南玉隧道高壓鐵塔控制爆破施工技術應用

蔣桂燕

摘要：文章為解決高速鐵路隧道爆破施工對高壓鐵塔爆破振動和飛石的有害影響，結合南玉高速鐵路隧道工程實例，介紹在新建隧道洞口緊鄰高壓電塔且又存在錨固樁爆破施工的復雜情況下，采取抗非法起爆、精確延時、起爆時序等一套可行的控制爆破施工技術，保證了安全要求和工期目標，為其他類似工程的施工工作提供一定的借鑒。

關鍵詞：南玉隧道；高壓電塔；控制爆破；施工技術

中圖分類號：U455.6? ? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）02-0059-04

0 引言

當前，在高速鐵路建設中，特別是在與高壓輸電線錯綜交叉且又緊鄰高壓輸電設備的復雜環境下進行石方控制爆破施工時，為避免爆破施工事故的發生，應采取一套安全、可靠、經濟、有效的管理和技術措施。本文針對緊鄰高壓輸電線及鐵塔的特別復雜隧道工程控制爆破施工，從方案施工總體思路、爆破方案確定、施工工藝及操作要點、爆破參數設計、裝藥結構、填塞質量控制、起爆網絡設計、安全防護設計等方面進行分析，并據此提出施工建議，以期對在隧道施工中存在高壓輸電鐵塔復雜環境下的控制爆破施工起到參考和借鑒作用。

1 工程概況

南寧至玉林高速鐵路為國家Ⅰ級電氣化鐵路，設計時速為350 km/h，由中鐵二十五局集團承建的南玉鐵路№1標段站前工程，隧道工程共5座，其中盤古嶺隧道進口右側DYK2+422 m有一處220 kV高壓輸電線與線路中線成73°夾角斜向在上空穿過，該高壓線鐵塔高度為18 m，根據設備管理單位提供資料，鐵塔基礎為4根1.8 m×1.8 m鋼筋混凝土樁基礎，長為8 m，距隧道洞底垂直高度為32 m ，距錨固樁頂面正上方垂直高度為39.5 m；線路右側高壓線鐵塔距隧道開挖線27 m、高出線路位置26.5 m，距兩個錨固樁為20 m，高出錨固樁頂面26.5 m，存在爆破飛石擊中高壓輸電線和爆破振動對鐵塔穩定的可能性，給爆破施工防護帶來困難。 具體施工環境如圖1、圖2所示。

為保證施工爆破振動及電力電塔的安全，隧道施工中應對DYK2+362.95～DYK2+450采取控制爆破，并對電塔基礎進行質點峰值振動速度和主振頻率進行監測，加強對洞內及電塔監測，確保施工安全。

2 爆破施工需重點控制和注意的問題

考慮隧道范圍內存在不良地質和特殊巖土，爆破施工需重點控制和注意隧道進口緊鄰的高壓輸電線，高壓輸電線為南寧市青秀區整個區干線輸電，一旦被破壞，造成的損失將無法估量。該隧道施工隊分別從技術和措施上對正洞和錨固樁進行爆破施工技術控制，存在的主要危害為高壓輸電線被飛石損壞，造成鐵塔失穩，因此需將爆破振動控制在一定范圍內，確保高壓輸電線絕對安全。

3 爆破方案

3.1 爆破施工要點

該隧道地質巖性為砂質灰巖，夾層較多、圍巖較差，圍巖級別為Vb級圍巖，根據施工設計圖和施工方案采用的開挖方法為兩臺階開挖法，為保證掘進斷面質量，斷面輪廓采用光面爆破技術。根據爆破周圍的復雜環境，爆破施工要充分考慮爆破振動、飛石對高壓輸電設施造成的危害。對個別飛石對輸電線造成的危害，采用橡膠炮被進行覆蓋防護；對于爆破振動對高壓線鐵塔造成的危害，采取嚴格控制裝藥量和一次最大起爆量，采取分區起爆和孔外微差延時的起爆網絡，結合設計方案正洞采用二臺階開挖法施工［1］，上、下臺階分次爆破，上臺階分4個區、下臺階分2個區分別起爆，每個區分段延時，嚴格控制爆破振動在一定范圍內，減小其對高壓線鐵塔的影響。

3.2 爆破施工工藝流程

爆破施工工藝流程如圖3所示。

3.3 爆破參數設計

（1）孔徑。根據施工現場機具及常規，確定炸藥直徑使用情況，炮孔直徑d=40 mm。

（2）炮孔深度。按施工組織設計施工方案的要求， Vb級圍巖的正洞的每循環進尺為1.6 m，超深l=0.2 m，每炮孔利用率η=0.90，炮孔深度L=1.6+0.2=1.8 m。

（3）掏槽孔。炮孔布置采用梅花形布孔，中間為第一排，采用直孔形掏槽，兩邊為第二排，采用雙排向內傾斜楔形掏槽形式，傾斜角度為71.3°，炮孔排間距為1.0 m，炮孔間距為0.5 m，兩傾斜孔底部間距為0.6 m。中間孔炮孔深度H＝1.6 m，傾斜孔炮孔深度較普通炮加深0.3 m，加深后為2.2 m。

（4）輔助孔。炮孔間距根據巖石性質確定，按0.85 m～1.0 m取值。

（5）底板孔。炮孔間距按0.8 m～1.0 m取值，取值為0.9 m，底孔孔口較底板高0.2 m，為保證爆破后不留“巖坎”，炮孔整體向下傾斜，炮孔孔底低于底板輪廓線0.2 m。

（6）周邊孔。炮孔布置在距輪廓線內0.2 m處，根據設計要求光面爆破，炮孔間距a取0.4 m，光面爆破層厚為0.9 m（光面爆破設計不重點敘述）。隧道正洞兩臺階開挖法炮孔布置如圖4所示。

圖4 兩臺階開挖法施工爆破炮孔布置圖（單位：cm）

（7）炮孔設置合理性比較。根據實際布置炮孔數量與經驗公式N=3.3[fs23]［2］進行估算比較合理性。公式中，N為炮孔數量，單位為個；f為巖石緊固性系數，泥質灰巖巖石堅固性系數f=8～10，取值為9；該隧道掘進斷面面積S=67.38 m2。綜上計算得出，N=3.3[fs23]=3.3[9'67.3823]=109個。

根據設計，炮孔布置總數為117個，因考慮周邊孔光面爆破的效果，本設計炮孔數量要求相對稍偏大。

（8）裝藥量計算。根據每循環進尺，計算不同類別的炮孔單孔裝藥量，確定一次起爆總藥量和一次最大起爆藥量（同一時間、同一段別起爆的藥量總數），便于核算爆破振動檢算。炮孔單孔裝藥量，按線裝藥系數來控制，根據實際炸藥規格采用直徑為32 mm的藥卷，每節長0.4 m，重0.3 kg，線裝藥密度q=0.75 kg。裝藥計算按線裝藥系數掏槽孔0.75 kg/m，輔助孔、底板孔0.6 kg/m，周邊0.4 kg/m進行計算裝藥。列表計算總藥量，按公式Q=qV=qsLη計算。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。Vb級圍巖臺階法施工爆破參數見表1。

該隧道地質情況為砂質灰巖，根據經驗值巖石堅固性系統f=8～10，隧道爆破單位炸藥消耗量經驗值為0.9～1.2 kg/m3，設計單耗q=0.95 kg/m3，滿足要求。

通過藥量計算，最大一次起爆藥量（單段）為Qmax=9.9 kg。

3.4 裝藥結構、填塞

掏槽孔、輔助孔裝藥結構采取連續耦合裝藥結構，周邊孔采取間隔不耦合裝藥結構，為嚴格控制個別飛石的危害，嚴禁利用石塊和易燃材料作為填塞材料，嚴禁不填塞爆破，填塞長不小于30 cm。

3.5 起爆網絡設計及起爆網絡圖

該隧道地下水豐富，設計采用抗水性能好的乳化炸藥，因該爆區處在高壓線范圍，不受雜散電流影響，起爆雷管采用安全性能較好的普通毫秒導爆管雷管，傳爆雷管采用安全性能較好的電子雷管，起爆網絡采用孔外延時起爆系統，為保證第一順序段雷管起爆時，整個網絡爆轟已傳到最后順序段的起爆雷管，先爆孔不會破壞整個網絡。孔內全部采用13段普通毫秒導爆管雷管，該雷管延時為650 ms，傳爆雷按起爆順序MS1-MS12按100 ms延時遞增，每個順序段所有起爆雷管采用簇聯方式連接，每簇雷管不得超過20發，為確保起爆網絡的準確起爆，傳爆雷管采用雙發電子雷管串聯起爆方式。

隧道主洞爆破起爆網路的起爆基本順序為掏槽孔→輔助孔→周邊孔→底板，具體爆破分上、下臺階分開爆破，上臺階起爆順序為MS1→MS12，下臺階起爆順序為MS1→MS9。各種斷面爆破施工起爆網絡，裝藥結構如圖5所示。

3.6 安全防護設計

（1）爆破振動檢算。主要是檢算高壓輸電線鐵塔的振動影響，根據我國《爆破安全規程》推薦公式 ［υ］=[Q3Rα]［3］，以及本施工項目中最大一段最大裝藥總量Qmax和爆點的距離等，計算出最大實際的爆破振動速度υ與建筑物爆破振動安全允許標準值［υ］進行比較，不得超過允許值。根據該隧道爆破環境情況，最不利情況為離隧道開挖面27 m，爆破振動計算點至爆源的最近距離R=27 m，爆破振動頻率f=40 Hz～100 Hz，爆區為中硬石灰巖，根據爆破振動安全允許標準值［υ］鐵塔按工業和商業建筑、頻率f＞50 Hz（隧道為地下淺孔爆破頻率f=60 Hz～300 Hz）為4.2 cm/s～4.5 cm/s，取最小值［υ］=4.2 cm/s，與地形、地質有關的系數和衰減系數K、α，中硬巖石K=150～250，取值200，α=1.5～1.8，取值1.7，

υ=[Q3Rα]=200[×] [9.93271.7]=2.7 cm/s＜4.2 cm/s

通過計算，爆破振動在允許范圍。

（2）爆破體飛石防護。隧道主洞爆破施工時爆破體表面整體采取橡膠輪胎編制成尺寸1.5 m×1.5 m的“炮被”（互相用鐵絲連成）進行覆蓋防護。錨固樁爆破施工時，在樁基鎖口上方設置第一層墊4根直徑為40 mm的鋼管，第二層用單層竹跳板滿鋪，第三層采取爆被（橡膠輪胎編制成，尺寸為1.5 m×1.5 m）滿鋪覆蓋防護，第四層采用20個土袋壓重。

（3）個別飛散物安全距離。個別飛散物對人員的安全距離，淺孔爆破的最小安全距離為200 m，確定最小安全允許距離為200 m。

綜合上述，爆破安全防護距離確定以爆區為中心范圍200 m外，防護半徑R≥200 m。

（4）安全（警戒）防護。為保證萬無一失，根據實際情況增加警戒防護點，保證附近通行的車輛、行人、施工人員和設備安全。

3.7 工藝操作要求

（1）爆破前的現場試驗及布孔和鉆孔。爆破時現場要進行爆破前的試爆，試爆符合要求后才能進行布孔和鉆孔的施工。

（2）裝藥與堵塞。裝藥前，技術人員、安全員、監理人員要對每個炮孔的孔距、排距、孔深和角度進行現場核對，符合要求后進行下一道堵塞工序施工。

（3）連接起爆網絡及覆蓋爆破體。爆破網絡連接必須由爆破員嚴格按網絡設計的技術交底進行網絡連接，爆破體覆蓋及錨固樁孔口也必須嚴格按方案實施，經驗收合格后，方可進行下一道工序。

（4）安全警戒防護。安全警戒防護，嚴禁邊裝藥、邊鉆孔［4］，裝藥前人員及機具必須撤離到安全區，防護人員到位警戒。警戒防護不得有盲區，防護人員要互相通視。

4 結語

盤古嶺隧道工程施工，通過嚴格管理，取得較為明顯的工期和經濟效益，特別是在設計爆破孔網參數時，考慮要保持隧道斷面的超挖控制，采取了光面爆破施工的技術設計后，經現場試爆和實際操作，隧道斷面光面爆破“半孔率”達90%以上，極大地降低了隧道施工成本。為保證爆破施工爆破振動和電磁的影響，爆破器材采取目前最先進的電子雷管，在有電力線存在的情況，解決了抗非法起爆、精確延時、起爆時序的問題，保證爆破振動和起爆安全性。為保證爆破個別飛散物的影響，在錨固樁孔口采取3層覆蓋防護，采取防止覆蓋被掀翻的措施，在正洞施工時，采取炮被覆蓋防護和改變臨空面的方向，確保對個別飛散物的控制。在施工過程中，嚴格按施工方案和技術交底進行施工，嚴格把控工序驗收關；在爆破施工技術方面，爆破參數選擇合理，爆破達到預期的效果；起爆網絡采用微差合理，巖石的破碎達到預期效果。本研究對類似工程具有一定的參考和借鑒作用。

5 參考文獻

［1］Q/CR 9604-2015，高速鐵路隧道工程施工技術規程［S］.

［2］中國工程爆破協會.爆破設計與施工［M］.北京：冶金工業出版社，2011：340.

［3］GB6722-2014，爆破安全規程［S］.

［4］國務院令第653號，民用爆炸物品安全管理條例［A］.2014.