引水隧洞臨近既有客運專線隧道爆破施工振動影響及對策

王君順

（蘭州鐵道設(shè)計院有限公司，甘肅　蘭州　730000）

引水隧洞臨近既有客運專線隧道爆破施工振動影響及對策

王君順

（蘭州鐵道設(shè)計院有限公司，甘肅蘭州730000）

根據(jù)蘭州市水源地建設(shè)工程輸水主洞鄰近既有蘭新客運專線施工的工程實例，結(jié)合數(shù)值計算及以往施工經(jīng)驗，對引水隧洞鄰近既有客專爆破施工影響進行研究，得出引水隧洞控制爆破范圍，提出引水隧洞爆破施工時既有鐵路運營線的處理措施，以確保既有鐵路線和列車運營安全。

引水隧洞；客運專線；爆破施工

0　引言

隨著我國水利工程及鐵路建設(shè)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的新建水工隧洞靠近既有建筑物、小凈距平行隧道、上下交叉隧道等形式的地下近接工程［1］。

在采用傳統(tǒng)鉆爆法施工的近接隧道工程中，要求在新建隧道臨近既有隧道施工時，除了要保證新建隧道的工程質(zhì)量和進度外，還必須減少或消除對既有隧道的影響，確保施工區(qū)周圍人員和既有隧道的安全。目前，盡管對鄰近既有建筑物和小凈距隧道等近接工程的爆破振動問題已有研究［2，3］，但對于引水隧洞鄰近客運專線的爆破振動問題研究相對較少。因此，本論述結(jié)合蘭州市水源地建設(shè)工程鄰近既有蘭新客專存在施工干擾、洞口及洞身爆破施工等特點，采用數(shù)值計算對運營的蘭新客專在爆破振動作用下的振動影響及對策進行研究。

1　工程概況

蘭州市水源地建設(shè)工程將劉家峽水庫作為引水水源地，向蘭州市供水。工程包括取水口、輸水隧洞主洞、分水井、蘆家坪輸水支線、彭家坪輸水支線及其調(diào)流調(diào)壓站、蘆家坪水廠和彭家坪水廠等。

輸水主隧洞T30+930～T31+279.418段為壓力引水隧洞，長349.418 m，洞身凈空采用圓形斷面，開挖半徑2.35～2.85 m，開挖最大斷面25.5 m2。隧洞埋深約為40～200 m，隧洞洞身介于強風化帶與弱風化帶間白堊系下統(tǒng)河口群砂巖夾泥巖，以Ⅲ～Ⅳ類圍巖為主，采用鉆爆法開挖。隧洞在平面上設(shè)兩個直線及圓形轉(zhuǎn)折點，進口始25 m向左轉(zhuǎn)彎。見圖1所示隧洞在T31+289.418處設(shè)分水井，井身開挖半徑10 m，開挖斷面314 m2，下挖深度共45.12 m，上部25 m為黃土地層，采用機械開挖，下部20.12 m為砂巖夾泥巖，采用鉆爆法開挖。引水隧洞該里程段臨近的蘭新客專相關(guān)工點為寺兒溝中橋與孔家營隧道，其里程T30+930距離蘭新客專寺兒溝中橋水平距離約81 m，里程T31+289.418處的分水井距離蘭新客專東坪村隧道水平距離約231 m。

圖1　平面位置關(guān)系圖

2　蘭新客專爆破振動控制要求

蘭新客專目前已建成通車，工后沉降控制嚴格，按照《客運專線鐵路變形觀測評估技術(shù)手冊》［4］1.1.1條：“路基在無渣軌道鋪設(shè)完成后的工后沉降應(yīng)滿足扣件調(diào)整和線路豎曲線圓順的要求，工后沉降一般不應(yīng)超過15 mm”；“路基與橋梁、隧道或橫向結(jié)構(gòu)物交界處的差異沉降不應(yīng)大于5 mm”；1.1.2條“橋梁墩臺：無渣軌道對于靜定結(jié)構(gòu)須滿足均勻沉降量不大于20 mm、相鄰墩臺沉降差不大于5 mm的要求”；1.3.1條：“鋪設(shè)無渣軌道的隧道基礎(chǔ)工后沉降值一般不應(yīng)大于15 mm，軌道基礎(chǔ)與路基、橋涵等結(jié)構(gòu)物建的工后差異沉降小于5 mm，過渡段沉降造成的路基與橋梁、隧道的折角不應(yīng)大于1‰”。

3　洞口段爆破飛石影響及對策

輸水主洞洞口鄰近既有蘭新客專爆破施工，會產(chǎn)生飛石，對蘭新客專正常運營產(chǎn)生影響，為保證蘭新客專運營安全，需對輸水主動洞口段進行安全防護。

為減弱爆破施工對鄰近蘭新客專運營的影響，明挖段將不采取爆破開挖，暗洞施工時先用機械破碎開挖前8 m后再使用鉆爆法進行施工。明挖段開挖完成后從洞口向外延伸5 m長設(shè)弧形錨噴砼護拱，構(gòu)成防爆墻，放炮前在洞口采用10 mm厚鋼板遮擋洞口，用以阻止暗洞爆破開挖的飛石飛向地面，爆破結(jié)束后將洞口鋼板移開進行下一循環(huán)施工作業(yè)。這樣即使暗洞爆破有飛石，飛石方向也不面向蘭新客運專線，且位于地面以下，鋼拱架及鋼板也可以起到擋住飛石的作用。

表1　裝藥結(jié)構(gòu)圖表

4　洞身段爆破施工振動影響及對策

4.1輸水隧洞爆破控制方案

輸水隧洞距離蘭新客專最近點81 m，洞身長349 m，采用常規(guī)鉆爆法施工。為保證蘭新客專運營安全以及工程自身質(zhì)量、施工安全，施工中采用微振動控制光面爆破技術(shù)，以確保開挖輪廓平整圓順，并根據(jù)圍巖情況及時修正爆破參數(shù)，達到最佳爆破效果。

（1）開挖進尺

開挖采用全斷面法施工，按照短進尺、小藥量、多循環(huán)的原則進行，每次開挖進尺不宜過大，且應(yīng)根據(jù)鋼架間距確定，控制在2.4 m左右，采用鉆孔作業(yè)平臺及風槍鉆眼，采用爆破掘進作業(yè)。

（2）炸藥選型

炸藥采用2號巖石硝胺炸藥，有水地段采用乳化防水炸藥，藥卷直徑采用φ32、φ25（周邊眼），周邊眼采用間斷裝藥的弱裝藥結(jié)構(gòu)，其余眼采用集中裝藥，炮眼堵塞采用炮泥堵塞，非電毫秒雷管起爆，電雷管引爆，炮泥堵塞長度不小于20 cm。

（3）掏槽形式

采用楔形掏槽或中空直眼掏槽。

（4）裝藥結(jié)構(gòu)

周邊眼采用φ25小直徑光爆藥卷間隔裝藥。其他眼采用耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。見表1所示。

裝藥及其炸藥使用性能：

掏槽眼：φ32 mm，2#巖石硝銨炸藥；輔助眼：φ32 mm，2#巖石硝銨炸藥；周邊眼：φ25 mm，2#巖石硝銨炸藥。

（5）炮眼深度

最大炮眼深度取斷面寬度（或高度）的0.6倍，為克服及減少巖石的夾制作用，掏槽眼深度L=2.8 m外，其余周邊眼、輔助眼等炮孔深度L=2.5 m。

（6）爆破斷面參數(shù)設(shè)計

爆破參數(shù)現(xiàn)場宜結(jié)合地質(zhì)等實際情況進行調(diào)整，具體見表2所示。

（7）單孔裝藥量

根據(jù)公式：Q=η×L×r

式中：η—炮眼裝藥系數(shù)；L=眼深；r=每米長度炸藥的藥量。

1）每個循環(huán)進尺2.4 m，循環(huán)方量30.16 m3，預(yù)計炮眼利用率85%；

2）炸藥單耗1.59 kg/m3；

3）周邊眼采用φ25×200 mm小藥卷，紅線爆破，其余炮眼采用φ32×200 mm藥卷。

4.2爆破影響范圍的確定

（1）計算原則

通常情況下，對于所研究的引水隧洞爆破施工，掏槽眼爆破振動常常是最大的。掏槽眼爆破采用分段延時技術(shù)后多為單孔起爆，可根據(jù)《爆破安全規(guī)程（GB6722-2014）》［6］規(guī)定，確定爆破振動安全允許距離按規(guī)范公式如下：

R-爆破振動安全允許距離，單位為米（m）；Q-炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，單位為千克（kg）；V-保護對象所在地質(zhì)點振動安全允許質(zhì)點振速，單位為厘米每秒（cm/s）；K、α-與爆破點至計算保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。考慮爆破段地層巖性為砂巖夾泥巖，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）及《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（TB10003-2005）屬于軟巖或較軟巖，考慮不利因素，取K=350，α=2。

（2）安全允許振速

對于交通隧道爆破振動的判據(jù)主要是保護對象所在質(zhì)點峰值振速，其安全允許振速的選取應(yīng)綜合考慮構(gòu)筑物的重要性、圍巖等級、支護措施、跨度、埋深等因素?！侗瓢踩?guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定的交通隧道的振動速度標準為10～12 cm/s，根據(jù)國內(nèi)類似隧道工程近接施工的相關(guān)研究，考慮本工程走向與蘭新客專近距離并行，客專屬一級重要設(shè)施，且運營中的客專隧道軌道變形要求嚴格、拱部設(shè)有多種電氣化設(shè)施，為了確保安全，爆破設(shè)計以高速鐵路軌道允許安全振動速度0.5 cm/s為控制標準，并將有影響的客專隧道作為爆破監(jiān)測對象。

（3）爆破施工影響范圍的確定

根據(jù)以上參數(shù)選取，計算得出T30+930輸水隧洞洞口的爆破影響距離R=60.27 m，分水井爆破施工影響距離R=82.43 m。爆破振動影響范圍均小于本工程與蘭新客專的距離。

表2　爆破參數(shù)表

5　結(jié)論

（1）做為施工影響預(yù)測，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）的經(jīng)驗公式，可得出引水隧洞控制爆破的范圍和既有高鐵隧道受爆破影響的范圍。

（2）鄰近既有線爆破采取控制爆破措施，按照短進尺、少裝藥、弱爆破、多循環(huán)的原則施工，嚴格控制單響藥量，隧洞開挖單次爆破裝藥量不得大于20 kg，并建議爆破施工應(yīng)在行車間隙進行，并盡量安排在天窗時間進行。

（3）蘭新客專運營速度高，機電設(shè)備靈敏度高，工后沉降控制嚴格，為保證鐵路運營安全，對距爆破點150 m范圍內(nèi)的鐵路工程進行振動監(jiān)測和邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測，對橋下通過重車的橋梁進行沉降觀測。

（4）爆破施工期間，通過監(jiān)控量測動態(tài)調(diào)整設(shè)計參數(shù)，是此類地下近接工程成功修建的有力保障。

［1］ 仇文革.地下工程近接施工力學原理與對策研究［D］.成都：西南交通大學，2003.

［2］ 龔倫，仇文革，曹義.下穿樓房隧道近接施工爆破控制技術(shù)研究［J］.鐵道標準設(shè)計，2006（1）：86-88.

［3］ 王明年，潘曉馬，張成滿，等.鄰近隧道爆破振動響應(yīng)研究［J］.巖土力學，2004，25（3）：412-414.

［4］ 鐵道部工程管理中心.客運專線鐵路變形觀測評估技術(shù)手冊［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［5］ 仇文革，凌昊，龔倫，等.引水隧洞下穿既有鐵路隧道爆破施工振動影響及對策［J］.中國鐵道科學，2009（6）：46-54.

［6］ 中國工程爆破協(xié)會.GB6722—2014爆破安全規(guī)程［S］.北京：中國標準出版社，2014.

U455.6

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.04.021

2016-3-1

王君順（1983-），男，漢族，甘肅定西人，研究生，工程師，主要從事隧道與地下工程工作。