紧邻既有铁路隧道爆破振速控制技术

魏玉龙，高筠涵，王卫东

(1.中铁二局涪秀二线铁路工程项目经理部第三分部，重庆彭水 409600; 2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都 610031)

近年来，随着国民经济的快速发展，越来越多的铁路新建复线工程大量涌现。由于受地形、地质条件及线路走向等因素制约，在既有隧道旁近距离新建复线隧道的情况难以避免。众多学者对紧邻既有线施工安全进行了大量的研究分析[1-9]，铁路运营部门也制定了一系列紧邻既有线施工办理办法[10]，这些研究分析和管理办法更多的是从既有运营线的运营安全角度出发，很少考虑新建隧道的施工进展。但实际工程中，进度也是重要的控制指标，安全和速度的共同要求对爆破控制设计提出了严峻的挑战。

本文以涪秀二线彭水二线隧道邻近既有线施工为依托，深入开展复杂地质条件下紧邻既有铁路隧道爆破振速控制技术的研究，探寻建设工期紧张情况下，新建隧道安全快速施工和既有线结构及运营安全保障方法，实现邻近既有线安全生产及主控工期兑现的双重目标，并推广至全标段类似隧道。

1 工程概况

新建彭水二线隧道位于重庆市彭水县彭水镇境内，中心里程YDK230+036.25，位于既有渝怀线右侧，两线线间距5～25.4 m,隧道最大埋深约710 m，起讫里程分别为YDK225+518.5～YDK234+554,全长9 035.5 m，为新建单线隧道，设计为120 km/h电化铁路隧道，彭水二线隧道施工平面图如图1所示。

图1 彭水二线隧道施工平面

全线隧道几乎与既有渝怀一线并行，新旧隧道间距均在0～25 m范围内(表1)，振速要求极为苛刻。管段内隧道又以灰岩为主，溶蚀发育、岩性坚硬，施工风险极高。其中598.7 m范围线间距小于20 m，采用非爆开挖；8 436.8 m范围(其中Ⅱ级4 847.8 m，Ⅲ级2 748 m，Ⅳ级434 m，Ⅴ级407 m)线间距保持在20～25 m，采用控爆开挖。

表1 彭水二线隧道线间距统计

结合本线施工条件的特殊性，国家相关规程、设计单位及建设单位均对邻近既有铁路施工的相关内容作出了具体的要求：

(1)根据GB 6722-2014《爆破安全规程》[11]第13.2.2条规定，交通隧道安全允许质点振动速度V为15～20 cm/s(隧道爆破f>50Hz)。

(2)设计单位针对本线情况提出：新建隧道正线施工，与既有铁路线间距15 m以内的段落，采用非爆施工；线间距15 m以上，对既有房屋建筑、道路的振速影响不超过2.5 cm/s，对既有隧道不超过5 cm/s。

(3)成都铁路局要求，隧道中心线与既有中心线距离(以下简称距离)在20 m以内采用非爆开挖，20～200 m范围采用控制爆破开挖，爆破振速全部按设计最高标准2.5 cm/s进行控制。该指标为设计单位提出的既有隧道控制指标的一半。

严苛的爆破振速控制指标和既有隧道位置对施工现场爆破设计提出了极大挑战，对此本工程进行了专门振速控制设计。

2 隧道爆破振速控制

根据设计要求及彭水二线隧道现场情况，在满足振速要求的前提下，全隧道均采用台阶法开挖，按照GB 6722-2014《爆破安全规程》要求，延时爆破最大一段药量计算公式为：

Qmax=R3(V/K)3/a

式中：Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量(kg)；V为保护对象所在地的质点振动安全允许速度(cm/s)，新建隧道邻近既有隧道控爆施工对既有隧道爆破振速按不大于2.5 cm/s进行施工；K、a为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数见表2；R为爆破爆源到被保护物间的距离。

表2 取值与岩性的关系

根据本隧道通过岩性及围岩分级情况，初步选定K、a值见表3。

表3 分围岩等级的取值

根据以上公式及取值，计算出彭水二线隧道各级围岩最小线间距的控制爆破允许采用最大起爆药量见表4。

表4 各级围岩爆破振速控制参数表

3 各围岩级别爆破方案

结合以上数据，对彭水二线隧道各级围岩爆破参数进行确定。各方案均采用上下台阶法进行施工，循环进尺根据围岩级别进行调整，爆破开挖的掏槽眼采用具有减轻地震动的楔形掏槽形式，工程采用光面控制爆破技术，各炮孔起爆顺序为:掏槽眼→辅助眼→底板眼→光爆眼。由于篇幅有限，下面仅给出V级围岩和Ⅱ级围岩条件下的爆破参数。

3.1 Ⅴ级围岩

台阶法，循环进尺上台阶0.8 m，下台阶1.6 m(图2、表5)。

图2 Ⅴ级围岩炮眼布置示意(单位:cm)

表5 单线隧道Ⅴ级围岩台阶法爆破设计参数

3.2 Ⅱ级围岩

台阶法，循环进尺上台阶L=1.5 m，下台阶=2.5 m(图3、表6)。

图3 Ⅱ级围岩炮眼布置示意(单位:cm)

表6 单线隧道Ⅱ级围岩台阶法爆破设计参数

根据上述爆破设计，各级围岩的设计最大起爆药量均符合公式允许采用的最大起爆药量，验算后的振速也均满足设计最高标准(2.5 cm/s)要求(表7)。

4 振速监控

根据前文所述，建设单位将振速要求提升至2.5 cm/s，通过控制爆破设计，理论振速满足要求，现场施工时也需进行爆破振速监控对设计振速的合理性、可靠性进行论证。

表7 各级围岩设计最大起爆药量及理论振速

4.1 监测方案

监测仪器采用TC-4850型爆破振动监测仪，与振动传感器配合使用，可采集X、Y、Z三个方向的爆破振速，下图为TC-4850型爆破振动监测仪与其对应的振动传感器(图4)。

图4 TC-4850型爆破振动监测仪及振动传感器

由于既有隧道与新建隧道邻近的迎爆侧边墙的振动强度通常都大于背爆侧，监测点布置在既有隧道迎爆侧边墙下部(距底板高度1～1.2 m之间)，如图5所示。

图5 振速检测点布置示意

4.2 数据分析及现场调整

根据彭水二线隧道各级围岩前期试爆情况，Ⅳ级和Ⅴ级围岩从爆破效果及振速数据来看，基本能达到预期效果；Ⅱ级和Ⅲ级围岩因岩性和进尺需求，振速数据偶尔略有超标；Ⅳ级围岩中期因炮孔间距控制有所偏差造成一次振速超标，经过加强管理后后期均达到建设单位要求；Ⅴ级围岩基本可控。具体情况见表8。

表8 彭水二线隧道各级围岩试爆情况统计

Ⅱ级和Ⅲ级围岩在前期试爆时均有不同程度超标，具体原因在通过分析总结如下：

(1)存在未严格按爆破设计进行布眼、装药现象，致使单段最大起爆药量超过限制，造成爆破振速超标。

(2)单段炮孔连线出现失误，造成周边眼与底板眼同时起爆，单段最大起爆药量超标。

(3)岩性出现微小变化，加之设计参数中对K,a经验取值较为固定，出现两次轻微超标(2.6～2.8 cm/s之间)。

后期在严格把控爆破参数的同时，考虑到岩性变化偏差较小，在爆破参数不变的情况下加设隔离孔，振速有了明显改善。为提高工效，后期试验现场仅打设左半断面隔离孔(既有线位于新线左侧)，同样满足2.5 cm/s的振速要求。

从数据及过程记录分析，各级围岩爆破效果基本属于可控，后期根据岩性变化在现有成果上微调即可满足要求。

5 结束语

(1)通过分析讨论，本次爆破方案参数设计基本合理，在 岩性变化的情况下做出微调亦可满足现场使用。

(2)紧邻既有线爆破施工，既有结构物和运营安全是首要考虑的因素，新线的一切施工都应围绕这一底线和原则进行开展。

(3)爆破参数并不是一成不变的，应在大原则确定的基础上，根据围岩的变化及既有结构物的特点及时进行动态调整。比如彭水二线隧道经过与一线中间的既有泄水洞与否，在岩性基本类似的状况下，同样的爆破参数反应的振速都会有较大的反差。

(4)爆破参数的摸排是个非常全面的体系工作，需要从项目管理人员到班组执行工人每一个层级的思想统一和严格执行，来确保这项工作的可控性和效率。

(5)紧邻既有铁路隧道爆破振速控制技术既需要理论的支撑，又需要实际操作的经验，各参与人员之间的积极沟通与相互尊重是获得成功的前提。