鄰近既有線石方控制爆破施工技術(shù)

鮑東岳

中鐵十二局集團第二工程有限公司 山西太原 030032

隨著社會的快速發(fā)展，既有單線鐵路運能已不滿足經(jīng)濟高速發(fā)展的需要，鐵路改建、擴建等鄰近既有線施工越來越多，鄰近既有線施工環(huán)境復雜，施工干擾大，安全風險高，且對既有鐵路運輸組織影響較大，特別是石方爆破施工，但爆破施工經(jīng)濟、高效，本文根據(jù)具體工程特點，介紹了鄰近既有線施工石方控制爆破施工方案及防護措施，確保了施工安全，為類似鄰近既有線石方開挖施工提供參考。

1 工程概況

某復線鐵路站改工程鄰近既有線施工，需對既有路基左側(cè)進行路基填筑和路塹開挖，其中路基土石方填方27923方，挖土方41437方，挖石方168636方。石方開挖采用控制爆破施工，爆破開挖區(qū)域長度588.65m，與既有線左側(cè)相距0-80m。

既有鐵路為電氣化單線鐵路，全天開行14對客運列車，既有車站站內(nèi)有門式鋼柱接觸網(wǎng)、信號燈及相關(guān)控制設(shè)備、道岔控制設(shè)備等，車站兩側(cè)有鐵路10KV貫通線、鐵路用變壓器、車站運轉(zhuǎn)值班室等鐵路設(shè)備設(shè)施，既有車站右側(cè)有大量民房。站改工程石方爆破開挖施工環(huán)境復雜，施工干擾大，安全風險高。根據(jù)施工總體安排，需6個月內(nèi)開挖近17萬方硬質(zhì)灰?guī)r，工期緊，任務(wù)重。

2 總體開挖方案

根據(jù)本工程的地質(zhì)地形和周邊環(huán)境條件，及《爆破設(shè)計與施工》[1]、《爆破安全規(guī)程》[2]、《鐵路安全管理條例》相關(guān)要求，結(jié)合以往類似工程的實踐經(jīng)驗，確定本工程的總體設(shè)計原則和開挖方案如下：

（1）在確保安全的前提下，盡量采用控制爆破開挖，提高開挖效率。

（2）整體采用預留巖墻精準微振控制爆破技術(shù)，距既有鐵路較遠處采用深孔爆破開挖，臺階高度為10m，在接近保留巖墻6m處時采用淺孔爆破，淺孔臺階高度為3m，以此確保巖墻高度始終高于主爆區(qū)3m，起到天然屏障的作用，如圖1所示。

圖1 預留巖墻的主爆破方案示意圖

（3）巖墻采用淺孔弱爆破和機械破碎結(jié)合的方式逐層拆除，在遠離既有線側(cè)采用淺孔弱爆破，抵抗線1-1.2m，緊挨既有線側(cè)采用機械破碎的方式，如圖2所示。

（4）對于保留邊坡，坡度大于等于1：0.75的采用預裂爆破，小于1：0.75的采用緩沖弱爆破+挖機刷坡的方式。

（5）按爆破區(qū)域截面形式及與既有線左側(cè)路肩的距離關(guān)系，將施工區(qū)域分成了6個區(qū)域（如圖3），根據(jù)現(xiàn)場地形和現(xiàn)有施工便道情況，選擇三個工作面進行開挖，一是從第一區(qū)開始往大里程開挖，二是在第四區(qū)域既有溝槽處（現(xiàn)溝槽底部與既有鐵路標高基本齊平），以淺孔控制爆破法向溝槽東、西兩側(cè)拓展，修整形成便于中深孔爆破施工的兩個臨空面，采用中深孔爆破向東西兩側(cè)進行主體開挖，優(yōu)先開挖東側(cè)山體，以便于出渣。開挖順序示意圖見圖3。

圖2 巖墻處理方式示意圖

圖3 開挖順序示意圖

（6）利用現(xiàn)有地形和起爆順序，設(shè)置爆區(qū)拋擲方向背離既有鐵路方向。起爆順序示意圖見圖4。

圖4 開挖平面示意圖

根據(jù)爆破區(qū)域的不同，嚴格控制爆破炸藥單耗、單響最大藥量和一次爆破規(guī)模。中深孔區(qū)采用逐孔起爆的方式，淺孔爆破采用每2-3孔為同一段位毫秒雷管起爆，最大限度地減少爆破振動對周邊環(huán)境的影響。

（7）爆后大塊巖石的二次解小，采用機械破碎法，既保證施工安全，又有利于挖裝作業(yè)的連續(xù)性，提高裝車效率。

（8）根據(jù)位置的不同，選取主動和被動綜合防護措施，有效避免飛石對既有鐵路安全運營的影響。

（9）為了確保控制爆破設(shè)計更加精準，在大規(guī)模爆破施工前，首先選取典型位置進行3次小規(guī)模的爆破試驗，試爆藥量從設(shè)計藥量的一半開始，逐漸增加。通過對爆破效果、防護效果以及監(jiān)測結(jié)果進行分析，進一步反饋完善設(shè)計和施工工藝，最終達到優(yōu)化設(shè)計參數(shù)、改進施工工藝和防護措施的目的。

（10）試爆在施工計劃天窗點內(nèi)進行，正式爆破根據(jù)試爆數(shù)據(jù)進行調(diào)整優(yōu)化，爆破施工過程中，進行全程爆破振動測試，一是嚴格控制爆破振動值，確保鐵路設(shè)備正常穩(wěn)定；二是得到該地區(qū)爆破振動傳播規(guī)律，以指導爆破參數(shù)的選取。

3 各區(qū)域控制爆破開挖方案和防護措施

根據(jù)開挖區(qū)域距既有線位置和開挖斷面的不同劃分成六個區(qū)域，每個區(qū)域采用的爆破開挖方式和相應(yīng)防護措施如下：

3.1 區(qū)域一

第一區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K554+832.1-K554+880，為雙側(cè)路塹，距離既有線左邊最近距離為60m，本區(qū)域采用中深孔爆破方式，由上往下、由遠及近逐層開挖，炮孔直徑90mm，臺階高度6-10m。

防護措施：爆破時采用橡膠炮被和沙袋進行覆蓋，主動防護網(wǎng)采用地錨固定，覆蓋于爆破區(qū)域。炮渣松動拋擲方向背離既有鐵路方向，K554+832.1-K554+880段既有線側(cè)開挖線外50厘米處設(shè)置被動防護網(wǎng)（6米高）、既有線左側(cè)水溝邊設(shè)鋼管夾式防護排架（路肩上1.5米），預防輕微飛石侵入線路。此區(qū)域典型斷面見圖5。

圖5 K554+832.1-K554+880段爆破區(qū)域典型斷面

3.2 區(qū)域二

第二區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K554+880-K554+930，此區(qū)域左側(cè)為路塹，右側(cè)至鐵路邊線為場坪開挖拉通區(qū)域，整個區(qū)域長度50m；本區(qū)域采取由上往下，由遠及近按123順序依次爆破施工，第1區(qū)域采用中深孔爆破，臺階高度為6-10m；第2區(qū)域采用淺孔爆破和淺孔松動爆破，淺孔爆破臺階高度為3m，淺孔松動爆破臺階高度1.5m；第3區(qū)域采用機械開挖。

防護措施：采用橡膠炮被加沙袋和主動防護網(wǎng)對炮孔表面進行覆蓋，通過調(diào)節(jié)起爆順序的方式使爆破自由面背離既有鐵路方向，在1區(qū)施工時在1和2間搭設(shè)被動防護網(wǎng)（6米高）；2區(qū)施工時在K554+880-K554+930段搭設(shè)被動防護網(wǎng)（6米高）；既有線左側(cè)水溝處設(shè)防護排架（路肩上1.5米）。此區(qū)域典型斷面見圖6。

圖6 K554+880-K554+930段爆破區(qū)域典型斷面

3.3 區(qū)域三

第三區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K554+930-K555+030，為雙側(cè)路塹開挖段，距既有線距離55-25m，距車站值班運轉(zhuǎn)室、電務(wù)機房20m，爆破時需特別考慮爆破振動、飛石和滾石的控制與防護。此區(qū)域典型斷面見圖7。

本區(qū)域采用中深孔爆破方式，由遠及近，由上而下開挖，臺階高度6-10m，一級邊坡采用緩沖弱爆破結(jié)合挖機刷坡的方式，二、三級邊坡采用預裂爆破的方式一次成型。

防護措施：孔口采用橡膠炮被和沙袋覆蓋，再覆蓋主動防護網(wǎng)，通過調(diào)節(jié)起爆順序的方式使自由面背離既有鐵路方向，在既有線側(cè)開挖線外50厘米處邊坡上搭設(shè)被動防護網(wǎng)（高度4-6m視地形定，以不影響接觸網(wǎng)安全為原則），既有線路塹邊坡上主動防護網(wǎng)包護。既有線左側(cè)水溝上設(shè)置防護排架（路肩上1.5m）。車站值班運轉(zhuǎn)室、電務(wù)機房后面再布設(shè)一道細目被動防護網(wǎng)，高6m。

圖7 K554+930-K555+030段爆破區(qū)域典型斷面

3.4 區(qū)域四

第四區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K555+030-K555+180，此區(qū)域左側(cè)為路塹邊坡，右側(cè)待開挖巖體緊鄰既有鐵路邊線，且為高陡邊坡，需考慮爆破振動、飛石和滾石對既有線的安全影響。本區(qū)域采用預留巖墻微振控制爆破技術(shù)，在鄰近既有鐵路側(cè)預留巖墻，巖墻頂部寬度3m，巖墻高出主爆區(qū)3m，隨主爆區(qū)同步下降。首先開挖第1區(qū)域，采用中深孔爆破，臺階高度為6-10m；第2區(qū)域采用淺孔爆破，臺階高度2-3m，預留巖墻采取淺孔爆破與機械開挖相結(jié)合的方式拆除。

防護措施：開挖初期在區(qū)域2頂部搭設(shè)6m高被動防護網(wǎng)，隨著開挖的進行，逐漸降低防護網(wǎng)位置，搭設(shè)高度以小于防護網(wǎng)底部至接觸網(wǎng)回流線水平距離1米為準。第12區(qū)域爆破時，都需要對炮孔采用橡膠炮被和沙袋覆蓋，再覆蓋主動防護網(wǎng)。

圖8 K555+030-K555+180段爆破區(qū)域典型斷面

3.5 區(qū)域五

表1 中深孔爆破時不同臺階高爆破參數(shù)表

第五區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K555+180-K555+270，為填方區(qū)域，在既有線左側(cè)路肩外側(cè)搭設(shè)防護排架（路肩上1.5米）。

圖9 K555+180-K555+270段典型斷面

3.6 區(qū)域六

第六區(qū)域?qū)?yīng)既有里程為K555+270-K555+421.45，此區(qū)域左側(cè)為高陡邊坡，邊坡坡度大于80°，屬既有線路塹左側(cè)擴挖區(qū)域。本區(qū)域采用中深孔爆破、淺孔松動爆破和機械破碎結(jié)合的方式開挖，在鄰近既有鐵路側(cè)需預留一定巖墻。首先采用淺孔松動爆破開挖第4區(qū)域，同時預留厚大于3m，高3m巖墻，防止上部爆破開挖產(chǎn)生滾石；接著由上至下，由遠及近按①②③順序依次采用淺孔爆破開挖，臺階高度為1.5-2m，區(qū)域①采用淺孔爆破開挖，區(qū)域②時采用預留巖墻開挖，巖墻高出主爆區(qū)3m，之后隨著主爆區(qū)采用淺孔松動爆破結(jié)合機械破碎的方法開挖，區(qū)域③不留巖墻，直接采用淺孔松動爆破結(jié)合機械破碎的方式開挖，采用間隔裝藥，減小炸藥單耗；區(qū)域③開挖結(jié)束后繼續(xù)開挖區(qū)域④剩余部分和邊上的預留巖墻，預留巖墻在天窗點內(nèi)采用機械破碎方式開挖。防護措施：爆破采用弱裝藥，通過調(diào)整起爆順序確保爆破拋擲方向背向鐵路，炮孔采用橡膠炮被和沙袋覆蓋。第④區(qū)域在巖墻頂部搭設(shè)被動防護網(wǎng)，高度4m；在第③區(qū)域爆破前，在③區(qū)域采用主動防護網(wǎng)進行全封閉覆蓋，外側(cè)搭設(shè)防護排架，排架高度高于待拆除的高邊坡，采用錨桿固定，隨著向下開挖逐步降低防護網(wǎng)和排架。在開挖第④區(qū)域預留巖墻時，先拆掉頂部的被動防護網(wǎng)（搭設(shè)高度以小于防護網(wǎng)底部至接觸網(wǎng)回流線水平距離1米為準），巖墻拆除至一定高度后再恢復設(shè)置被動防護網(wǎng)。既有線左側(cè)水溝上設(shè)置防護排架（路肩上1.5米）。

圖10 K555+270-K555+421.45段爆破區(qū)域典型斷面

4 爆破參數(shù)

4.1 中深孔爆破

采用φ90履帶式潛孔鉆機成孔，孔徑：D=90mm，采用三角形（梅花）型布孔方式，對炮孔采用連續(xù)裝藥，反向起爆裝藥結(jié)構(gòu)，炸藥采用乳化炸藥，堵塞材料采用粘性土，最小抵抗線取3-4米，最小抵抗線方向背向既有鐵路線。為控制振動速度，確保安全，中深孔爆破采用分段爆破。中深孔爆破時不同臺階高爆破參數(shù)表見表1。孔距：a=（30-50）×D，排距：b=（0.8-1）a，孔深：L=H+1m（超深為10%-15%H，取1-1.5米），炸藥單耗：q=0.34kg/m3，單孔裝藥量：Q=qawH，填塞長度L=（25-35）d=2.25-3.15。

本次爆破使用毫秒延期導爆管雷管，連續(xù)裝藥方式。為減少爆破振動，孔內(nèi)采用延期550ms雷管，孔間采用50ms，排間采用110ms，實現(xiàn)逐孔起爆。嚴格控制起爆炮孔數(shù)量，單排、多排起爆時單次爆區(qū)不超過1530kg。

4.2 淺孔松動爆破

采用YT28手持式風鉆成孔，孔徑42mm，孔距：a=0.8m；排 距：b=0.8m； 臺 階 高 度：H=1.5m； 超 深：h=0.3m；孔 深 L=H+h=1.8m； 單 耗：q=0.35kg/m3； 單 孔 藥 量：Q=abqH=0.8×0.8×0.35×1.5=0.3kg。

底盤抵抗線控制，布前排炮孔距坡頂線必須在1m以上，以控制爆破飛散物。裝填?32mm乳化炸藥，填塞長度1.50m，可有效地控制爆破飛散物。

4.3 常規(guī)淺孔爆破

采用YT28手持式風鉆成孔，孔徑42mm，孔距：a=1.2m； 排 距：b=1.2m； 臺 階 高 度：H=3m； 超 深：h=0.3m；孔深L=H+h=3.3m；單耗：q=0.4kg/m3；單孔藥量：Q=abqH=1.2×1.2×0.4×3=1.8kg。

底盤抵抗線控制，布前排炮孔距坡頂線必須在1.2m以上，以控制爆破飛散物。裝填?32mm乳化炸藥，填塞長度1.8m，可有效地控制爆破飛散物。為有效控制爆破地震及飛石等有害效應(yīng)，采用孔內(nèi)孔外相結(jié)合的非電毫秒延時爆破網(wǎng)路，按不同距離及相應(yīng)允許安全藥量分段，確定采用單孔、雙孔或三孔同時起爆，控制最大一段爆破藥量。孔內(nèi)使用大段別雷管（MS12），孔外使用MS4段非電雷管傳爆接力，根據(jù)允許起爆的安全藥量、孔數(shù)，采用串聯(lián)方式聯(lián)接。爆破距離保護物較近時采取小臺階（1.5m），單孔起爆，小規(guī)模爆破。淺孔爆破以背向鐵路方向為臨空面。

4.4 預裂爆破

為形成穩(wěn)定平整的坡面，線路左側(cè)路塹邊坡坡比大于1：0.75的采用預裂爆破，邊坡高度H為6-10m。根據(jù)《鐵路路塹邊坡光面（預裂）爆破技術(shù)規(guī)程》[3]，預裂爆破參數(shù)選取如下：爆破鉆孔直徑選用d=90mm，沿開挖面鉆孔；預裂爆破的孔距：a=nd，孔距計算系數(shù)，與巖性及孔徑有關(guān)，一般n取8-12；線裝藥密度：q=ka，其中k為預裂爆破的單位面積巖石炸藥消耗量（g/m2），根據(jù)開挖區(qū)巖性，取380-580；炮孔深度：L=（H+h）/sinα；根據(jù)現(xiàn)場巖石堅硬情況，鉆孔超深h取1.0m；預裂爆破的單孔裝藥量：Q1=qL；不同的臺階高度下單孔裝藥不同，其中10m臺階高度時單孔裝藥量在3.7-8.6kg；預裂炮孔鉆孔前，應(yīng)先測量確定邊坡邊線，按照邊坡設(shè)計坡度在邊線上鉆孔，孔間距應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)調(diào)整。預裂爆破炮孔布置示意圖見圖11。

圖11 預裂爆破炮孔布置示意圖

預裂爆破采用導爆索孔內(nèi)傳爆，為保證炮孔底部破碎效果，孔底采用加強裝藥，炮孔堵塞長度不小于1.4m。預裂孔先響，主爆區(qū)再依次逐孔起爆，為控制爆破振動對既有線的影響，預裂孔一次不超過5孔。

5 結(jié)語

通過控制爆破施工，該站改工程鄰近既有線石方開挖已安全順利完成，可為同類工程提供借鑒。