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高速铁路隧道邻近既有铁路爆破施工技术浅析

中铁十局三建公司安徽省合肥市 230601

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摘要：随着基础建设的不断实施，铁路在建隧道邻近既有高铁隧道施工等情况屡见不鲜，隧道的施工开挖方式必将影响着正在运行的隧道安全稳定性。目前多数研究学者采用理论分析、工程实测等综合办法分析爆破开挖对隧道安全稳定性进行了不同层次和角度的研究，如采用隧道内质点的最大振动速度作为隧道稳定性评价的重要指标。基于此，文章对在建隧道邻近既有铁路隧道爆破施工技术进行浅析，总结技术参数，以便参考应用。

关键词：高速铁路隧道;邻近既有铁路;爆破施工技术; 应用分析

[引言]按照《铁路营业线施工安全管理办法》（铁运[2012]280号）及路局相关文件要求，该项目新阳明山隧道部分段落施工等级为邻近营业线C类施工，需采用控制爆破。规范中控制爆破所要求控制的内容有多种工况，本项目只涉及‘控制爆破所引起的建筑物地基震动及其对附近建筑物的震动影响，也称爆破地震效应’。

一、研究背景

（一）精细爆破的定义

精细爆破，即通过定量化的爆破设计，精心的爆破施工和精细化的爆破管理，对炸药爆炸能量释放以及介质破碎、抛掷等过程的控制，既达到预期的爆破效果，又实现爆破有害效应的控制，最终实现安全可靠，技术先进，绿色环保及经济合理的爆破作业。精细爆破不仅仅是爆破作业，而且是一种理念，是一种系统工程。该技术体系所追求的不是其中某一个具体技术构成的单个功能，而是各技术组成相互联系所形成的整体功能。

（二）爆破动态力学特征

通过爆破模拟前模型中埋置的应变砖，经转换得到爆破后有效应力变化曲线。爆破冲击波会对模型产生压缩与拉伸作用，模型在爆炸压缩作用下会沿反向形成拉伸卸载波，而模型裂纹的产生与发展主要受压缩波和卸载波叠合作用，表现为应力变化方向不同。

二、高速铁路隧道邻近既有铁路爆破施工技术

（一）爆破荷载等效及施加

隧道爆破开挖时，采用光面爆破技术进行分区分段微差爆破。上台阶爆破开挖过程中，掏槽眼爆破为后续辅助眼和周边眼等爆破创造了临空面，大大削弱了辅助眼和周边眼爆破时引起结构的振动强度。基于此，数值计算假设爆破荷载主要来源于掏槽眼，忽略辅助眼和周边眼的作用。通过在模型内部节点施加动荷载来模拟模型受到内部动力作用下的振动响应。考虑隧道爆破荷载的作用对先行隧道初期支护的影响，需要将整个非弹性区（粉碎区和破裂区）等效为爆破的振动源，将爆破荷载等效成三角形荷载直接垂直施加在隧道开挖的轮廓面上。

（二）施工准备工作

1.把水袋、炮泥加工房、聚能管组装一起安装于隧道外，并按要求进行加工处理，以准备好爆破时的聚能水压。2.测量放线。组织具有多年测量经验的测量人员按照要求完成隧道开挖轮廓线和线路中线的绘制，测量工程师担任该工序的组长，为保证准确性应反复测量。当贯通隧道后进行贯通测量。3.布设孔位。对掌子面进行设计布孔时，需严格按照测量组提供的掌子面现场画线进行，必要时考虑爆破设计中所画的眼控布置图。

（三）装填水袋、聚能管

当核查爆破炮眼的各种参数即深度、数量、斜率和位置符合要求后，方可装设聚能管、水袋，通常顺序是水袋、聚能管、水袋。装药时，爆管不允许出现打结或者其他毁损，为了避免出现瞎炮，按照由上到下的顺序装药。安放传爆雷管时也有很多细节需要注意，首先保证选取的地点安全，并加强防护;其次避免接触水。炮孔在已装药但没有和网络连接前，先整理周围的导爆管，为了避免意外将导爆管踩破，其方位保持向上的位置。在准确控制段数的前提下装好非电毫秒雷管。在装药前，为了降低安全风险，严禁行人通行，装药现场只允许爆破员通行。

（四）连线及起爆

1.连线、起爆方式。起爆方式选择为簇联网络反向起爆，起爆还采取非电毫秒雷管延期进行，选取脉冲式起爆器。2）连线作业安全操作细则，当导爆管网路被起爆时，注意控制导爆管捆扎端端头和雷管的间距要超过 15 cm，为了避免导爆管被雷管聚能穴炸断，提前在雷管附近处敷设好导爆管，为了更加牢固需用胶布捆扎好。按照从里到外的方式连接网路。

三、安全措施

针对爆破过程中产生的危害效应，制定相应的安全措施。

（一）控制爆破振动的主要措施

1.控制爆源强度。控制开挖高度和单孔装药量。

2.严格按照设计网络进行连接，确保单段爆破药量不超过设计药量。

3.每次爆破时，进行震动检测，根据检测结果调整下次爆破药量。

（二）爆破减震控制措施的主要措施

1.控制最大一段药量和单孔药量。以既有隧道至爆源中心的距离R为安全控制半径，以质点振速限值[v]=2cm/s为控制标准，通过反算各开挖部分允许的最大一段药量。炮孔按浅、密原则布置，控制单孔药量，使一次爆破的药量均匀地分布在被爆岩体中，以减小爆破地震动强度。

2.采用合理的减震掏槽形式。一般掏槽孔爆破在整个断面爆破中比相同装药量的其他炮孔爆破产生较大的振动速度，因此选择合理的掏槽形式及掏槽孔位置，是紧邻既有隧道的新建隧道开挖中控制爆破震动的关键措施。楔形掏槽具有掏槽效果好、能为辅助眼爆破创造较好的临空面等特点，可以减少辅助眼爆破时的震动强度，本项目采用楔形掏槽。

3.其他减震措施

①采用小循环进尺。进尺小则循环爆破方量小，一次爆破药量小，相对地爆破震动也小。

②炮孔线形布置和起爆。炮孔线形布置和起爆的优点是布置炮孔简单，炮孔参数准确，临空面好，可提高炸药能量利用率，具有减震效果。

③加强炮孔堵塞。加强炮孔堵塞可以提高炸药能量利用率、有效地降低单位耗药量，相对地减小爆破震动。

④选用合理的周边孔爆破形式。一般情况下，采用光面爆破，控制好周边孔间距，这样既可以最大限度地减少对围岩的破坏，又可以达到减震的目的。

（三）预防和降低爆破冲击波和噪声的主要措施

1.合理确定爆破参数，选择合理延时起爆，控制炸药单耗，保证填塞质量。2.均匀布孔，防止钻孔偏斜改变最小抵抗线，使得爆炸产物集中从钻孔薄弱部位过早泄漏而产生较强冲击波。3.严禁采用裸露药包和裸露导爆索进行爆破作业，避免多余能量向空中发散。

（四）爆破有害气体的主要预防措施

1.采用环保型钻机，对爆破面洒水降尘。2.爆破时采用抑尘车喷水抑尘。3.尽量选用零氧平衡炸药，增大起爆能。4.保证填塞长度和质量，避免过量粉尘向空中发散。5.爆破警戒和清场，合理确定警戒范围，撤离人员及能移的动设备到安全地带。

四、风险处理措施及残余风险

（一）隧道洞口段拱部采用 Φ108 超前大管棚注浆加固地层，并严格执行“短进尺、少扰动、强支护、早封闭、严治水、勤量测、二衬紧跟” 的原则组织施工，限制围岩形变。通过风险等级评定，对初始风险等级为 “ 高度”、“极高”的风险事件采取有效处理措施，使其残余风险降低到可以接受的范围内。

（二）爆破毒气、噪声及粉尘影响在隧洞爆破作业，上述危害对人体伤害较大，所有作业人员在放炮后，必须等通风时间超过30分钟后才可进入隧洞内作业。隧洞危石的危害因爆破振动的影响，可能在洞内两帮和顶板上产生少量的危石和悬岩，在工作面作业，必须先要处理好这些危石与悬岩，避免不必要的伤害。

结束语

综上所述，得出以下结论：（1）在爆破荷载作用下，振动从振源向周围传播时振速逐步展开、分散。振动通过地层和结构逐渐往外扩展，振动速度逐步衰减。（2）单循环进尺固定，随着围岩级别变化导致单管用药量变化所产生的震动速度发生变化。（3）单循环进尺不变，隧道爆破掏槽眼用药量不变，爆破荷载峰值为一恒定值的前提下，随着隧道净距的增大，既有隧道右边墙的振速峰值和位移峰值不断减小，振速峰值和位移峰值减幅比较大，小净距隧道爆破振动响应尤其敏感。（4）上台阶开挖完成后，下台阶及仰拱开挖爆破随着凌空面加大振动速度较小，对既有隧道结构和设备影响较小。

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作者简介：谢沭阳（1986--），男，汉族，安徽宿州人，理工科学士，中铁十局龙龙铁路项目安全总监，工程师

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