蒋耀锋

摘 要：本文对宁芜改线提前实施工程隧道施工方法总结、完善，为类似下穿高速铁路隧道的施工提供理论依据和施工经验。

关键词：微震;爆破;震速;监测

我国己成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。京沪高速铁路宁芜段，线下有宁芜隧道穿越，高铁线路的地表路基沉降以及线下隧道的施工安全性都是重要课题。下穿隧道施工技术的研究直接关系着隧道本身质量安全和高速铁路施工运营安全。如果处理不好，不仅会对隧道的安全性造成影响，甚至会影响整个高铁线路的安全运行。

一、宁芜改线隧道下穿高速铁路基本情况

宁芜改线提前实施工程HDK25+250～HDK25+550段隧道位于韓府山南麓及山前冲积平原，全长300m，隧道内为单面坡，隧道开挖拱顶到上部铁路轨顶面最大埋深约27.3m。隧道下穿京沪高速（已开始联调）、沪汉蓉客专线（已运营）、宁安客专线（在建）段，需与在建的工程同步完成施工。隧道下穿段与地表京沪高铁、沪汉蓉通道及宁安城际铁路在平面位置上呈斜交，斜交角度约30°。经现场实测及调查，三条线路路基及下穿隧道平面对应里程情况如下：

下穿隧道与地表线路路基相对位置及纵断面图分别见图1-1、见图1-2。

二、主要关键技术

由于本段隧道地表为现状高等级高速铁路京沪高铁及沪汉蓉铁路，施工过程中不但要严格按设计及规范组织施工，保证施工的安全质量，更要在施工中采取必要的措施，严格控制爆破震动、隧道围岩收敛及隧道地表土体失水沉降，尽量减少地表京沪高铁轨道的沉降量，控制地表沉降在3.5mm以内。为此在施工过程中主要考虑采取以下施工技术方案控制及减少隧道施工对地表京沪高铁及沪汉蓉通道的影响。

（一）宁芜改线隧道的地理位置特殊，下穿京沪高铁无砟轨道，地表埋深最大仅24米，必须对施工全过程进行全方位监测，以便对工程结构的稳定性及其对周围环境的影响适时评判，及时预测和预防各种可能出现的不利局面，动态地组织和指导施工。

（二）浅埋暗挖隧道施工对地表产生沉降的因素之一是围岩开挖后的收敛变形，控制围岩收敛的关键是尽快完善初期支护系统，封闭围岩。进行方案比选后确定采用三层台阶施工技术，提前施作隧道仰拱，并在围岩上台阶开挖暴露后及时施作上台阶初期支护，并根据围岩变形情况考虑架设临时仰拱，采取“短进尺、强支护、早封闭”等施工措施减少围岩收敛变形。

（三）采用精密微震控制爆破措施，细化爆破作业施工技术，优先选用高猛度、低爆速炸药，在施工过程中采用小药卷炸药，多打眼、少装药;应用微差爆破技术多分段，不仅在起爆网络上采用加大爆破段数的方法，在单个炮孔内孔也应用间隔装药方法，减少一次齐爆药量;在爆破作业过程中加强爆破震动监测，使爆破震动速度控制在地表铁路联调运行允许范围内。

三、微震控制爆破技术研究

隧道爆破采用微震控制爆破，通过控制炸药单耗实现降低爆破震动强度，减少对高速铁路无砟轨道的影响。采用光面爆破技术以尽可能减轻围岩扰动，充分利用围岩自有强度维持隧道的稳定性，有效控制地表沉降，控制隧道的欠超挖，达到良好的轮廓形状

（一）微震控制爆破技术要点

1、采用分部、分台阶开挖、多次装药爆破技术，合理布置爆破开挖顺序。周边眼采用光面爆破，掏槽眼和辅助眼采用微振控制爆破，每次将掏槽区尽量靠近断面底部，以增大掏槽爆破时爆源至地表的距离，减轻掏槽爆破对地表高铁无砟轨道线路的震动影响，然后对预留光爆层进行光面爆破。

2、根据隧道分部开挖断面、岩石性质和地质构造条件等因素，确定采用能最大程度减振的掏槽眼布置形式。本工程采用楔形掏槽。这种掏槽具有两排以上相对的炮孔，爆破形成楔形空间，多用于中硬以上均质岩石。每对炮孔孔底距离取为10～20cm，孔口距离则与孔深和倾角大小有关，炮孔倾角（与工作面交角）取60～75°。

3、对单段最大炸药用量进行控制，起爆采用非电毫秒雷管，大间隔微差起爆，使相邻段别的起爆间隔大于100ms，以减少每段起爆的炸药量及各段爆轰波的叠加，让爆破地震主震波相间无叠加效应，达到减小对围岩扰动的目的，严格将爆破震动控制在1cm/s以内。.

4、实施全断面光面爆破。以往说的光面爆破技术通常是指将隧道的拱部和墙部开挖按光面爆破进行设计，并使其爆破后周边眼的炮眼痕迹率达到一定的值，但对隧道底部、墙角、仰拱、水沟、洞室的开挖并没有按光面爆破进行设计。实施全断面光面爆破不仅拱部、墙部要达到规范要求的光爆效果，墙角、底部、仰拱、洞室处也应按光面爆破进行设计，并同时达到和墙拱一样的光面爆破效果，以减少超欠挖可能产生的应力集中，同时对围岩的变形控制也起到了一定作用。

5、开挖中严格遵循新奥法“弱爆破、短进尺”的施工原则，严格控制每循环进尺，以减小每次爆破的炸药总用量。

6、建立一套完整的爆破振动监测系统，进行信息化施工。爆破震动监测主要是为了防止下穿隧道爆破施工对地表列车运营产生影响，因此监测的位置为每次爆破施工时，在地表轨道处进行监测。采用IDTS3850爆破震动记录仪对爆破振动进行测试，将爆破对地表高铁无砟轨道线路联调运行允许范围内。

（二）爆破作业技术

1、计算允许的单段最大共同作用装药量

爆破地震的质点振动速度的变化规律可以用萨道夫斯基公式来描述

萨道夫斯基公式描述了爆破地震波强度随传播距离的增加而呈幂函数衰减的基本规律：在爆破近区，波阵面上的压力、密度很大，致使地震波强度（能量）衰减很快;随着传播距离的增加，震动强度的衰减速度减慢。

根据允许安全振动速度（V≤1cm/s）通过公式（1）即可计算单段允许最大炸药用量6.66Kg。

2、开挖方案确定

根据围岩等级采取合理的开挖方案，做到弱爆破、短进尺、分部开挖。Ⅳ级围岩采用三台阶开挖法，循环进尺0.8～1.0m。

3、 爆破器材的选择

控制爆破采用中低爆速炸药，小直径药卷，可以明显减轻爆破振动效应。

4、选择合理的起爆段间时差

控制爆破选用100ms或200ms或半秒级的等差雷管，可以进一步改善爆破效果，降低爆破振动强度。

根据工地实测数据资料，软弱围岩中爆破振动频率比较低，一般多在100 Hz以下;振动持续时间大多为100～200ms。为避免段间振动叠加，段间隔时间必须大于100ms。

（三）控制爆破设计

弱爆破（控制单段炸药总用量，选用低爆速小直径光爆炸药），短进尺（循环进尺L=0.8～1.0m），分部开挖（三台阶开挖）。

采取斜眼掏槽，炮眼深度：炮眼垂直深度1.1～1.3m（视围岩情况），周边眼钻进方向外插角为3～5°，炮眼为ф42mm，非电毫秒雷管隔段使用，实现孔微差起爆，达到光面爆破效果。

（四）爆破振动监测

主要监测仪器主要有：IDTS 3850爆破振动自记仪，CD-1型和CDJ-1型速度传感器，笔记本电脑等。

成都中科动态仪器有限公司研制生产的IDTS3850爆破震动记录仪，用于对爆破振动进行信号记录与数据分析、结果输出、显示打印或存盘。它直接与拾振器相连，并将其模拟电压量转换成数字量进行存贮，再经自身的RS232接口和计算机通讯，由计算机进行波形显示、谱图显示，波形的各种特征参数及测试结果的表格显示、打印和存盘等。

由于本隧道控制爆破震速主要是保护高速铁路无砟轨道板安全，根据要求爆破震速不能超过1cm/s，所以测点均设在京沪高无砟轨道板上。

通过爆破振动实测數据表明，测点处的最大振动速度及频率均满足爆破震速不能超过1cm/s要求。

四、应用情况

本工程下穿段2010年12月17日从竖井进入正洞施工， 2011年4月26日贯通，2011年5月13日完成衬砌施工。

采取以上措施后取得良好效果，隧道洞身收敛及沉降，地表沉降均在允许范围内。京沪高铁无砟轨道板未发生明显沉降和位移。

拱顶下沉量及围岩周边收敛最大均为HDK25+338处，拱顶下沉为4.7mm，围岩周边收敛为1.7mm。

地表沉降值综合分析施工监测、第三方监测，地表路基最大沉降为1.8494mm（HDK25+435处），去除经分析为非施工造成的沉降（8号点累计沉降量为1.0424mm，此点在施工作业影响区域外，不受施工作业影响），地表最大沉降量均不足1mm。

参考文献：

[1]林德余.矿山爆破工程[M].河北：冶金工业出版社，1993.

[2]林德余.矿山爆破工程[M].河北：冶金工业出版社，1993.

[3]顾毅成，史雅语.工程爆破安全[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2009.

[4]郭兴明.爆破安全技术[M].北京：化学工业出版社，2009.[5]戚文革，陈国山，赵兴东.矿山爆破技术.北京：冶金工业出版社，2010.