浅谈邻近高铁暗挖爆破安全技术控制

文／刘利刚 中铁六局集团有限公司 北京 100036

1.项目背景

1.1 项目概况

目前，由于涉及营运铁路的城市隧道施工，主要为采用机械掘进（破碎、盾构机等）。徐州市城市轨道交通6 号线一期工程爆破施工为大湖北站～预留工程竖井区间隧道开挖工程，距离铁路、涵洞等重点建构筑物较近，需要在施工过程中，严格控制孔内爆破振动，保证铁路正常运营及建构筑物安全的。徐州市城市轨道交通6 号线大湖北站～预留工程竖井区间采用新奥法施工。单线最长622.217m，线间距为13～16.7m，区间覆土厚度12.4m～88.2m。隧道最大开挖尺寸为6.6m×7.02m。区间设有1 处联络通道，联络通道采用新奥法施工。暗挖区间自北侧预留工程竖井及横通道向南掘进，下穿站东路和凤凰山，然后从大湖安置小区与凤凰佳园小区（在建）中间穿过，最后到达大湖北站。

1.2 爆破施工涉及铁路概况

京沪高速铁路在本方案爆破涉及段为有砟铁路，立柱为钢接触网立柱，设计的最高速度为380km/h；徐盐高速铁路在本方案爆破涉及段为有砟铁路，立柱为混凝土立柱，设计速度250km/h；陇海铁路是为有砟铁路，混凝土接触网立柱，碎石道床，设计时速为160km/h。

1.3 与影响铁路范围内结构筑位置关系

徐州市城市轨道交通6 号线大湖北站～预留工程竖井区间线路于竖井处距离线路最近，距4 号涵洞K1+926处距离为37.8m、距线路最近距离为37.8m、距最近211 号接触网立柱约为37.8m。沿竖井到大湖北站，暗挖区间隧道与徐盐铁路间距逐渐增大，到与大湖北站相接处距线路距离为120m。暗挖爆破区间与位于小里程K2+071 处开闭所与暗挖爆破区间相距111m，大里程处K694+461.5 处开闭所与暗挖爆破区间相距约279m。其中不同爆破方法与保护对象的距离如下：

1.3.1 暗挖1 米台阶爆破

（1）徐盐铁路路基、徐盐铁路混凝土网杆和徐盐铁路4 号涵洞：37.8m；

（2）铁路开闭所：111m；

（3）京沪高铁路基、京沪高铁混凝土网杆：188.3m。

1.3.2 暗挖2 米台阶爆破

（1）徐盐铁路路基、徐盐铁路混凝土网杆：54.6m；

（2）铁路开闭所：120m；

（3）京沪高铁路基、京沪高铁混凝土网杆：198m。

1.3.3 暗挖2.4 米台阶爆破

（1）徐盐铁路路基、徐盐铁路混凝土网杆：95m；

（2）铁路开闭所：253 m；

（3）京沪高铁路基、京沪高铁混凝土网杆：239m。

1.3.4 暗挖联络通道全断面

（1）徐盐铁路路基、徐盐铁路混凝土网杆：170m；

（2）铁路开闭所：283.1m；（3）京沪高铁路基、京沪高铁混凝土网杆：316.4m。

1.4 工程地质

徐州市城市轨道交通6 号线大湖北站～预留工程竖井暗挖隧道工程线路属溶蚀丘陵（残丘）地貌单元：由寒武系、震旦系碳酸盐岩构成，地形变化明显，起伏大，凤凰山山顶高程114.9m，地面高程36.09～114.9m。根据工程地质层划分原则以及所施工的勘探孔，地层情况主要为：

（1）在左CK37+154～左CK37+185.002 范围内，以石灰岩为主，局部夹薄层泥质灰岩。

（2）在左CK36+910～左CK37+154 范围内，以石灰岩为主，局部夹构造角砾岩。

（3）在左CK36+830～左CK36+910 范围内，局部页岩、石灰岩互层，层厚约0.3m。以石灰岩夹页岩为主，局部呈互层状。

（4）在左CK36+765～左CK36+830 范围内，以石灰岩为主、局部夹页岩。

（5）在左CK36+608～左CK36+765 范围内，以灰岩、泥质灰岩、页岩交互分布为主，局部为泥质灰岩、灰岩互层.泥质灰岩、页岩互层。

（6）在左CK36+575～左CK36+608 范围内，以石灰岩、泥质灰岩交互分布为主，局部泥质灰岩，灰岩互层。

（7）在左CK36+558.665～CK36+575 范围内，本段张渠组主要为石灰岩。

2.爆破技术设计

2.1 爆破总体方案

2.1.1 爆破基本方法

隧道掘进爆破时，采用台阶法爆破和全断面爆破。施工采用YT24 型气腿式凿岩机+自制土台车进行钻孔，掏槽方式采用楔式，周边采用光面爆破施工，为避免爆破振动超过铁路安全规程规定[1]，本工程严格控制开挖进尺和单响起爆药量，减少爆破振动对铁路振动影响。

本工程一次爆破最大药量Q 为109.8kg，隧道爆破属于岩土爆破中的地下爆破，药量系数为0.5，所以Q ＜0.25t 属于D 级岩土爆破工程，因爆破范围周边1000m范围有高铁轨道，提升一个级别至C 级岩土爆破。

2.1.2 爆破开挖顺序规划

暗挖段先行开挖右洞，左洞待右洞开挖25m 以后再行开挖。以尽量减少开挖爆破的互相影响，保证施工和永久性结构安全。

2.1.3 爆破工艺流程

铁路局爆破方案审批→方案设计、审批→组织人员、设备→清除表层→测量、放样→钻孔→验孔、装药→联结网路→检查起爆网路→布置安全警戒→撤离爆区人员、设备至安全地点→起爆→爆后检查、清除盲炮→解除警戒→下一作业循环。

2.2 爆破参数设计

暗挖区间施工环境较复杂，根据不同断面、初期支护设计参数、爆破区域与高铁路之间距离，采用不同循环进尺的方法进行爆破，保证爆破施工不会对高铁轨道及设施产生影响[2]。

（1）2m 进尺开挖区域（左线DK37+151.4～DK37+026.5，右线DK37+169.562～DK37+026.5，DK36+637.898～DK36+568.378）：台阶爆破开挖循环进尺为2m，上台阶采用楔形掏槽，掏槽孔孔口距1.0m，孔深均为2.3m；辅助孔孔深2.2m，孔距0.6m，排距0.7m；周边孔孔深2.2m，孔间距0.4m。下半断面开挖比上半断面增加了一个自由面，因此，炮孔数及单耗均可减少，排距取0.8m，辅助眼孔距0.7m，周边孔距取0.45m。

（2）1m 进尺开挖区域（左线DK36+730.5～DK 36+557.069，DK37+179.22～DK37+151.4，右线D K36+558.948～DK36+568.378，DK36+637.898～DK36+710.079）：为控制爆破振动，短进尺台阶爆破开挖循环进尺为1m。上台阶采用复式楔形掏槽，一级掏槽孔孔口距0.6m，孔深1m，二级掏槽孔孔口距1.2m，孔深均为1.2m；辅助孔孔深1.2m，孔距0.6m，排距0.7 m；周边孔孔间距0.4m，孔深1.2m。下半断面开挖比上半断面增加了一个自由面，因此，炮孔数及单耗均可减少，排距取0.8m，辅助眼孔距0.7m，周边孔距取0.45m，孔深1.2m。

（3）全断面爆破方案设计：全断面开挖炮孔深度不宜过大，按2.4m 循环进尺考虑，全断面开挖。炮孔参数设计如下：掏槽孔孔口距1.0m，孔深均为2.7m；辅助孔孔深2.6m，孔距0.6m，排距0.7m；周边孔孔深2.6m，孔间距0.45m，周边眼抵抗线0.6m，底孔孔深2.7m。掏槽孔装药集中度取0.7kg/m，周边眼装药集中度取0.15～0.20kg/m。

3.爆破振动安全设计

3.1 爆破振动速度控制值

（1）《铁路工程爆破振动安全技术规范》（TB10303-2019）针对隧道、桥梁、路基和接触网等防护对象给出了安全允许标准。高速铁路、城际铁路桥梁允许值应减小10%。桥梁以无列车通过时桥墩顶部、铁路路基选择迎爆侧路肩、接触网支柱以支柱基座等的振动速度峰值为基准。

（2）参考上述规范并结合既有线的工程振动控制经验，并根据《铁路工程爆破振动安全技术规范》中关于“使用年限每增加10 年，爆破振动允许值降低8%”的规定，对不同类型建（构）筑物爆破振动控制值的选取如下：

①铁路：振动速度控制值1cm/s；

②涵洞：振动速度控制值1cm/s；

③路基：振动速度控制值1cm/s；

④接触网钢筋砼支柱：振动速度控制值1cm/s。

3.2 爆破振速计算及校核

根据该工程周围环境、工程地质情况，参数选取如下：

（1）R 取15m～260m。

（2）不同类型建（构）筑物爆破振动控制值。

（3）因爆区岩性为中硬岩石，所以K 取150-250；a 取1.5-1.8，本方案K 取200；a 取1.8，后续可根据实际测量值进行调整。

（4）安全振动与安全距离和药量之间的关系可用公式进行计算[3]：

R=(K/V)1/αXQ1/3

其中K、α--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，根据《爆破安全规程》（GB6722-2014/XG1-2016）可按下情况取值。

①坚硬岩石：K 取50～150，α 取1.3～1.5；

②中硬岩石：K 取150～250，α 取1.5～1.8；

③软岩石：K 取250～350，α 取1.8～2.0；

代入式中，计算结果得出。

从表1 可知，按照爆破方案进行施工，产生的振动均在安全允许范围内，不会对邻近铁路路基、桥涵等设备设施等产生安全影响。

表1 爆破振动速度计算值

（5）为了控制爆破振动，同时采取以下措施：

①根据爆破施工区域与周围保护目标的距离限制单段最大药量，并通过试爆调整优化爆破设计。

②暗挖采取“多打孔，少填药，短进进，弱爆破”的控制爆破方法进行施工。

③严格组织，精心准备，保证各工序质量。

此外，做好爆破振动监测，根据试爆效果调整k，a值并修正振动计算值，并依此调整填药量。

4.建（构）筑物爆破振动监测

4.1 监测质量保证措施

（1）技术交底及验收

提前进行监测点布设图交底工作，说明监测点埋设对应的施工工序，及时告知相关人员做好监测点埋设前的准备工作；收集好每个监测点埋设时的影像资料、日期、位置等工作。

（2）初期控制

在施工前，根据施工设计方案，通过现场勘察，确定监测仪器和监测点布置的位置、数量及深度等，根据总的施工顺序和进度计划，初步确定测点布置顺序。

（3）过程控制

仪器安装埋设过程，要对仪器、传感器和设备等进行不断的检验，以保证监测设备质量的稳定性。

（4）监测控制

监测阶段根据规定的采集频率，满足系统在时间上的连续性要求，以仪器的精度和准确度为标准检验或判断数据的偏差是否正常。

（5）数据分析处理控制

监测数据的储存、计算、管理全部采用计算机系统进行，自动图表处理数据。

4.2 测点埋设及要求

监测实施过程中，测点根据现场实际需要，对爆破振动影响范围内周边存在的既有铁路重要设施进行监测。测点埋设时，不应选择松软的浮土、盖板、有地下空洞的地方布点。在监测区域遇到上述地点，可以微调测点位置，以保证爆破监测数据的正常、真实有效。

4.3 测点埋设

测点埋设采用石膏粉的粘贴方法，将三向拾振器粘结牢固具体埋设方法为：

（1）在被测点选取一干净平整面，然后取适量石膏粉放于选取点位置，向石膏粉中缓慢倒入适量清水进行拌合；

（2）待水和石膏粉基本溶解后，将传感器轻轻放入溶解的石膏粉中，放入时注意保持传感器正面竖直向上且垂直于选点平面，然后适当用力按压；

（3）等待5 分钟后，轻移传感器，如无明显松动，即安装完毕，即可联接仪器；

（4）仪器进入信号等待状态后，轻轻用手指敲击传感器，观察仪器是否记录，确保传感器及仪器的可靠工作。

4.4 监测方法

（1）首先对附近的建（构）筑物进行详细的调查，确定监测对象。根据监测对象与爆破点的相对位置关系，确定测点位置及布置方法。

（2）振动监测采用SR-VM1004（A）爆破测振仪进行监测。测试系统可以同时连接1～4 个拾振器。现场监测时，在爆破前应对监测系统进行检查、检测和标定，等待现场的爆破指令，在爆破前1 分钟开始进行采样，数据采集仪自动采集并把相关数据存储到计算机的指定目录中。

4.5 监控测试点布设范围

（1）徐盐客专线4 号桥布设2 个测点；

（2）徐盐客专线旁路基布设1 个测点；

（3）徐盐客专线5 号桥布设2 个测点；

（4）徐盐客专高架桥桥墩布设1 个测点；

（5）大湖北站车站临近陇海线处布设1 个测点。

5.实际爆破测震情况

经过徐州市城市轨道交通6 号线大湖北站～预留工程竖井区间隧道爆破工程施工经验分析，基本把上台阶爆破孔内延期组合设计为；以各段别导爆管雷管均匀分布的网络铺设形式（简称大网络）、以大段别导爆管雷管与小段别导爆管雷管组合网络铺设形式（简称大小网络）和以小段别导爆管雷管为主网络铺设形式（简称小网络）3 种模式。施工过程中，项目最大振动参数约0.82cm/s，最小振动参数约0.05cm/s，均小于铁路50m 范围内振动0.85cm/s 要求。有效减少对铁路干线的扰动，保证了铁路安全平稳运营。