赵 林

（中铁四局集团 城市轨道交通工程分公司，安徽 合肥230000）

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）

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。

［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.