山区上跨高铁隧道高边坡路堑爆破开挖施工技术

齐立宾

（中铁十八局集团有限公司 天津 300222）

山区上跨高铁隧道高边坡路堑爆破开挖施工技术

齐立宾

（中铁十八局集团有限公司 天津 300222）

结合山区某高速公路上跨高铁隧道挖方路基施工，详细介绍了山区上跨高铁隧道高边坡路堑分层分段开挖方法、控制爆破施工技术、预裂爆破施工技术、静态爆破施工技术等。施工实践及监测结果表明，高边坡路堑开挖过程中，既有高铁隧道振速、沉降及收敛稳定，在规范及设计要求范围内，满足施工安全及运营需要。

山区跨高铁隧道 路堑挖方 控制爆破 静态爆破 监控量测

近几年，西南地区高速铁路和高速公路等基础建设得到迅猛发展，但西南地区山区面积大，地形条件复杂，铁路与公路并行和交叉情况时有发生，给交通规划选线带来巨大考验，给施工组织和施工工艺提出了更高要求。以贵州省安紫高速公路上跨沪昆高铁山岚桥隧道挖方路基施工为研究背景，在既有高铁隧道顶部，开挖55.3 m高的路堑，路堑分4～7级边坡，开挖长度203 m。分析总结了高边坡路堑分层分段开挖，深孔爆破、预裂爆破和静态爆破施工技术，确保既有高铁隧道拱顶下沉、周边收敛和外观检测符合规范和设计要求。

1 工程概况

跨沪昆客运专线挖方施工区段里程为K1+300~K1+503。该施工点位于安顺市七眼桥镇石龙湾村附近，以路堑+旱桥方式上跨在建的沪昆客运专线长沙至昆明段客运专线的山岚桥隧道（D2K787+172～D2K787+755，长583 m）。该段路堑为4～7级边坡，开挖区段总长度为203 m，中心最大挖高为55.3 m。原地面开挖线最大宽度129 m，路堑底宽29.2 m。本作业区爆破石方工程量约44万m3，非爆破开挖石方工程量约为10万m3，设计要求在距隧道开挖轮廓线3倍洞径（洞径13.15 m）范围区应采用非爆破方式开挖。为保证沪昆客专联调联试不受影响，该挖方段施工必须于2015年7月底完工。

2 地质概况

2.1 地层、岩性

场区上覆土层为第四系残坡积层（Qel+dl）黏土，崩塌堆积（Qc）块石土；下伏基岩为三叠系下统谷脚组（T1g）中厚～厚层状白云岩。

2.2 地质构造

场区属扬子准地台之贵阳复杂构造变形区。场区岩层局部扭曲，岩层总体呈单斜产出，节理间距100～300 mm，单条节理裂隙地表延伸长度1～4 m，中风化层内节理面较为平滑，多层闭合状，强风化层中节理裂隙多呈张开状，多为无充填，局部见黏土充填，无胶结，结合一般，岩体被节理、裂隙切割成碎块、块石状。

2.3 岩土构成

黏土（Qel+dl）：褐黄色～黄色，可塑状、软塑状，厚0～8.7 m，分布于场区洼地内，斜坡上基岩出露。块石土（Qc）：杂色，块石成分为白云岩块径0.3～2.0 m，最大块径约5.0 m，含量70 %，余为黏土填充，结构松散，厚0～6.0 m，分布于山岚坡大桥桥位右侧陡崖下方。

2.4 基岩

三叠系下统谷脚组（T1g）中厚～厚层状白云岩。根据场区岩体硬度与完整性，钻探及室内试验，将场区基岩划分为强、中风化两层。

（1）强风化白云岩：灰黄色，中厚层至厚层状，节理裂隙发育，厚度2.9～4.6m。

（2）中风化白云岩：灰白色，中厚层至厚层状，节理发育～不发育，局部溶蚀发育，岩体较破碎～较完整。

3 主要施工方法

3.1 开挖方案

为保证开挖工作面的平顺、整齐、稳定，并有效地控制爆破效果和确保安全，使爆破效果满足机械化开挖作业并满足边坡设计要求，经过现场实地勘察，结合工程施工环境，确定本工程石方爆破方案。

第一层段，在该区域主爆区采用中深孔台阶松动爆破，临近边坡采用预裂爆破。为达到减振目的爆破网络使用逐孔微差网络。该层段施工结束高程为1 398.55 m，开挖高度地表以下35.2 m。

第二层段，在高程1 398.55～1 378.45 m范围采用静态爆破辅以机械开挖。该层段开挖高度为20.1 m。

采用竖向分层、每层分条块开挖方式进行开挖，以便于展开工作面施工。先行开挖第一级边坡（7.3 m高）至1 426.54 m水平高度，形成第一层作业平台，然后自二级边坡开始，整个挖方区段按边坡高度每8 m一层，分层下降开挖施工。每层再沿纵向分若干区块错开施工，第一分层～第五分层纵向分区的开挖宽度一般为b=27～30 m，第六分层～第八分层纵向分区的开挖宽一般为b=15～25 m。

图1 中深孔台阶炮孔要素示意图

3.2 第一层段中深孔爆破

3.2.1 主爆区爆破参数

（1）中深孔主爆区的爆破采用梅花形布孔，网孔参数为孔距×排距＝3.5 m×3.0 m。梯段高度为8 m。在边坡预裂孔和主炮孔之间设置二排辅助炮孔，深度为h1，h2。炮孔布置详见图1。图中b取值范围一般为3~3.5 m，h1，h2由技术交底和试爆验证后确定。

（2）中深孔爆破参数

中深孔梯段爆破参数如下：台阶高度H：8 m；孔径d：100 mm；最小抵抗线Wmin：3.0m（Wmin= （20~40）d）；孔距a：3.5 m；排距b：3 m；孔深l：9 m；超深h：1 m；装药结构与填塞长度：3.5 m（连续装药）；炸药单耗q：0.30-0.4 kg/m3（试爆确定）；单孔药量Q：25.2-33.6 kg/孔（试爆确定）。

3.2.2 主爆区爆破网络

中深孔台阶爆破采用逐孔微差爆破网络，使用非电毫秒延期雷管构造微差起爆网络，布孔形式采用梅花形布孔。每次爆破设计使用4排，每排9个炮孔，接采用串并联（如图2示）。

图2 主爆区逐孔微差起爆网络图

3.3 边坡预裂爆破

3.3.1 预裂区钻孔方法

采用履带式潜孔钻机钻孔，孔径100 mm，钻孔沿边坡设计轮廓线钻进，边坡坡度为1︰0.75。

3.3.2 预裂爆破参数设计

孔距a=0.8 m，硬岩取中值，软岩（次坚石）取小值。与主爆区距离b=2 m； 孔深h=10 m（含超钻长度）；超钻L1=0.5 m；线装药密度Q线=0.3 kg/m；单孔药量：Q=Q线h=0.3×10＝3.0 kg；钻孔方向：顺边坡设计坡度方向钻孔；起爆顺序：先于主爆区110 ms起爆。

3.3.3 预裂的装药结构与填塞方式

为取得理想的预裂爆破效果, 沿炮孔长度不同的部位宜取不同的线装药密度。装药总长度8 m，装药分两节段设计：

（1）孔底处2.0 m范围内, 为克服底板的夹制作用, 应加强装药, 取Q线底=3Q线，即每米装药0.9 kg，该节段装药1.8 kg。

（2）孔底2.0 m至距孔口处2.0 m范围内, 为避免产生爆破漏斗或将口部岩体抬起，宜采用弱装药，即装药0.2 kg/m，该节段装药1.2 kg。

（3）装药结构：采用不耦合间隔装药，不耦合系数1.5。各段药包用导爆索串联。（4）堵塞方式：黏土加细砂炮泥填满。

（5）孔底台阶的保护：装药前填30 cm砂土，以减弱对孔底台阶的破坏。

3.3.4 边坡预裂起爆网络

由于该预裂爆破区域与隧道轮廓线顶部的距离较短，为了控制单响药量不超过计算安全药量30 kg，结合实际情况确定每10孔为一段，间隔70 ms响下一段；预裂孔的爆破时间提前主爆孔110 ms起爆。

3.4 静态爆破

3.4.1 设计布眼

布眼前首先要确定至少有一个以上临空面，钻孔方向尽可能做到与临空面平行；横向分布孔距30 cm，纵向间距30 cm布置成平排炮孔，排距以30 cm左右为宜，必须采取逐排作业，不得多排同时作业，钻眼深根据现场石方状态而定，一般以1.2～2 m为宜。

3.4.2 钻孔

钻孔的直径与破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于药剂充分发挥效力；钻孔太大，易冲孔，根据以往经验本工程拟采用直径为42 mm钻孔最佳。钻孔内的余水和余碴用高压风吹洗干净，孔口旁应干净无土石碴。

3.4.3 钻孔深度和装药深度

孤立的岩石钻孔深度为目标破碎体80 %～90 %；大体积需要分步破碎的岩石，钻孔深度可根据施工要求选择，一般在2 m较好，装药深度为孔深的100 %。

3.4.4 装药

（1）向下和横向的眼孔，可在药剂中加入22%～32%（重量比）左右的水拌成流质状态，均匀后灌入钻孔内，倒满为止，每米直径42 mm的孔需要膨胀剂约2.1 kg，即每立方米岩石用膨胀剂约23.3 kg。用药卷装填钻孔时，应逐条捅实。每层炮眼1.0 m，并装药爆破，每层可爆出80 cm。

（2）水平方向和向下方向的钻孔，采用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入药剂，按一个操作循环需要的药卷数量，放在盆中倒入洁净水完全浸泡，30~50 s药卷充分湿润、完全不冒气泡时，取出药卷从孔底开始逐条装入并捅装紧，密实地装填到孔口。

（3）装药完成后3~5 h为岩石开裂时间，裂泡为2~3 cm宽。岩石刚开裂后，可向裂缝加水后支持药剂持续完全反映，可获得更好效果。

（4）每次装填过程中，已经开始发生化学反映的药剂（表现开始冒气和温度快速上升）不允许装孔内。从药剂加入拌和水到灌装结束，时间不超过5 min。

3.4.5 药剂反映时间的控制

药剂反映的快慢与温度有直接关系，温度越高，反映时间越快，反之则慢。实际操作中控制药剂反映时间太快有两种，一种是在拌和水中加入抑制剂，另一种方法是控制拌和水、干粉剂和岩石的温度。夏季气温较高，破碎前应对被破碎物遮挡，药剂存放低温处避免爆晒。将拌和水温控制在15℃以下。 药剂（卷）反映时间过快易发生冲孔伤人事故，可采用延缓反映时间的抑制剂控制。抑制剂放入浸泡药剂（卷）的拌和水中。加入量为拌和水的5 %～6 %。拌和水温度不可超过50℃。反映时间控制在30～60 min较好。

4 监控量测

4.1 爆破震动监测

图3 山岚桥隧道爆破震动监测

图4 山岚桥隧道监测数据

选用Minimate Blaster型爆破振动监测仪和三向速度传感器对爆破地震波的速度进行测试，见图3。为检测爆破对既有铁路隧道的影响，对与施工路堑交叉里程桩号的下穿沪昆高铁山岚桥隧道进行布点检测，对于交叉里程中心断面拱顶布置1个监测点，交叉里程两侧每50 m处断面拱顶各设1个监测点，爆破震动监测点总数为3个。如果监测点最大振速大于10 cm/s，立即停止爆破，对总装药量进行调整，确保振速不大于10 cm/s。

爆破开挖过程中，山岚桥隧道爆破监测结果（图4）显示：隧道洞身最大振速控制在5.168 cm/s （5月份）以内，小于爆破允许最大速度10 cm/s。

4.2 拱顶下沉及洞周收敛监测

根据监控量测结果显示，隧道拱顶累计最大沉降量为0.67 mm，位于D2K787+405断面，拱顶无明显变化；隧道周边累计最大收敛值为0.67 mm，位于D2K787+460断面，隧道处于稳定状态。

5 结论

通过现场施工、爆破参数计算和对高铁隧道的监测，在高铁隧道顶部55.3 m范围内开挖7级台阶，不同高度采用不同的爆破作业方式，在工期短、任务重和施工空间狭小的条件下，采用先进的设备对铁路隧道进行监测，施工过程中及时调整爆破参数，优化施工方案，高边坡路堑挖方顺利施工完毕。既确保了安紫高速公路的工期，又保证了山岚桥隧道的安全和沪昆客运专线联调联试的按期顺利实施。该技术对山区周围复杂环境下的石方爆破开挖有较高的普及推广价值。

[1]凌家春.深挖路堑石方边坡控制爆破施工技术.黑龙江科技信息,2013(34):231-231

[2]陈亚臻.高路堑土石方控制爆破施工技术分析.城市建设理论研究,2014(10)

[3]孙永刚.青睐高速公路路堑爆破施工技术.铁道建筑技术,2006:204-206

High Slope Blasting Excavation Construction Technology above High-Speed Railway Tunnels in Mountainous Areas

QI Li-bin
(China Railway 18thBureau Group Tianjin 300222 China)

Combining the roadbed excavation construction above the high-speed railway tunnel at some superhighway in a mountainous area, the thesis introduces the method of stratified excavation, controlled blasting construction technology, pre splitting blasting technology, and static blasting construction technology for constructions at high slopes above railway tunnels in mountainous areas. The construction practice and monitoring results show that in the process of the high slope excavation, it should be guaranteed that the vibration velocity and settlement and convergence stability of high-speed railway tunnels meet the specification and design requirements as well as the demand of the safety of construction and operation.

across high-speed railway tunnel in mountainous areas cutting excavation

A

1673-1816(2016)04-0045-06

2016-04-09

齐立宾（1973－），男，高级工程师，研究方向高边坡路堑爆破开挖。

controlled blasting static blasting monitoring measurement