用工業電雷管起爆，連續藕合裝藥結構。在巖層內爆破，炮眼深度不足0.9m時，裝藥長度不得大于炮眼深度的1/2;炮眼深度大于0.9m時，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上臺階起爆順序為掏槽孔→輔助孔→周邊孔→底板孔。見圖4。

②中臺階起爆順序為輔助孔→周邊孔。見圖5。

③下臺階起爆順序為輔助孔→周邊孔→底板孔。見圖6。

5? 爆破震動速度監測

5.1 監測目的

通過對爆破振動監測，判斷爆破振動是否超過《爆破安全規程》GB6722所規定的允許振動速度以及設計要求爆破振動速度<10cm/s。分析施工參數與地面振動效應的關系，反饋調整爆破施工參數，如毫秒延期雷管的選擇、分段與炮孔數、單響最大藥量等，避免爆破振動對高速公路運營隧道產生破壞性影響，實時向業主、監理和設備管理單位通報監測結果，做到信息化施工，以保證運營高速公路隧道的安全。

5.2 檢測重點

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 監測方案

①選擇代表性上跨段進行1～2次控制爆破振速監測，驗證爆破參數設計，通過監測調整、修正爆破設計，為爆破施工提供理論依據。②直接在七道班隧道內監測，監測測點布設在曼邁一號隧道上跨掌子面距離最近對應的七道班隧道里程上（水溝蓋板以上1米范圍內）布5個測點，下一個測點距離前一個測點往開挖方向5～10米，對爆破產生振動直接進行測試。

5.4 儀器設備的選用連接

中國科學院成都分院中科測控公司生產的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振動進行測量。該儀器可實現連續的振動監測。

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備情況;②爆破施工避開車流高峰期，每天爆破時間為12：30～14：30與00：30～05：30。

5.6 爆破振動監測結果及結論

根據要求對上跨段前后做了2次監測，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，最不利監測數據如表5。

通過對各臺階爆破振動監測得到的數據進行分析看出：

①在測點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小于《爆破安全規程》（GB6722-2014）規定的爆破振動安全允許標準[交通隧道10-12cm/s（f≤10Hz）、12～15cm/s（1050Hz）]。

②根據監測結果，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

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測，判斷爆破振動是否超過《爆破安全規程》GB6722所規定的允許振動速度以及設計要求爆破振動速度<10cm/s;并反饋調整爆破施工參數，如毫秒延期雷管的選擇、分段與炮孔數、單響最大藥量等，實現信息化施工，可以做到保證運營高速公路隧道的安全。②填補了云南省范圍鐵路隧道上跨高速公路隧道施工的空白，并取得了相應的工法和經驗等。

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