桐子林隧道上跨既有铁路隧道爆破施工技术

桐子林隧道上跨既有铁路隧道爆破施工技术
【摘要】新建兰渝铁路桐子林隧道，为双线铁路隧道，二次分别上跨既有遂渝线桐子林隧道黄井联络线既有桐子林隧道，控制爆破难度大，安全风险高，既有线施工复杂，施工条件差。

由于有针对性采取了合理的爆破技术、开挖方法，有效的防止了隧道塌方和对既有设备造成损坏等事故的发生，确保了既有营运线安全畅通，为上跨既有线隧道施工积累了经验。

【关键词】新建隧道；上跨既有铁路隧道；施工安全技术
The Construction Technology of Acrossing the Existing Railway Tunnel in Tongzilin Tunnel
ZHAO Lin
（Urban Rail Traffic Engineering Branch Co.，Ltd. of Ctce Group，Hefei Anhui 230000）
【Abstract】The new building Tongzilin tunnel of lanzhou-chongqing railway is double line railway tunnel，which across Tongzilin tunnel twice from suining-chongqing line and Huangjing line. The controlled blasting is difficult，the security risk is high，existing lines are complex and construction condition is poor. Thanks to the rational blasting technology and excavation method，the probability of tunnel collapse and for both equipment damage and other accidents become lower. The line can work safely and open.What is more，accumulated the experience for the across existing lines on the tunnel construction.
【Key words】Building new tunnel；Acrossing the existing railway tunnel；Construction safety technology
1 工程概况
桐子林隧道位于新建兰渝铁路重庆境内，为双线铁路隧道，起讫里程为DK920+980～DK923+491，全长2511m。

桐子林隧道第一次于DK922+918上跨既有遂渝线桐子林隧道，对应里程K126+160，上跨时既有铁路隧道拱顶至兰渝线桐子林隧道隧底净距最小处为6.78m，如右图所示。

桐子林隧道第二次于DK923+039上跨黄井联络线既有桐子林隧道，对应里程为K126+280，上跨时既有线铁路隧道拱顶至兰渝线桐子林隧道隧底净距最小处为5.31m，如图1所示。

图1
2 总体施工措施
2.1 对既有隧道影响段进行地质雷达扫描，以便上跨施工前掌握既有设备状态；
2.2 新建隧道采用控制爆破开挖，严格控制装药量和循环进尺，并对既有隧道进行振速监测，最大限度的减小对既有线隧道的影响。

2.3 根据监测数据，若爆破振速不能满足设计要求时，采用人工配合机械开挖。

2.4 及时施作仰拱及二衬，使隧道尽早闭合成环，形成整体受力。

3 爆破施工方法
3.1 振动安全控制基准要求
新建隧道与既有隧道之间的最小净间距分别为6.78m和5.31m，为确保既有隧道的安全，将安全振动允许速度值定为V≤5cm/s。

3.2 爆破方案选择
3.2.1 爆破技术要求
①爆破产生的震动不能对既有隧道衬砌产生破坏效应；
②爆破飞石必须控制在安全范围内，确保人员和设备安全；
③确保电力通信设施的绝对安全。

3.2.2 爆破方案的确定
图2
鉴于新旧隧道间距较小，从振动安全角度考虑，结合既有隧道衬砌的实际状况，结合专家组对既有隧道的风险评估意见，隧道施工采用两台阶法开挖，整个断面的分四区掘进、浅眼多循环、微差控制爆破方案，如图2所示。

3.2.3 爆破分区及开挖顺序
综合考虑控制爆破震动的要求，新建双线隧道的开挖按图2所示的顺序：
①第一阶段先行开挖上台阶的①部超前小导洞，高度、宽度均为 4.0m，为增加临空面，并于掏槽眼中部施钻2个直径Φ108mm的空洞，以减小爆破震动影响。

②第二阶段利用①部超前小导洞创造的临空面，控爆开挖上台阶的②部，台阶高度7.35m。

③第三阶段开挖③部和④部，台阶高度分别为3m和2.1m。

④上台阶小导洞开挖应超前②部5m以上。

3.3 主要钻孔设备及爆破器材选择
3.3.1 凿岩机具的选取
根据选取的爆破方案，隧道爆破钻孔机具采取YT28型气腿式凿岩机，Ф42mm直径的钻头钻孔。

3.3.2 爆破器材的选取
根据爆破规模及岩石特性，选用2号岩石炸药作为主起爆药，非电导爆雷管起爆。

3.4 爆破技术设计
3.4.1 根据上跨影响段新建隧道距离既有隧道的净距不同，分为两种净距进行爆破设计：最小净距5.31～10m时，循环进尺0.8m（上跨遂渝线时为6.78m，亦采用此设计），对应新建隧道里程为：DK922+848～DK923+105（长257m）。

最小净距10m以上，20m以下时，循环进尺 1.6m，对应新建隧道里程为DK922+800～848、DK923+105～200（两段共长143m）。

3.4.2 掏槽形式的确定
根据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、可以减少辅助眼爆破时的震动强度等特点，同时结合本隧道的地质条件、开挖方法以及机械设备和工人的技术水平，决定采用楔形掏槽。

为减少掏槽孔爆破震动对既有隧道的影响，将掏槽孔的位置布置在离既有隧道较远的上台阶内。

3.4.3 最大分段装药量
由于在不同爆破条件下，介质系数和震动衰减系数k、α值相差很大，因此在爆破设计的初始阶段很难确定k、α的合理取值。

由爆破振动速度现场监测值、爆心距、最大分段装药量回归出的k、α值，由萨道夫斯基的爆破振动速度公式
可得最大分段药量，公式：
Q=R3·（[v]/k）3/a
式中，Q——最大分段装药量，kg；齐发爆破时为总装药量，微差爆破时为最大分段装药量；
[v]——爆破安全振动速度，[v]=5cm/s；
R——爆心距，m；
各台阶距遂渝线既有隧道的最小净距分别是：仰拱5.31m；下台阶7.41m；上台阶及超前小导洞10.41m；净距10m时上台阶为15.1m。

各台阶距黄井联络线既有隧道的最小净距分别是：仰拱 6.78m；下台阶8.88m；上台阶及超前小导洞11.88m；净距10m时上台阶为15.1m。

k、α是与岩石性质、地质条件、爆破规模等综合因素有关的系数。

根据类似工程数据及经验可初选k、α值为k=121、α=1.7。

将k、α、[v]的值代入式中得：
Q=0.003614R3
在新、旧隧道间距范围内，取不同的爆心距R的值代入上式计算，所得不同爆心距下的最大分段装药量如下：
表1 各种距离最大分段装药量计算
由上表可知：随着新旧隧道净距的加大，在保证爆破振速小于5cm/s的前提下，一次性分段最大装药量也在加大，在新隧道跨越既有隧道的影响段范围内，各台阶均采用控制爆破，下面的设计即以上跨影响段为例进行。

3.4.4 爆破循环进尺
为减小新建隧道对既有隧道的震动危害，须对爆破进尺进行控制。

根据本隧道上跨段所处的IV级围岩状况和全环钢架支护间距参数，确定净距小于10m时爆破循环进尺为0.8m，大于10m时爆破循环进尺为1.6m。

3.4.5 爆破参数
①掏槽孔的布置。

楔形掏槽时掏槽孔与开挖面成一定角度，角度较小时爆破效果较好，但钻孔困难且影响辅助孔的布置；角度大，炮孔深度大，掏槽效果差。

考虑到循环进尺较小，将掏槽孔的角度取为76°。

掏槽孔的深度要比循环进尺适当加深至1.2m和2m。

②辅助孔的布置。

辅助孔的布置主要是确定炮孔间距和最小抵抗线，这两个参数应根据岩石的坚硬程度和孔深来确定，根据围岩的具体情况、炮孔的不同分区，取孔深为0.8m和1.6m，孔间距为0.8～1.0m。

③周边孔的布置。

工程实际中，为形成光滑的轮廓面，光爆孔间距a光一般取得较小，考虑到围岩为Ⅳ级，取a光=0.5m。

光爆孔的最小抵抗线W光=（1.0～1.5）a光，取W光=0.5～0.7m。

3.4.6 炮孔装药量计算
Q=K·W·a·h
式中，K——单位耗药量，取K=0.5～1.0kg/m3；
a——炮孔间距，m；
W——最小抵抗线，m；
h——炮孔深度，m。

表2 上台阶①超前小导洞掘进爆破参数表（循环进尺0.8m）
注：单段最大装药量未超过4.08kg，理论上满足最大爆破振动速度小于5cm/s 的要求。

表3 上台阶②部掘进爆破参数表（循环进尺0.8m）
表4 上台阶①超前小导洞掘进爆破参数表（循环进尺1.6m）
3.4.7 起爆方式及网路设计
起爆方式采用非电起爆系统，起爆器材选用非电毫秒延期雷管，爆破网路设计时，按1～15段设计。

起爆顺序为：掏槽孔→辅助孔→底板孔→边墙周边孔→拱部周边孔，其中辅助孔按先内后外的顺序逐排起爆。

起爆网络的联结采用：火雷管—导爆管—导爆管雷管的起爆网络。

为了保证后起爆的网络不被先起爆的炸断，设计采用孔内微差的起爆网络。

各炮孔内采用非电毫秒雷管微差起爆，不但控制同段起爆的最大药量，又能有效地控制每段雷管间的起爆时间，使爆破震动波不叠加。

这样既能保证岩石破碎达到理想爆破效果，又能消除爆破震动的有害效应。

表5 上台阶②部掘进爆破参数表（循环进尺1.6m）
3.4.8 装药结构
循环进尺0.8m时周边眼及掏槽眼、辅助眼装药结构均采用柱状装药，药卷装至孔底；循环进尺1.6m时周边眼及辅助眼装药结构均采用间隔装药。

4 爆破减震控制措施
4.1 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]=5cm/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，同时采用毫秒雷管进行微差爆破，以减小爆破地震动强度。

4.2 采用合理的减震掏槽形式
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。

5 结论
5.1 上跨既有铁路运营线隧道施工的隧道是极高风险施工，确保运营线的安全是新建隧道施工的关键，“安全第一，预防为主”的方针贯穿整个隧道爆破设计、施工全过程。

5.2 爆破参数需根据初步设计经现场爆破检测后不断调整确定；通过不断分析研究探索，多次调整施工工艺、爆破参数、支护参数等，采用多种综合技术，探索出了适合该类型隧道爆破施工的方法，确保了施工安全。

5.3 不论如何好的爆破设计和施工方法，既有线施工必须遵照营业线施工“八不准”制度。

【参考文献】
[1]中华人民共和国行业标准.TZ204-2008 铁路隧道工程施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，2008.
[2]中华人民共和国国家标准.GB6722-2003 爆破安全规程[S].中国工程爆破协会，2008.
[3]中华人民共和国行业标准.TB10121-2007 铁路隧道监控量测技术规程[S]. 北京：中国铁道出版社，2007.
[4]陶颂霖.爆破工程[M].冶金工业出版社：1982.
[5]成都铁路局.成铁运[2008]78号成都铁路局营业线施工安全管理实施细则[Z].2008.
[6]中华人民共和国铁道部.铁办[2008]190号铁路营业线施工安全管理办法[Z].2008.。