市區地下電力管廊爆破安全管理探索

王 洋， 姜殿科， 初 軍， 周 明， 閆鴻浩*

(1.大連理工大學工業裝備結構分析國家重點實驗室， 大連 116024； 2.國網遼寧省電力有限公司大連供電公司， 大連 116000)

隨著經濟發展，城市建設向著高效、合理、安全、綠色等方向發展，在寸土寸金的大都市中，地下空間的開發給城市化建設拓寬了領域，提供了廣泛的發展前景。除了地下交通的發展取得長足進步以外，高壓線路轉入地下也成為一種發展趨勢，以此來緩解輸電線路用地同城市建設和交通用地之間的矛盾。北京在20世紀70年代開始就著手修建電力隧道，截至目前，北京地區高壓電力隧道總長度約718 km。廣州、上海、成都、福州、臺灣等地區都已修建并規劃了不同里程的電力隧道項目[1-5]。電力隧道是進行綠色、合理、高效、安全城市化建設，解決城市用地緊張，保證電力輸送通道容量的有效途徑[6]。

礦山爆破法因其高效率、低成本等優點，被廣泛應用于地下電力管廊的建設中。但是城市地下及地表的環境都極其復雜，爆破施工面臨著各種風險，為了保障施工的正常進行，以及保護施工過程中周圍的人民與財產安全，爆破技術不斷突破，并且引入了振動檢測等手段[7-9]。進一步系統地提出爆破安全管理方法，即爆破安全評估和監理以及第三方爆破振動速度監測相輔相成的方法，尤其對環境復雜的敏感地帶，需在施工前召開專家咨詢會，共同決定施工方案，并在施工過程中時刻關注第三方的振動檢測數據，以此為依據實時指導爆破參數的調整，保證施工的順利安全。

大連作為中國東部沿海重要的經濟、貿易、港口、工業、旅游城市，面對“十三五”規劃的轉型機遇期，肩負著振興東北老工業基地的重任，既要取得經濟長足發展，又要保證合理化城市建設，市政府和國家電網遼寧省電力公司將輸電線路改造工程作為全市重點工程項目，加大大連地區電網建設[8]，其中高壓電纜入地工程就是一個亮點。現以南雁四回路輸電線路改造工程(以下簡稱南雁隧道)為例，介紹城市電力隧道施工安全管理經驗，為同類項目安全管理提供示范借鑒作用。

1 工程概況

南雁隧道工程位于大連市區星海灣廣場附近，路徑在原南雁線 95#塔和 96#塔附近，架空線引入地下后，向東穿過大連供電局倉庫至中山路邊，轉向東南依次穿過輕軌、中山路至金融商務區二號路口，然后向東穿過大連地鐵1號線，沿著金融商務區二號路至高爾夫酒店南側，穿過馬欄河至太原街，自此繼續向東，在雁水變電所大門附近右轉，沿著山體等高線進入雁水變電所。

本工程地貌單元以馬欄河兩岸的山間河谷沖洪積平原、海漫灘為主，兩側屬于剝蝕、侵蝕低山丘陵地貌。地層巖性主要由第四系全新統人工堆積層雜填土、素填土、第四系沖洪積層的粉質黏土含碎石、粉土和卵石組成。下伏基巖為震旦系橋頭組石英巖、石英巖與板巖互層組成，巖層傾向南，走向近東西，傾角大約 65°，局部地帶巖層直立。工程沿線地下水類型主要是第四系孔隙水及地下管網的滲水和基巖裂隙水，主要賦存于第四紀地層的孔隙中和基巖裂隙中。

2 項目設計

南雁隧道工程線路全長近2 km，亙長12 km，設計使用年限100年，隧道耐火等級為一級，防水等級為一級，結構安全等級為一級，7度結構抗震設計，三級抗震等級。工程采用高標準、高質量建設水準，既要滿足城市運營規劃和不破壞環境的需求，同時達到抗震、防水、防火、防腐蝕的標準，更要達到結構安全、耐久，技術先進，經濟合理等要求。

鑒于本工程地層巖性，為高效順利完成施工任務，針對巖石堅硬地段采用礦山法(爆破法)施工作業[10-12]。但本隧道沿線大部分為街道，地面上建筑物稠密，地下管網密集，途經地帶地上及周邊環境復雜，因此，在高標準的施工要求下，需要對礦山法爆破過程進行安全評估，達到有效控制、合理施工的目的，保證施工建設合法合規安全順利完成。

3 安全評估

《民用爆炸物品安全管理條例》和《爆破安全規程》(GB 6722—2014)都有規定，城市爆破作業必須事先提出申請，提交安全評估報告，進行安全評估。

南雁隧道工程土石方開挖采用礦山法(爆破法)保證施工進度，以防止污染環境和破壞周邊景物建筑。隧道沿途地理環境情況較為復雜，正上方地表多為城市主干道，同時還有大量的高層建筑，地下更是要通過地鐵線路。因此不管是從遵守法律法規方面考慮，還是對施工安全負責的方面考慮，爆破安全評估都具有非常重要的意義。

安全評估需要引進具有A級資質評估單位，考察作業單位的資質，評定項目等級，審查設計所依據的資料、設計方法和參數，評估起爆網絡、設計方案的可行性，同時出具有效的評估報告，并以此作為施工的重要依據。安全評估是爆破施工管理中重要的一環，另外一個重要的環節則是爆破安全監理。

4 爆破監理

《爆破安全規程》(GB 6722—2014)明確規定，實施爆破作業時，應進行安全監理。安全監理單位需有《爆破作業單位許可證》，相應資質等級，從業范圍滿足設計施工/安全評估/安全監理的要求。爆破作業單位不得對本單位的設計進行安全評估和爆破監理[13]。因此，南雁隧道工程爆破施工與安全監理需由兩個具有相應資質的爆破作業單位分別負責，確保爆破作業按照法律法規實施，確保施工安全。

爆破安全監理的范圍主要包括: ①爆破作業項目名稱、類型、級別; ②參與監理的爆破工程技術人員作業范圍和級別; ③安全監理主要內容及工作時間安排; ④地震波、飛石等有害效應的現場監測設備、工作程序及數據處理方式; ⑤發現違法違規行為的處理程序。

5 振動監測

城市爆破作業過程中，最大的安全隱患是爆破時產生的振動對周邊建筑造成影響；同時對周邊居民的生活帶來一定的擾動，一旦失控將造成嚴重的民事糾紛和經濟損失，甚至帶來生命危險，違背城市建設的原則和標準，對工程進度百害無一利。《爆破安全規程》規定“D 級以上爆破工程以及可能引起糾紛的爆破工程，均應進行爆破有害效應監測[13]。監測項目由設計和安全評估單位提出，監理單位監督實施”。另外，爆破安全評估報告指出“本工程周邊環境復雜，為避免民事糾紛，務必配備有爆破振動或地基自由振動測量資質單位進行第三方爆破振動監控。《爆破安全規程》中明確規定了城市爆破作業所應控制的振動速度和振動頻率范圍，因此，控制好爆破振動速度和振動頻率是相關工程師和科研工作者首要關注的指標[13-16]。

在城市敏感區域爆破作業前，需要召開爆破專家咨詢會，施工單位、監理單位和爆破專家都需要出席，現場研究實地情況，共同確定設計爆破方案，并嚴格按照爆破方案實施爆破作業。同時對敏感對象進行振動監測，實時反饋監測數據并根據其結果隨時指導爆破方案的制定，修改爆破參數，達到實時閉環反饋的狀態。下面以大連地鐵1號線會展中心附近南雁隧道3號豎井爆破為例，分析爆破過程中的安全管理問題。

南雁隧道3號豎井中心位于中山路和體壇路交叉路口附近，緊鄰大連地鐵會展中心站，爆破斷面處于地鐵地下站臺位置。該地段地質屬于Ⅳ級圍巖地質，機械開挖困難，采用礦山法爆破施工。為防止隧道爆破施工對地鐵及站臺產生影響，在施工前召開專家論證會，提出3號豎井的爆破方案，同時對現場爆破作業進行實時監測，并由爆破安全監理單位進行安全監督，及時調整爆破參數。3號豎井及爆破斷面位置示意圖如圖1所示，隧道下穿會展中心地鐵站簡化地層及結構示意圖如圖2所示。

圖1 3號豎井周邊情況及測點位置Fig.1 Regions around 3# vertical shaft and the measuring points

圖2 隧道下穿會展中心地鐵站簡化地層及結構Fig.2 Simplified strata and structure of tunnel under the convention and exhibition center subway station

現場采用爆破測振儀[17]進行監測，通過儀器中的三向速度傳感器將振動信號轉換成電信號并儲存在儀器中，通過電腦直接讀取分析振動三向速度、頻率及矢量合速度，并將實時監測的數據以圖像形式顯示出來。測點1和測點2的爆破振動監測數據如表1所示，通過表1可以看出，測點1和2處的振動速度均小于《爆破安全規程》[13]中關于地下軌道交通及一般民用建筑物的振動速度規定。由此表明爆破專家商討決定的爆破方案能有效控制爆破振動速度，切實有效可行。通過表1合速度可以看出，通過調整爆破參數，振動速度更加趨于安全標準以下，振動頻率更加穩定。

表1 測點振動速度檢測結果Table 1 Detection results of vibration speed

圖3所示為2016年11月6日3號豎井爆破測點1和測點2處振動速度圖譜，能夠看出，不斷根據實時監測的數據改進爆破方案，爆破振動z方向速度以及合速度都可以更好地滿足規定。

圖3 監測地點z向與合速度圖譜Fig.3 Speed of z-direction and resultant at measuring points

6 結論

城市建設是集技術科學性和管理合理性相結合的綜合體現。大連南雁隧道工程一方面滿足了城市發展對電力消耗增大的需求，一方面同城市合理化建設、有效節約建設成本、高效完成建設任務的訴求相吻合。南雁隧道工程采用礦山法施工以保證施工進度，在爆破過程中合理運用安全評估、爆破監理和振動速度監測這“三架馬車”，有效鑒別風險(源)，分析安全風險，對風險(源)進行分類與分級，提出針對性的工程實施建議，以提高施工圖設計的質量，保障工程自身施工與其周邊環境的安全，從而規避或減少因設計缺陷、失誤、可實施性差等原因引起工程事故的風險，有利于領導決策以及在施工階段落實安全生產的科學化、系統化和規范化管理，保證隧道工程高效、安全順利進行，為此類電力工程施工過程進行安全管理提供了很好的借鑒方向，具有較高的參考價值。