隧道邻近既有高铁控制爆破施工安全技术分析

郭海满

摘 要 铁路运输是我国最重要的运输方式之一，随着国内铁路建设高速发展，涉及既有高铁施工项目逐年增加，扩建及新建铁路交叉或邻近营业线施工已无可避免，通过对邻近既有线控制爆破安全技术的研究，可保证施工过程中既有隧道运营的安全。本文以新建浦城至梅州铁路武调隧道和疏解线武调1号隧道为例，通过对隧道邻近既有高铁控制爆破施工安全技術分析总结，给类似邻近高铁爆破工程施工提供有效参考。

关键词 邻近既有线;小净距;控制爆破;自动监测

1工程概况

新建浦城至梅州铁路武调隧道和疏解线武调1号隧道分别位于既有昌福铁路武调一号隧道的左右侧，武调隧道全长3300米，疏解线武调1号隧道1068米，主要围岩为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，均为时速160公里/小时客货共运单线铁路隧道[1]。新建隧道与既有隧道的衬砌净间距为3.31米～800米，断面面积为47～65㎡，隧道进口距离建宁北站中心约700米。既有昌福铁路为客货共线双线铁路，客运时速200公里/小时，货运时速120公里/小时。设计隧道爆破施工振速不大于2cm/s。

2技术难点

新建隧道与既有昌福铁路隧道距离小，新建武调隧道与既有隧道最小净距为3.31m，新建疏解线武调1号隧道与既有隧道最小净距为3.03m。隧道正常爆破时，爆炸产物强烈的压缩邻近的空气，使其压力、密度、温度突然升高，形成空气冲击波，容易引起既有线隧道衬砌变形、结构位移、异物掉落、轨道几何状态位移、接触网设备移位。同时，新建隧道围岩自稳性差、富水量较大，洞口段埋深浅，易坍塌，容易导致既有隧道偏压变形，影响运营安全。安全技术难点在于控制爆破施工方案和监控方案必须同时确保新建隧道施工安全和邻近既有线高铁隧道正常运营安全[2]。

3安全、技术措施

根据南昌局集团公司有关安全管理要求，按照“早预报、管超前、少扰动、短进尺、严注浆、快封闭、弱爆破、勤量测、紧衬砌”的原则，严格控制进尺，采用精准控制爆破，优化施工工艺，减少大药量爆破施工对围岩的扰动，确保结构稳定和施工安全。

根据《爆破安全规程》，模拟计算爆破振速与装药量的关系（V=爆破振速计算，组织专家评估，制定了“100米线间距以内（天窗点爆破）爆破振速小于2.0cm/s，大于100米线间距（天窗点外爆破）爆破振速小于1cm/s”的爆破振速控制指标，不同围岩等级分别在天窗点内组织试爆，并总结调整优化爆破参数后再持续施工，达到控制爆破振动的目的，确保既有隧道安全。

同时在既有隧道内装设监控设备，对隧道结构的位移、爆破振动、隧道结构的应力、轨道几何状态等进行监测分析，判断爆破施工对既有隧道产生的影响，及时调整施工方案，确保安全。

3.1 施工总体方案

根据对爆破振速的测算结果，按照新建隧道与既有隧道垂直距离将隧道施工分为4个段落，分别制定专项施工方案。具体如下：

（1）邻近既有线距离3.0m-30m里程段，采用机械法开挖施工。

（2）邻近既有线距离30m-50m里程段，采用天窗点内控制爆破法施工（对爆破振速进行监测，振动速度值不得大于2.0cm/s）。Ⅲ级围岩采用全断面施工，每天1个循环，每循环进尺按1.2m;IV级围岩采用台阶法施工，每天1个循环，每循环进尺按1.2m;V级围岩采用短台阶施工，每天1个循环，每循环进尺按0.8m。

（3）邻近既有线距离50m-100m里程段，在天窗点内控制爆破施工（对爆破振动进行监测，振动速度值不得大于2.0cm/s）。Ⅲ级围岩采用全断面施工，每天1个循环，每循环进尺按1.2m;IV级围岩采用台阶法施工，每天1个循环，每循环进尺按2m;V级围岩采用短台阶施工，每天1个循环，开挖每循环进尺按0.8m。

（4）邻近既有线距离100m-1000m里程段施工，点外爆破施工（对爆破振动进行监测，振动速度值不得大于1.0cm/s）。Ⅲ级围岩采用全断面施工，每天2个循环，每循环进尺按3m;IV级围岩采用上下台阶法施工，每天2个循环，每循环进尺按2m;V级围岩采用短台阶施工，每天2个循环，开挖每循环进尺按0.8m。

3.2 控制爆破专项方案

按照“多打眼、少装药、短进尺、弱爆破”的控制爆破方法进行施工，按照与既有隧道100米线间距为分界点，分别以“小于100米线间距控制振速2cm/s，大于100米线间距控制振速1cm/s”为控制指标，进行专项爆破设计。隧道III级围岩采用全断面爆破开挖，IV级围岩采用台阶法爆破开挖，隧道V级围岩采用短台阶法爆破开挖。

炸药选用2号岩石乳化炸药规格（￠32m，长200mm，重0.2kg），毫秒延期导爆管雷管（用于孔内），以及导爆管瞬发雷管（用于孔外网路连接），导爆索（用于周边孔爆破）。周边孔采用间隔装药，即将炸药卷按设计间隔距离捆绑在竹片（条）上并全长贯穿导爆索，孔底略增加药量，采用正向起爆。其余炮孔均采用连续不耦合装药，（必要时可采用耦合装药），采用反向起爆，并采用孔外延期。起爆顺序为掏槽孔先爆，辅助孔次之，周边孔最后响。

根据爆破区域周边环境、地质情况及被保护物安全要求，为确保既有线设施和列车运营安全，控制爆破方案中采用装药量参数如下：

（1）隧道III级围岩采用全断面爆破开挖，循环进尺1.2m的爆破区域，每次爆破总装药量53kg以内，最大单段装药量在6kg以内;循环进尺3m的爆破区域，每次爆破总装药量140kg以内，最大单段装药量在15kg以内。

（2）隧道IV级围岩采用台阶法爆破开挖，循环进尺0.8m的爆破区域，每次爆破总装药量32kg以内，最大单段装药量在3.68kg以内;循环进尺2m的爆破区域，每次爆破总装药量50kg以内，最大单段装药量在6.4kg以内。

（3）隧道V级围岩采用短台阶法爆破开挖，循环进尺0.8m，每次爆破总装药量21kg以内，最大单段装药量在2.6kg以内。

（4）隧道掌子面除炮眼外，打设3个Φ108降压空孔，孔深为8m，搭接1.5m，降低爆破产生震速。

3.3 既有线隧道监测方案

根据爆破影响区域及距离，对既有昌福线武调一号隧道进行监测。主要对既有隧道衬砌结构位移、爆破振动、结构应力、轨道几何状态、异物侵限等进行实时监测。监测需要的设备及仪器有：全站仪、Geomos 专业监测软件、基准点棱镜、TC4850N爆破振动仪、应力计、数据传输线等。监测方法根据新建武调隧道和新建疏解线武调1号隧道的施工进度埋设测试仪器，然后调试仪器设备处于采集状态。隧道爆破时仪器将自动采集爆破振速和应力变化，并将结果传输到控制中心。控制中心接收到结果后进行处理分析，生成报告。控制指标如下表：

3.4 安全保障措施

邻近营业线施工，确保高铁旅客列车安全是政治红线和职业底线。根据南昌局集团公司有关规定，指挥部委托中铁四院进行了安全风险评估，并组织专家进行了安全风险评估报告评审，按照要求办理铁路营业线施工有关安全手续。制定了应急预案，成立应急组织机构，建立应急处理程序，做好应急抢险物资储备。并与南昌局集团公司相关部门签订安全责任协议，落实监管措施与责任。施工单位在隧道施工全过程中坚持全员安全教育培训，班前讲座，制定了一系列针对邻近营业线爆破施工的安全管理制度，减少和控制了施工中的危险、有害因素，降低了施工安全风险，有效地确保了爆破施工过程安全。

4取得的成效

新建武调和武调1号隧道控制爆破施工自2017年7月起至2018年12月止历时17个月，严格按照方案进行施工，及时对监测数据进行整理分析，动态优化调整爆破参数，过程观测爆破振速、既有昌福线武调一号隧道衬砌结构位移和道床位移均未超标。隧道顺利贯通，经设备管理部门检查未对既有隧道结构、轨道结构及周边构筑物造成影响，未对既有线运营安全产生影响。该隧道的施工经验为类似工程的施工提供了参考。

参考文献

[1] 李萍萍.小净距隧道的爆破震动响应分析及加固研究[D].西安：西安建筑科技大学，2013.

[2] 王永东.小净距隧道控制爆破设计[J].中国科技博览，2010（29）：262-263.