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緊鄰鐵路既有線隧道明洞開挖控制爆破施工技術(shù)應(yīng)用研究

2017-07-04 00:07:28徐光遠(yuǎn)
建材發(fā)展導(dǎo)向 2017年3期
關(guān)鍵詞:開挖明洞鐵路

摘 要:介紹在山體陡峻且地表橫坡大、山體表面危巖落石發(fā)育、緊靠鐵路既有線且既有線位于施工地點(diǎn)下方等不利施工條件因素下,隧道明洞深基槽開挖通過采取階梯深孔微差控制松動(dòng)爆破技術(shù),并輔以主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)等安全技術(shù)措施,有效地解決了開挖爆破作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的飛石和震動(dòng)引起山體表面危巖運(yùn)動(dòng)落入施工區(qū)和既有鐵路線內(nèi)的問題,保證了施工及既有線上列車運(yùn)營(yíng)安全。

關(guān)鍵詞:鐵路;既有線;隧道;明洞;開挖;控制爆破

一直以來,鐵路運(yùn)輸安全管理都是各級(jí)鐵路運(yùn)營(yíng)管理部門的重中之重。在鐵路既有線旁邊進(jìn)行構(gòu)造物,深基槽石方開挖爆破作業(yè),稍有不慎,將使開挖爆破產(chǎn)生的飛石輕者落入既有線內(nèi)阻礙車輛正常運(yùn)行,重者或損壞鐵路既有線上運(yùn)營(yíng)設(shè)備造成運(yùn)營(yíng)中斷,或直接砸向正在行駛過的列車造成車輛損壞和人員傷亡,其施工安全隱患非常巨大。

我單位在新建鐵路云桂線(廣西段)重點(diǎn)控制工程那吉隧道出口明洞基槽石方爆破開挖施工中,從爆破控制技術(shù)和防護(hù)措施上等方面著手,克服了山體陡峻、地表橫坡大、山體表面危巖落石發(fā)育、緊靠南昆鐵路既有線且既有線位于施工地點(diǎn)下方等不良地形地貌、工程地質(zhì)和附近地物因素的影響,規(guī)避了施工對(duì)既有線所帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

新建鐵路云桂線(廣西段)重點(diǎn)控制工程那吉隧道全長(zhǎng)7645m,出口明洞起訖里程為DK131+980~DK132+450,長(zhǎng)470m,開挖深度在10~32m左右。明洞所處位置山體很高,地形起伏劇烈,險(xiǎn)峻陡峭,地勢(shì)由西北方向東南方向傾斜,即呈右高左低的地貌,地表橫坡在45°~75°之間。明洞左側(cè)緊鄰南昆鐵路既有線,線路走向基本與既有線平行,與既有線相距100~120m,新建鐵路隧道明洞位于地勢(shì)較高處,其高程比南昆鐵路既有線高約70~100m。

隧道穿越山體巖性為三疊系中統(tǒng)果化組上段(T2g3)灰?guī)r,淺灰~青灰色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),鈣質(zhì)膠結(jié),中~厚層狀,質(zhì)堅(jiān)、性脆、致密、堅(jiān)硬,節(jié)理裂隙較發(fā)育,局部較破碎,呈碎塊狀結(jié)構(gòu)。山體表面基巖裸露,由于巖性為可溶性巖,地表溶蝕較強(qiáng),出露的灰?guī)r由于不斷被溶蝕結(jié)構(gòu)面和和節(jié)理結(jié)構(gòu)面切割、分離,巖體完整性較差,部分已成孤石,在險(xiǎn)峻陡峭的山體地形條件下成為危巖,危巖中等發(fā)育,危巖運(yùn)動(dòng)以落石形式發(fā)生,崩坍形式次之。

2 爆破施工應(yīng)重點(diǎn)控制和注意的幾個(gè)問題

從本隧道出口明洞所處位置的地形地貌、工程地質(zhì)、山體表面危巖落石發(fā)育情況及與南昆鐵路既有線相對(duì)位置的關(guān)系上看,爆破施工應(yīng)重點(diǎn)控制和注意以下幾個(gè)問題:

(1)隧道明洞開挖爆破緊靠南昆鐵路既有線,間距小,高差大,既有線上行車密度高,接觸網(wǎng)、通信電纜等復(fù)雜,防止爆破飛石對(duì)其進(jìn)行破壞。爆破施工時(shí)盡量不產(chǎn)生飛石,或只出現(xiàn)個(gè)別零星的小飛石,且飛行距離較近。

(2)爆破震動(dòng)易引起山體表面危巖運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的危巖以滾石的形式順陡峭的山體表面順勢(shì)而下落入既有線內(nèi),破壞鐵路線路、接觸網(wǎng)和通信設(shè)施,影響列車行車安全及正常運(yùn)行;或者落入正在開挖的塹槽內(nèi),傷害正在作業(yè)的人或機(jī)械設(shè)備。因此,施工中應(yīng)盡量減少石方開挖爆破作業(yè)時(shí)震動(dòng)的影響,使之不能引起山體表面大量的危巖產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)形成落石;

(3)此處爆破方量大,爆破頻率高,施工時(shí)間長(zhǎng),為以防萬一,還應(yīng)考慮山體表面危巖在爆破震動(dòng)影響下如何防止運(yùn)動(dòng)和產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)后如何進(jìn)行有效的防護(hù),以及爆破時(shí)如何防護(hù)以抑制產(chǎn)生飛石的問題。

3 施工方案的確定

為達(dá)到上述目的,根據(jù)本隧道出口明洞基槽開挖斷面的尺寸,施工技術(shù)總體指導(dǎo)思想確定為:采用階梯控制爆破方法,控制技術(shù)手段為通過減少一次同時(shí)起爆裝藥量的措施,來達(dá)到降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度和減少爆破作業(yè)產(chǎn)生飛石的目的。

一次同時(shí)起爆裝藥量的減少?gòu)囊韵露€(gè)方面考慮:一是爆破所采取的技術(shù),采用的爆破技術(shù)不同,一次同時(shí)起爆裝藥量亦不相同,鉆爆設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用一次同時(shí)起爆裝藥量最少的爆破技術(shù);二是在所采取爆破技術(shù)本身來尋求減少一次同時(shí)起爆裝藥量的方法,從目前國(guó)內(nèi)范圍土建工程施工爆破所采用的技術(shù)上來看,階梯爆破一次同時(shí)起爆裝藥量的減少主要通過微差控制來實(shí)現(xiàn),利用微差技術(shù)控制不同排間炮孔先后起爆順序以減少一次同時(shí)起爆裝藥量。

基于此,我們研究制定了以下施工方案:

3.1 開挖控制爆破方案

采用階梯深孔微差控制松動(dòng)爆破,利用微差爆破技術(shù)嚴(yán)格控制一次齊爆裝藥量,以控制爆破震動(dòng)強(qiáng)度和飛石最大飛行安全距離。爆破開挖臨空面選擇盡量避開面向既有線方向,以控制飛石飛行方向。當(dāng)開挖臨空面無法回避,只能面向既有線,以傳統(tǒng)炸藥爆破技術(shù)手段無法解決既有線施工所面臨的問題時(shí),采用挖掘機(jī)帶破碎錘進(jìn)行施工。

3.2 安全防護(hù)方案

為有效防止山體危巖形成落石后滾入既有線或明洞段開挖溝槽內(nèi)以及爆破產(chǎn)生飛石飛入既有線內(nèi)造成重大安全事故,在實(shí)施隧道明洞段開挖控制爆破時(shí),所采取的安全防護(hù)措施如下:

(1)施工前對(duì)山體表面危巖進(jìn)行詳細(xì)排查,并對(duì)危石采取清除、支頂、嵌補(bǔ)等加固措施,以減少危巖運(yùn)動(dòng)發(fā)生落石、崩塌形式的概率。

(2)對(duì)于上述措施難以實(shí)施但又十分危險(xiǎn)的危巖,采取設(shè)置主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)加以約束。

(3)在山體坡面危石來源側(cè)隧道明洞開挖邊坡外2m處設(shè)置一道6m高被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng),以阻攔危巖落石滾入南昆鐵路既有線或明洞開挖溝槽內(nèi)。

(4)為防止隧道明洞爆破開挖飛石飛入南昆鐵路既有線內(nèi),采取遮擋和覆蓋的措施進(jìn)行防護(hù)。遮擋的措施為在靠近既有線側(cè)隧道明洞邊坡外2m設(shè)置一道10m高鋼管排架并掛設(shè)竹排進(jìn)行防護(hù),為提高鋼管腳手架的利用率,開挖一段,搭設(shè)防護(hù)一段,周轉(zhuǎn)重復(fù)使用。覆蓋的措施為爆破時(shí)在炮口上面蓋設(shè)炮被。

本隧道出口明洞開挖爆破施工安全防護(hù)設(shè)置方案見圖1所示。

4 主要施工技術(shù)

4.1 階梯深孔微差松動(dòng)控制爆破

4.1.1 爆破階梯深孔松動(dòng)爆破參數(shù)

緊鄰既有線隧道明洞開挖爆破炮孔布置分為主炮孔、預(yù)裂爆孔和邊炮孔,緊鄰隧道明洞開挖邊坡的炮孔為預(yù)裂孔,中間的炮孔為主炮孔,靠近既有線一側(cè)的一列炮孔為邊炮孔。階梯深孔松動(dòng)爆破施工示意見圖2所示,爆破參數(shù)選擇見表1所示。

4.1.2 深孔松動(dòng)爆破施工裝藥量計(jì)算

①單位巖石體積耗藥量q:q=K標(biāo)×F(n)×f,K標(biāo)=0.37×ρ3/2,F(xiàn)(n)=﹝(4+3n)/7﹞3,

式中:q—單位巖石體積耗藥量,kg/m3;,

K標(biāo)—標(biāo)準(zhǔn)爆破漏斗單位耗藥量,kg/m3;

F(n)—爆破作用函數(shù);

ρ—巖石密度,取2.4~2.65g/m3;n—爆破作用指數(shù),松動(dòng)爆破n≤0.75;f—臨空面修正系數(shù),取0.8~1.2,當(dāng)臨空面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際最小抵抗線W值小于設(shè)計(jì)值時(shí),f<1;當(dāng)臨空面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際最小抵抗線W值大于設(shè)計(jì)值時(shí),f>1。

②單孔裝藥量Q

主炮孔距臨空面第一排孔單孔裝藥量Q:Q=qHaw;主炮孔其它炮孔單孔裝藥量Q:Q=qHab。邊炮孔、預(yù)裂孔單孔裝藥量Q:邊炮孔、預(yù)裂孔單孔裝藥量為主炮孔裝藥量的0.7~0.8。

4.2 微差爆破控制技術(shù)

根據(jù)爆破震動(dòng)效應(yīng)減弱和爆破飛石飛行距離原理,通過微差控制一次齊爆破裝藥量,將有效地降低地震效應(yīng)和減少飛石飛行距離,并隨著微差段數(shù)增加的數(shù)量越多,一次齊爆炸藥的裝藥量就越少,降低震動(dòng)影響效果和減少飛石飛行距離就越好。

微差控制爆破布孔、起爆順序主要有以下幾種方案:

方案1:規(guī)則眼,排間微差;方案2:梅花眼,排間微差;方案3:梅花眼,大斜眼微差起爆;方案4:梅花眼,正方形眼,楔形微差起爆;方案5:規(guī)則眼,孔間、排間微差起爆。具體微差控制爆破布孔、起爆順序見圖3。

4.3 爆破震動(dòng)強(qiáng)度控制

為了防止爆破震動(dòng)地震效應(yīng)引起山體表面危巖運(yùn)動(dòng)形成落石,故將本隧道明洞段開挖爆破地震波作用距離控制在20~30m。爆破震動(dòng)控制,采用薩道夫斯基公式:R=(K/V)1/α×Q1/3,

式中:R—爆破振動(dòng)安全允許距離(m);K—爆破點(diǎn)與計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù),堅(jiān)硬巖石K=50~150,中硬巖石K=150~250,軟巖石K=250~350;V—保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度(cm/s),V=2.3~2.8cm/s。α—爆破點(diǎn)與計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減指數(shù),堅(jiān)硬巖石α=1.3~1.5,中硬巖石α=1.5~1.8,軟巖石α=1.8~2.0;Q—炸藥量,齊發(fā)爆破為總藥量,延時(shí)爆破為最大一段藥量(kg)。

4.4 爆破飛石最大安全距離控制

爆破飛石最大飛行安全距離控制根據(jù)隧道所處位置與既有線相對(duì)關(guān)系確定。根據(jù)本隧道出口明洞所處位置與既有線相對(duì)距離和地表橫坡因素,開挖爆破個(gè)別爆破飛石最大飛行距離控制在10~15m,按下式進(jìn)行計(jì)算:Rf=20×Kf×n2×W,

式中:Rf—個(gè)別爆破飛石最大控制安全距離;Kf—與地形、地質(zhì)、氣候及藥包埋深深度有關(guān)的安全系數(shù),一般取用1.0~1.5,風(fēng)速大且順風(fēng)時(shí),或山間、埡口地形時(shí),取用1.5~2.0;n—爆破作用指數(shù),小藥量松動(dòng)爆破作用指數(shù)n≤0.75;W—最大藥包的最小抵抗線。

4.5 安全防護(hù)工程

4.5.1 主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)

(1)技術(shù)要求

①縱橫交錯(cuò)的Φ16支撐繩與4.5m×4.5m正方形布置的錨桿相連接。

②支撐繩構(gòu)成的每個(gè)4.5m×4.5m網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)一張4.0m×4.0m的D0/08/300型鋼繩網(wǎng),并與四周支撐繩間用縫合繩聯(lián)結(jié)并進(jìn)行預(yù)張拉。

③在鋼絲繩下鋪設(shè)網(wǎng)孔為50mm×50mm的4.0m×4.0m鋼絲格柵,以阻止小尺寸巖塊的塌落。

(2)工作內(nèi)容

①山體坡面防護(hù)區(qū)浮土、浮石及植被清除;②鉆孔、注漿并插入錨桿;③安裝橫縱向支撐繩;④鋪設(shè)鋼絲格柵;⑤鋪設(shè)鋼繩網(wǎng)并縫合。

4.5.2 被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)

(1)系統(tǒng)構(gòu)件技術(shù)要求

①鋼絲繩:公稱抗拉強(qiáng)度不小于1770MPa,熱鍍鋅為AB級(jí)。

②高強(qiáng)度鋼網(wǎng)繩:抗錯(cuò)動(dòng)力≥5KN,抗脫落力≥10KN,鋼繩網(wǎng)的形狀應(yīng)為菱形,采用D0/08/200型。

③格柵網(wǎng):編制的格柵網(wǎng)的鋼絲應(yīng)滿足GB/T343或YB/T4026的要求。

④減壓環(huán):?jiǎn)?dòng)荷載應(yīng)介于其相連的鋼絲繩最小斷裂拉力的10%~70%。

⑤鋼柱:采用雙拱增強(qiáng)型預(yù)應(yīng)力鋼柱,采用熱鍍鋅防腐處理。

(2)施工順序及工作內(nèi)容

①測(cè)量定位;②基礎(chǔ)混凝土澆筑;③鋼柱安裝;④預(yù)應(yīng)力鋼柱拉錨繩安裝;⑤上支撐繩安裝;⑥鋼繩網(wǎng)安裝及縫合;⑦格柵安裝及固定;⑧設(shè)置中間拉繩。

4.5.3 雙排鋼管腳手架掛設(shè)竹排

雙排鋼管腳手架掛設(shè)竹排由鋼管、竹排、防護(hù)網(wǎng)、鋼筋地錨、拉錨繩和扣件等構(gòu)件組成。排架高度為10m左右,鋼管規(guī)格為Ф50×3.5mm。立桿平面布置間距為橫×縱=1.0~1.5m×1.0~1.5mm,橫桿步距為1.0~1.5m,為保證雙層鋼管排架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在排架內(nèi)部設(shè)置剪力撐,沿排架縱向每5個(gè)立桿間距設(shè)置一道剪力撐,并與排架立桿、橫桿以十字交叉扣件連接牢固;在排架表面設(shè)置十字撐,其設(shè)置方式與剪力撐基本相同。排架內(nèi)側(cè)綁扎竹排,外側(cè)掛防護(hù)網(wǎng),并以8號(hào)鐵絲與排架鋼管固定。其施工順序?yàn)榇钤O(shè)雙排鋼管排架→釘設(shè)地錨→拉拉錨繩固定。

4.5.4 炮被覆蓋

用于防止飛石炮口覆蓋的材料應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、彈性和韌性,不易折斷。比較有效的方法是三層覆蓋。

第一層:草席、草墊、荊笆或砂袋,干濕均可;第二層:廢舊輪胎簾,用廢舊輪胎編成?;蛴弥衽派细裁薇弧5谌龑樱悍?,其尺寸應(yīng)稍大些,并用鐵絲或繩索拉緊和固定。

5 結(jié)語

在緊鄰鐵路既有線進(jìn)行隧道明洞或深路塹爆破開挖工程技術(shù)難度很大,稍有不慎,極易引起山體表面危巖及爆破飛石落入既有線內(nèi),后果很難想象。在此條件下進(jìn)行爆破施工,主要掌握以下幾點(diǎn):

施工前,結(jié)合作業(yè)點(diǎn)地形地貌、工程地質(zhì)及附近地物情況,制定切合實(shí)際且行之有效的控制爆破鉆爆設(shè)計(jì)。嚴(yán)格控制鉆孔精度和裝藥量是施工成敗的關(guān)鍵。充分考慮足施工中存在的主要問題和風(fēng)險(xiǎn)分析預(yù)估,一一對(duì)應(yīng)做好有效的安全防護(hù)技術(shù)措施。

由于我單位在新建云桂鐵路(廣西段)標(biāo)段管區(qū)線路走向基本與南昆鐵路既有線平行,大部分地段緊鄰既有線,為保證既有線運(yùn)營(yíng)安全,在那吉隧道出口明洞開挖控制爆破施工取得成功的基礎(chǔ)上,將其施工過程中運(yùn)用的階梯深孔微差控制松動(dòng)爆破技術(shù)、靠既有線側(cè)搭設(shè)鋼管排架并掛竹排遮擋以及炮口覆蓋炮被等安全防護(hù)措施,應(yīng)用至工程地質(zhì)條件與其類似的DK123+600~DK123+820段深路塹開挖施工中去。無論是在那吉隧道出口明洞,還是在DK123+600~DK123+820段深路塹,由于控爆技術(shù)方案選用合理,安全防護(hù)措施應(yīng)用得當(dāng),整個(gè)開挖爆破施工過程均為發(fā)生一起山體表面危巖、爆破飛石落入或飛進(jìn)鐵路既有線的情況,較好地保證了鐵路既有線運(yùn)行安全。

通過那吉隧道出口明洞以及DK123+600~DK123+820段深路塹爆破開挖施工實(shí)踐發(fā)現(xiàn),露天臺(tái)階深孔松動(dòng)爆破抑制飛石產(chǎn)生的效果明顯好于淺孔爆破,為今后類似工程提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[l] 董磊,湯道義.揚(yáng)州至績(jī)溪高速公路寧績(jī)段緊鄰既有鐵路線高邊坡路塹爆破施工及控制技術(shù)[J].隧道建設(shè),2014,34(06):558-563.

[2] 柏鶴.既有鐵路擴(kuò)塹石方控制爆破施工技術(shù)[J].設(shè)備管理與維修,2016,(02):79-81.

作者簡(jiǎn)介:徐光遠(yuǎn)(1971.02- ),男,遼寧大連人,本科,中交隧道工程局有限公司,工程師,研究方向:土木工程施工和技術(shù)管理。

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