临近既有铁路路堑控制爆破施工技术

刘长义

1 工程概况

成绵乐客运专线DK11+170.556～DK11+746.154段为临近既有铁路的高路堑土石方开挖工程,全长575.598 m,路堑设计宽度21 m。设计挖方量约55万m3,其中石方40万m3,土方15万m3。该工程位于林地范围,周围300 m范围内无建筑物,右侧为宝成线和地方公路,路堑外边线距既有线外侧距离为15 m～70 m。路堑分1级～5级台阶开挖,每6 m～8 m分一级台阶,总开挖高度6 m～40 m,开挖宽度8 m～50 m。地质情况从上至下分别为:山体表面植被茂盛,表层为全风化的W4粉质黏土夹个别孤石,中层为强风化的W3泥岩夹砂岩,底层为弱风化的W2砂岩。路堑开挖方式为:多数土质地段采用机械开挖,局部石质地段需采用爆破结合机械方式开挖,为防止新线路施工时对既有运营线路造成影响,需采用必要的防护措施施工。

2 控制爆破方案设计

2.1 浅眼小台阶微差松动控爆设计

DK11+170～DK11+184段长14 m,该段采用“预留隔墙台阶爆破法”进行开挖,同时在爆体顶部采用重型覆盖防止顶部飞石;在边坡和主爆区分别采用预裂爆破和“不对称逐孔微差起爆网络技术”等爆破减震技术对爆破地震波进行有效控制。

2.1.1 爆破顺序和台阶布设

山体由上至下逐层开挖,每层2 m～3 m,爆破时,为了保证边坡稳定,边坡采用预裂爆破技术,沿边坡线爆破开一条防震缝,然后再爆破主爆体。第一层主爆体爆破时,靠既有线一侧留2 m～3 m宽的岩体不爆,作为中部主爆体爆破的“隔墙”,待下一层主爆孔爆破时,再在“隔墙”中部布一排竖直密眼爆除其高度的一部分,使隔墙始终保持比主爆体高1.5 m～2.0 m左右(强风化地段不需爆破,可用机械直接挖除)。每次爆破顺线路方向布设2排～3排孔,台阶及炮眼布设见图1。

2.1.2 孔网参数

表1 预留隔墙台阶爆破参数

由于台阶靠既有线一侧留有隔墙,台阶内部的石方由于有隔墙作屏障,可采用适中孔网参数的纵向多排微差爆破方法。施工中主爆体和隔墙具体孔网参数见表1。

2.1.3 药量计算

1)主爆孔单孔药量:Q=q·a·b·H。

其中,q=1.1q1;H=0.8L～0.9L。

2)隔墙单孔装药量:Q=q·b·(B/2)·H。

其中,H为台阶高度,m;B为隔墙厚度,m;q=0.7q1。

3)边坡预裂孔装药量:Q=q线·L。

其中,q线为线装药量,q线=0.2 kg/m～0.3 kg/m;L为孔深,m。

2.1.4 装药结构和堵塞长度

台阶中部主爆孔采用底部连续装药;边坡孔和隔墙采用间隔装药。主爆孔堵塞长度为1.2 m～1.3 m,边坡孔和隔墙孔为0.6 m～0.8 m。

2.1.5 起爆网路

起爆顺序为:边坡孔先爆,预裂开一条防震缝后,其余炮孔采用“梯形排间微差起爆网路”再起爆。

2.2 深孔高台阶微差松动控爆设计

DK11+184～DK11+415段长231 m,开挖宽度大于10 m,采用深孔高台阶微差松动控制爆破法,钻孔直径为76 mm和100 mm,一般开挖深度控制在8 m～10 m,最小不小于5 m。为确保爆破后边坡的稳定,边坡采用光面爆破技术。

2.2.1 爆破参数设计

1)首排抵抗线w的确定。

根据以往类似工程的实践经验,当梯段高度大于70倍孔径时,首排抵抗线w可取30φ～35φ。钻孔直径76 mm时,w=30φ=2.3 m;钻孔直径 100 mm时,w=30φ=3.0 m。

2)孔排距b的确定。

φ=76 mm时,b=2.0 m;φ=100 mm 时,b=2.6 m。

3)孔间距a的确定。

φ=76 mm时,a=2.7 m;φ=100 mm时,a=3.5 m。

4)超深h1。

φ=76 mm时,h1=0.35 mm;φ=100 mm时,h1=0.45 m。

5)孔深L。

6)堵塞长度h0。

2.2.2 光面爆破装药参数设计

光面爆破采用φ 76 mm钻孔,沿边坡线布设光爆孔,钻孔斜度与边坡坡度一致,钻孔深度等于边坡长度。炮眼密集系数m=0.8,孔间距a=15φ,装药量根据爆破体积单耗确定,单耗q=0.3 kg/m3。光爆孔采用不耦合间隔装药结构,堵长h0与孔间距相等,孔底加强装药。光爆孔主要设计参数见表2。

表2 光爆孔主要设计参数表

2.2.3 起爆网路设计

采用非电导爆管起爆网路,所有深孔爆破均采用复式闭合网路,每个起爆体设置2发同段非电毫秒雷管。

深孔梯段炮孔一次起爆3排～5排,采用V形或波浪形爆方式,由允许振动速度推算的允许最大一段或一次起爆药量(见安全及防护措施),控制单段雷管引爆的钻孔数量,当单孔装药量大于允许单响装药量时采取孔内微差起爆技术控制单响药量,孔内微差时不同起爆段间用砂土间隔,间隔长度0.5 m～1.0 m。

光爆孔在主爆孔起爆完后起爆,在震动允许的条件下所有光爆孔最好同段起爆,一般光爆孔同一个段的起爆孔数不得少于5个。

3 安全防护措施

1)加强堵塞,保证堵塞长度和质量,深孔爆破孔口用砂包防护。

2)浅眼或孤石爆破采用废旧轮胎编织的“炮被”或砂袋覆盖爆破体。

3)利用山包或爆破预留隔墙进行防护不具备以上两条件时可在既有铁路及公路侧开挖线2 m～3 m外堑顶设置直立式钢管防护排架。搭设方法为:在扩堑既有线侧架设钢管排架,排架高5 m～6 m,一次搭设长度30 m～50 m,随路堑开挖进行倒用,竖向钢管间距1 m,横向钢管间距1.2 m,排架靠坡面部分每个钢管结点用锚杆锚固于坡面上,高出堑顶部分用钢丝绳拉于坡面或地锚固定,并在钢管内侧绑扎竹夹板封闭。

4 爆破效果分析及结论

1)通过选取合理的孔网参数、装药结构和起爆网路,能够有效地控制爆破振动和飞石等,为实现复杂环境下铁路路堑开挖的快速、安全施工奠定基础;2)预裂爆破技术的应用降低了爆破震动,保护了边坡的稳定性和满足了工程中对平整度的高标准要求,但是在施工中,必须充分重视高精度的钻孔工艺的实施,这是更好实施预裂爆破技术的前提和基础。

5 结语

临近既有铁路进行新线扩堑石方爆破施工,遇到的最大技术难题是如何控制飞石和渣堆坍落方向,防止爆渣滚落时损坏既有线设施,中断行车。结合工程实际情况,总结得出一套适应既有线高边坡作业的控制爆破施工方法,不但保证了既有线的正常运营,而且提高了工效,加快了施工进度,在边坡稳定和平整等方面效果良好,光面爆破成孔率达85%以上。

[1]张建军.浅谈光面预裂爆破在县乡山区公路中的应用[J].山西建筑,2008,34(24):286-287.