南玉隧道高压铁塔控制爆破施工技术应用

蒋桂燕

摘要：文章为解决高速铁路隧道爆破施工对高压铁塔爆破振动和飞石的有害影响，结合南玉高速铁路隧道工程实例，介绍在新建隧道洞口紧邻高压电塔且又存在锚固桩爆破施工的复杂情况下，采取抗非法起爆、精确延时、起爆时序等一套可行的控制爆破施工技术，保证了安全要求和工期目标，为其他类似工程的施工工作提供一定的借鉴。

关键词：南玉隧道；高压电塔；控制爆破；施工技术

中图分类号：U455.6    文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）02-0059-04

0 引言

当前，在高速铁路建设中，特别是在与高压输电线错综交叉且又紧邻高压输电设备的复杂环境下进行石方控制爆破施工时，为避免爆破施工事故的发生，应采取一套安全、可靠、经济、有效的管理和技术措施。本文针对紧邻高压输电线及铁塔的特别复杂隧道工程控制爆破施工，从方案施工总体思路、爆破方案确定、施工工艺及操作要点、爆破参数设计、装药结构、填塞质量控制、起爆网络设计、安全防护设计等方面进行分析，并据此提出施工建议，以期对在隧道施工中存在高压输电铁塔复杂环境下的控制爆破施工起到参考和借鉴作用。

1 工程概况

南宁至玉林高速铁路为国家Ⅰ级电气化铁路，设计时速为350 km/h，由中铁二十五局集团承建的南玉铁路№1标段站前工程，隧道工程共5座，其中盘古岭隧道进口右侧DYK2+422 m有一处220 kV高压输电线与线路中线成73°夹角斜向在上空穿过，该高压线铁塔高度为18 m，根据设备管理单位提供资料，铁塔基础为4根1.8 m×1.8 m钢筋混凝土桩基础，长为8 m，距隧道洞底垂直高度为32 m ，距锚固桩顶面正上方垂直高度为39.5 m；线路右侧高压线铁塔距隧道开挖线27 m、高出线路位置26.5 m，距两个锚固桩为20 m，高出锚固桩顶面26.5 m，存在爆破飞石击中高压输电线和爆破振动对铁塔稳定的可能性，给爆破施工防护带来困难。 具体施工环境如图1、图2所示。

为保证施工爆破振动及电力电塔的安全，隧道施工中应对DYK2+362.95～DYK2+450采取控制爆破，并对电塔基础进行质点峰值振动速度和主振频率进行监测，加强对洞内及电塔监测，确保施工安全。

2 爆破施工需重点控制和注意的问题

考虑隧道范围内存在不良地质和特殊岩土，爆破施工需重点控制和注意隧道进口紧邻的高压输电线，高压输电线为南宁市青秀区整个区干线输电，一旦被破坏，造成的损失将无法估量。该隧道施工队分别从技术和措施上对正洞和锚固桩进行爆破施工技术控制，存在的主要危害为高压输电线被飞石损坏，造成铁塔失稳，因此需将爆破振动控制在一定范围内，确保高压输电线绝对安全。

3 爆破方案

3.1 爆破施工要点

该隧道地质岩性为砂质灰岩，夹层较多、围岩较差，围岩级别为Vb级围岩，根据施工设计图和施工方案采用的开挖方法为两台阶开挖法，为保证掘進断面质量，断面轮廓采用光面爆破技术。根据爆破周围的复杂环境，爆破施工要充分考虑爆破振动、飞石对高压输电设施造成的危害。对个别飞石对输电线造成的危害，采用橡胶炮被进行覆盖防护；对于爆破振动对高压线铁塔造成的危害，采取严格控制装药量和一次最大起爆量，采取分区起爆和孔外微差延时的起爆网络，结合设计方案正洞采用二台阶开挖法施工［1］，上、下台阶分次爆破，上台阶分4个区、下台阶分2个区分别起爆，每个区分段延时，严格控制爆破振动在一定范围内，减小其对高压线铁塔的影响。

3.2 爆破施工工艺流程

爆破施工工艺流程如图3所示。

3.3 爆破参数设计

（1）孔径。根据施工现场机具及常规，确定炸药直径使用情况，炮孔直径d=40 mm。

（2）炮孔深度。按施工组织设计施工方案的要求， Vb级围岩的正洞的每循环进尺为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，中间为第一排，采用直孔形掏槽，两边为第二排，采用双排向内倾斜楔形掏槽形式，倾斜角度为71.3°，炮孔排间距为1.0 m，炮孔间距为0.5 m，两倾斜孔底部间距为0.6 m。中间孔炮孔深度H＝1.6 m，倾斜孔炮孔深度较普通炮加深0.3 m，加深后为2.2 m。

（4）辅助孔。炮孔间距根据岩石性质确定，按0.85 m～1.0 m取值。

（5）底板孔。炮孔间距按0.8 m～1.0 m取值，取值为0.9 m，底孔孔口较底板高0.2 m，为保证爆破后不留“岩坎”，炮孔整体向下倾斜，炮孔孔底低于底板轮廓线0.2 m。

（6）周边孔。炮孔布置在距轮廓线内0.2 m处，根据设计要求光面爆破，炮孔间距a取0.4 m，光面爆破层厚为0.9 m（光面爆破设计不重点叙述）。隧道正洞两台阶开挖法炮孔布置如图4所示。

图4 两台阶开挖法施工爆破炮孔布置图（单位：cm）

（7）炮孔设置合理性比较。根据实际布置炮孔数量与经验公式N=3.3[fs23]［2］进行估算比较合理性。公式中，N为炮孔数量，单位为个；f为岩石紧固性系数，泥质灰岩岩石坚固性系数f=8～10，取值为9；该隧道掘进断面面积S=67.38 m2。综上计算得出，N=3.3[fs23]=3.3[9'67.3823]=109个。

根据设计，炮孔布置总数为117个，因考虑周边孔光面爆破的效果，本设计炮孔数量要求相对稍偏大。

（8）装药量计算。根据每循环进尺，计算不同类别的炮孔单孔装药量，确定一次起爆总药量和一次最大起爆药量（同一时间、同一段别起爆的药量总数），便于核算爆破振动检算。炮孔单孔装药量，按线装药系数来控制，根据实际炸药规格采用直径为32 mm的药卷，每节长0.4 m，重0.3 kg，线装药密度q=0.75 kg。装药计算按线装药系数掏槽孔0.75 kg/m，辅助孔、底板孔0.6 kg/m，周边0.4 kg/m进行计算装药。列表计算总药量，按公式Q=qV=qsLη计算。其中，q为单位炸药消耗量，V为每循环爆破岩石体积，s为隧道掘进断面面积，L为炮孔深度，η为炮孔利用率。Vb级围岩台阶法施工爆破参数见表1。

该隧道地质情况为砂质灰岩，根据经验值岩石坚固性系统f=8～10，隧道爆破单位炸药消耗量经验值为0.9～1.2 kg/m3，设计单耗q=0.95 kg/m3，满足要求。

通过药量计算，最大一次起爆药量（单段）为Qmax=9.9 kg。

3.4 装药结构、填塞

掏槽孔、辅助孔装药结构采取连续耦合装药结构，周边孔采取間隔不耦合装药结构，为严格控制个别飞石的危害，严禁利用石块和易燃材料作为填塞材料，严禁不填塞爆破，填塞长不小于30 cm。

3.5 起爆网络设计及起爆网络图

该隧道地下水丰富，设计采用抗水性能好的乳化炸药，因该爆区处在高压线范围，不受杂散电流影响，起爆雷管采用安全性能较好的普通毫秒导爆管雷管，传爆雷管采用安全性能较好的电子雷管，起爆网络采用孔外延时起爆系统，为保证第一顺序段雷管起爆时，整个网络爆轰已传到最后顺序段的起爆雷管，先爆孔不会破坏整个网络。孔内全部采用13段普通毫秒导爆管雷管，该雷管延时为650 ms，传爆雷按起爆顺序MS1-MS12按100 ms延时递增，每个顺序段所有起爆雷管采用簇联方式连接，每簇雷管不得超过20发，为确保起爆网络的准确起爆，传爆雷管采用双发电子雷管串联起爆方式。

隧道主洞爆破起爆网路的起爆基本顺序为掏槽孔→辅助孔→周边孔→底板，具体爆破分上、下台阶分开爆破，上台阶起爆顺序为MS1→MS12，下台阶起爆顺序为MS1→MS9。各种断面爆破施工起爆网络，装药结构如图5所示。

3.6 安全防护设计

（1）爆破振动检算。主要是检算高压输电线铁塔的振动影响，根据我国《爆破安全规程》推荐公式 ［υ］=[Q3Rα]［3］，以及本施工项目中最大一段最大装药总量Qmax和爆点的距离等，计算出最大实际的爆破振动速度υ与建筑物爆破振动安全允许标准值［υ］进行比较，不得超过允许值。根据该隧道爆破环境情况，最不利情况为离隧道开挖面27 m，爆破振动计算点至爆源的最近距离R=27 m，爆破振动频率f=40 Hz～100 Hz，爆区为中硬石灰岩，根据爆破振动安全允许标准值［υ］铁塔按工业和商业建筑、频率f＞50 Hz（隧道为地下浅孔爆破频率f=60 Hz～300 Hz）为4.2 cm/s～4.5 cm/s，取最小值［υ］=4.2 cm/s，与地形、地质有关的系数和衰减系数K、α，中硬岩石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

通过计算，爆破振动在允许范围。

（2）爆破体飞石防护。隧道主洞爆破施工时爆破体表面整体采取橡胶轮胎编制成尺寸1.5 m×1.5 m的“炮被”（互相用铁丝连成）进行覆盖防护。锚固桩爆破施工时，在桩基锁口上方设置第一层垫4根直径为40 mm的钢管，第二层用单层竹跳板满铺，第三层采取爆被（橡胶轮胎编制成，尺寸为1.5 m×1.5 m）满铺覆盖防护，第四层采用20个土袋压重。

（3）个别飞散物安全距离。个别飞散物对人员的安全距离，浅孔爆破的最小安全距离为200 m，确定最小安全允许距离为200 m。

综合上述，爆破安全防护距离确定以爆区为中心范围200 m外，防护半径R≥200 m。

（4）安全（警戒）防护。为保证万无一失，根据实际情况增加警戒防护点，保证附近通行的车辆、行人、施工人员和设备安全。

3.7 工艺操作要求

（1）爆破前的现场试验及布孔和钻孔。爆破时现场要进行爆破前的试爆，试爆符合要求后才能进行布孔和钻孔的施工。

（2）装药与堵塞。装药前，技术人员、安全员、监理人员要对每个炮孔的孔距、排距、孔深和角度进行现场核对，符合要求后进行下一道堵塞工序施工。

（3）连接起爆网络及覆盖爆破体。爆破网络连接必须由爆破员严格按网络设计的技术交底进行网络连接，爆破体覆盖及锚固桩孔口也必须严格按方案实施，经验收合格后，方可进行下一道工序。

（4）安全警戒防护。安全警戒防护，严禁边装药、边钻孔［4］，装药前人员及机具必须撤离到安全区，防护人员到位警戒。警戒防护不得有盲区，防护人员要互相通视。

4 结语

盘古岭隧道工程施工，通过严格管理，取得较为明显的工期和经济效益，特别是在设计爆破孔网参数时，考虑要保持隧道断面的超挖控制，采取了光面爆破施工的技术设计后，经现场试爆和实际操作，隧道断面光面爆破“半孔率”达90%以上，极大地降低了隧道施工成本。为保证爆破施工爆破振动和电磁的影响，爆破器材采取目前最先进的电子雷管，在有电力线存在的情况，解决了抗非法起爆、精确延时、起爆时序的问题，保证爆破振动和起爆安全性。为保证爆破个别飞散物的影响，在锚固桩孔口采取3层覆盖防护，采取防止覆盖被掀翻的措施，在正洞施工时，采取炮被覆盖防护和改变临空面的方向，确保对个别飞散物的控制。在施工过程中，严格按施工方案和技术交底进行施工，严格把控工序验收关；在爆破施工技术方面，爆破参数选择合理，爆破达到预期的效果；起爆网络采用微差合理，岩石的破碎达到预期效果。本研究对类似工程具有一定的参考和借鉴作用。

5 参考文献

［1］Q/CR 9604-2015，高速铁路隧道工程施工技术规程［S］.

［2］中国工程爆破协会.爆破设计与施工［M］.北京：冶金工业出版社，2011：340.

［3］GB6722-2014，爆破安全规程［S］.

［4］国务院令第653号，民用爆炸物品安全管理条例［A］.2014.