摘 要：介绍在山体陡峻且地表横坡大、山体表面危岩落石发育、紧靠铁路既有线且既有线位于施工地点下方等不利施工条件因素下，隧道明洞深基槽开挖通过采取阶梯深孔微差控制松动爆破技术，并辅以主动防护和被动防护等安全技术措施，有效地解决了开挖爆破作业时产生的飞石和震动引起山体表面危岩运动落入施工区和既有铁路线内的问题，保证了施工及既有线上列车运营安全。

关键词：铁路；既有线；隧道；明洞；开挖；控制爆破

一直以来，铁路运输安全管理都是各级铁路运营管理部门的重中之重。在铁路既有线旁边进行构造物，深基槽石方开挖爆破作业，稍有不慎，将使开挖爆破产生的飞石轻者落入既有线内阻碍车辆正常运行，重者或损坏铁路既有线上运营设备造成运营中断，或直接砸向正在行驶过的列车造成车辆损坏和人员伤亡，其施工安全隐患非常巨大。

我单位在新建铁路云桂线（广西段）重点控制工程那吉隧道出口明洞基槽石方爆破开挖施工中，从爆破控制技术和防护措施上等方面着手，克服了山体陡峻、地表横坡大、山体表面危岩落石发育、紧靠南昆铁路既有线且既有线位于施工地点下方等不良地形地貌、工程地质和附近地物因素的影响，规避了施工对既有线所带来的安全风险。

1 工程概况

新建铁路云桂线（广西段）重点控制工程那吉隧道全长7645m，出口明洞起讫里程为DK131+980～DK132+450，长470m，开挖深度在10～32m左右。明洞所处位置山体很高，地形起伏剧烈，险峻陡峭，地势由西北方向东南方向倾斜，即呈右高左低的地貌，地表横坡在45°～75°之间。明洞左侧紧邻南昆铁路既有线，线路走向基本与既有线平行，与既有线相距100～120m，新建铁路隧道明洞位于地势较高处，其高程比南昆铁路既有线高约70～100m。

隧道穿越山体岩性为三叠系中统果化组上段（T2g3）灰岩，浅灰～青灰色，隐晶质结构，钙质胶结，中～厚层状，质坚、性脆、致密、坚硬，节理裂隙较发育，局部较破碎，呈碎块状结构。山体表面基岩裸露，由于岩性为可溶性岩，地表溶蚀较强，出露的灰岩由于不断被溶蚀结构面和和节理结构面切割、分离，岩体完整性较差，部分已成孤石，在险峻陡峭的山体地形条件下成为危岩，危岩中等发育，危岩运动以落石形式发生，崩坍形式次之。

2 爆破施工应重点控制和注意的几个问题

从本隧道出口明洞所处位置的地形地貌、工程地质、山体表面危岩落石发育情况及与南昆铁路既有线相对位置的关系上看，爆破施工应重点控制和注意以下几个问题：

（1）隧道明洞开挖爆破紧靠南昆铁路既有线，间距小，高差大，既有线上行车密度高，接触网、通信电缆等复杂，防止爆破飞石对其进行破坏。爆破施工时尽量不产生飞石，或只出现个别零星的小飞石，且飞行距离较近。

（2）爆破震动易引起山体表面危岩运动，运动的危岩以滚石的形式顺陡峭的山体表面顺势而下落入既有线内，破坏铁路线路、接触网和通信设施，影响列车行车安全及正常运行；或者落入正在开挖的堑槽内，伤害正在作业的人或机械设备。因此，施工中应尽量减少石方开挖爆破作业时震动的影响，使之不能引起山体表面大量的危岩产生运动形成落石；

（3）此处爆破方量大，爆破频率高，施工时间长，为以防万一，还应考虑山体表面危岩在爆破震动影响下如何防止运动和产生运动后如何进行有效的防护，以及爆破时如何防护以抑制产生飞石的问题。

3 施工方案的确定

为达到上述目的，根据本隧道出口明洞基槽开挖断面的尺寸，施工技术总体指导思想确定为：采用阶梯控制爆破方法，控制技术手段为通过减少一次同时起爆装药量的措施，来达到降低爆破振动强度和减少爆破作业产生飞石的目的。

一次同时起爆装药量的减少从以下二个方面考虑：一是爆破所采取的技术，采用的爆破技术不同，一次同时起爆装药量亦不相同，钻爆设计时尽量选用一次同时起爆装药量最少的爆破技术；二是在所采取爆破技术本身来寻求减少一次同时起爆装药量的方法，从目前国内范围土建工程施工爆破所采用的技术上来看，阶梯爆破一次同时起爆装药量的减少主要通过微差控制来实现，利用微差技术控制不同排间炮孔先后起爆顺序以减少一次同时起爆装药量。

基于此，我们研究制定了以下施工方案：

3.1 开挖控制爆破方案

采用阶梯深孔微差控制松动爆破，利用微差爆破技术严格控制一次齐爆装药量，以控制爆破震动强度和飞石最大飞行安全距离。爆破开挖临空面选择尽量避开面向既有线方向，以控制飞石飞行方向。当开挖临空面无法回避，只能面向既有线，以传统炸药爆破技术手段无法解决既有线施工所面临的问题时，采用挖掘机带破碎锤进行施工。

3.2 安全防护方案

为有效防止山体危岩形成落石后滚入既有线或明洞段开挖沟槽内以及爆破产生飞石飞入既有线内造成重大安全事故，在实施隧道明洞段开挖控制爆破时，所采取的安全防护措施如下：

（1）施工前对山体表面危岩进行详细排查，并对危石采取清除、支顶、嵌补等加固措施，以减少危岩运动发生落石、崩塌形式的概率。

（2）对于上述措施难以实施但又十分危险的危岩，采取设置主动柔性防护网加以约束。

（3）在山体坡面危石来源侧隧道明洞开挖边坡外2m处设置一道6m高被动柔性防护网，以阻拦危岩落石滚入南昆铁路既有线或明洞开挖沟槽内。

（4）为防止隧道明洞爆破开挖飞石飞入南昆铁路既有线内，采取遮挡和覆盖的措施进行防护。遮挡的措施为在靠近既有线侧隧道明洞边坡外2m设置一道10m高钢管排架并挂设竹排进行防护，为提高钢管脚手架的利用率，开挖一段，搭设防护一段，周转重复使用。覆盖的措施为爆破时在炮口上面盖设炮被。

本隧道出口明洞开挖爆破施工安全防护设置方案见图1所示。

4 主要施工技術

4.1 阶梯深孔微差松动控制爆破

4.1.1 爆破阶梯深孔松动爆破参数

紧邻既有线隧道明洞开挖爆破炮孔布置分为主炮孔、预裂爆孔和边炮孔，紧邻隧道明洞开挖边坡的炮孔为预裂孔，中间的炮孔为主炮孔，靠近既有线一侧的一列炮孔为边炮孔。阶梯深孔松动爆破施工示意见图2所示，爆破参数选择见表1所示。

4.1.2 深孔松动爆破施工装药量计算

①单位岩石体积耗药量q：q=K标×F（n）×f，K标=0.37×ρ3/2，F（n）=﹝（4+3n）/7﹞3，

式中：q—单位岩石体积耗药量，kg/m3；，

K标—标准爆破漏斗单位耗药量，kg/m3；

F（n）—爆破作用函数；

ρ—岩石密度，取2.4～2.65g/m3；n—爆破作用指数，松动爆破n≤0.75；f—临空面修正系数，取0.8～1.2，当临空面现场实际最小抵抗线W值小于设计值时，f<1；当临空面现场实际最小抵抗线W值大于设计值时，f>1。

②单孔装药量Q

主炮孔距临空面第一排孔单孔装药量Q：Q=qHaw；主炮孔其它炮孔单孔装药量Q：Q=qHab。边炮孔、预裂孔单孔装药量Q：边炮孔、预裂孔单孔装药量为主炮孔装药量的0.7～0.8。

4.2 微差爆破控制技术

根据爆破震动效应减弱和爆破飞石飞行距离原理，通过微差控制一次齐爆破装药量，将有效地降低地震效应和减少飞石飞行距离，并随着微差段数增加的数量越多，一次齐爆炸药的装药量就越少，降低震动影响效果和减少飞石飞行距离就越好。

微差控制爆破布孔、起爆顺序主要有以下几种方案：

方案1：规则眼，排间微差；方案2：梅花眼，排间微差；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：规则眼，孔间、排间微差起爆。具体微差控制爆破布孔、起爆顺序见图3。

4.3 爆破震动强度控制

为了防止爆破震动地震效应引起山体表面危岩运动形成落石，故将本隧道明洞段开挖爆破地震波作用距离控制在20～30m。爆破震动控制，采用萨道夫斯基公式：R=（K/V）1/α×Q1/3，

式中：R—爆破振动安全允许距离（m）；K—爆破点与计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数，坚硬岩石K=50～150，中硬岩石K=150～250，软岩石K=250～350；V—保护对象所在地质点振动安全允许速度（cm/s），V=2.3～2.8cm/s。α—爆破点与计算保护对象间的地形、地质条件有关的衰减指数，坚硬岩石α=1.3～1.5，中硬岩石α=1.5～1.8，软岩石α=1.8～2.0；Q—炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量（kg）。

4.4 爆破飛石最大安全距离控制

爆破飞石最大飞行安全距离控制根据隧道所处位置与既有线相对关系确定。根据本隧道出口明洞所处位置与既有线相对距离和地表横坡因素，开挖爆破个别爆破飞石最大飞行距离控制在10～15m，按下式进行计算：Rf=20×Kf×n2×W，

式中：Rf—个别爆破飞石最大控制安全距离；Kf—与地形、地质、气候及药包埋深深度有关的安全系数，一般取用1.0～1.5，风速大且顺风时，或山间、垭口地形时，取用1.5～2.0；n—爆破作用指数，小药量松动爆破作用指数n≤0.75；W—最大药包的最小抵抗线。

4.5 安全防护工程

4.5.1 主动柔性防护网

（1）技术要求

①纵横交错的Φ16支撑绳与4.5m×4.5m正方形布置的锚杆相连接。

②支撑绳构成的每个4.5m×4.5m网格内铺设一张4.0m×4.0m的D0/08/300型钢绳网，并与四周支撑绳间用缝合绳联结并进行预张拉。

③在钢丝绳下铺设网孔为50mm×50mm的4.0m×4.0m钢丝格栅，以阻止小尺寸岩块的塌落。

（2）工作内容

①山体坡面防护区浮土、浮石及植被清除；②钻孔、注浆并插入锚杆；③安装横纵向支撑绳；④铺设钢丝格栅；⑤铺设钢绳网并缝合。

4.5.2 被动柔性防护网

（1）系统构件技术要求

①钢丝绳：公称抗拉强度不小于1770MPa，热镀锌为AB级。

②高强度钢网绳：抗错动力≥5KN，抗脱落力≥10KN，钢绳网的形状应为菱形，采用D0/08/200型。

③格栅网：编制的格栅网的钢丝应满足GB/T343或YB/T4026的要求。

④减压环：启动荷载应介于其相连的钢丝绳最小断裂拉力的10%～70%。

⑤钢柱：采用双拱增强型预应力钢柱，采用热镀锌防腐处理。

（2）施工顺序及工作内容

①测量定位；②基础混凝土浇筑；③钢柱安装；④预应力钢柱拉锚绳安装；⑤上支撑绳安装；⑥钢绳网安装及缝合；⑦格栅安装及固定；⑧设置中间拉绳。

4.5.3 双排钢管脚手架挂设竹排

双排钢管脚手架挂设竹排由钢管、竹排、防护网、钢筋地锚、拉锚绳和扣件等构件组成。排架高度为10m左右，钢管规格为Ф50×3.5mm。立杆平面布置间距为横×纵=1.0～1.5m×1.0～1.5mm，横杆步距为1.0～1.5m，为保证双层钢管排架结构稳定，在排架内部设置剪力撑，沿排架纵向每5个立杆间距设置一道剪力撑，并与排架立杆、横杆以十字交叉扣件连接牢固；在排架表面设置十字撑，其设置方式与剪力撑基本相同。排架内侧绑扎竹排，外侧挂防护网，并以8号铁丝与排架钢管固定。其施工顺序为搭设双排钢管排架→钉设地锚→拉拉锚绳固定。

4.5.4 炮被覆盖

用于防止飞石炮口覆盖的材料应具有较高的强度、弹性和韧性，不易折断。比较有效的方法是三层覆盖。

第一层：草席、草垫、荆笆或砂袋，干湿均可；第二层：废旧轮胎帘，用废旧轮胎编成。或用竹排上覆棉被。第三层：帆布，其尺寸应稍大些，并用铁丝或绳索拉紧和固定。

5 结语

在紧邻铁路既有线进行隧道明洞或深路堑爆破开挖工程技术难度很大，稍有不慎，极易引起山体表面危岩及爆破飞石落入既有线内，后果很难想象。在此条件下进行爆破施工，主要掌握以下几点：

施工前，结合作业点地形地貌、工程地质及附近地物情况，制定切合实际且行之有效的控制爆破钻爆设计。严格控制钻孔精度和装药量是施工成败的关键。充分考虑足施工中存在的主要问题和风险分析预估，一一对应做好有效的安全防护技术措施。

由于我单位在新建云桂铁路（广西段）标段管区线路走向基本与南昆铁路既有线平行，大部分地段紧邻既有线，为保证既有线运营安全，在那吉隧道出口明洞开挖控制爆破施工取得成功的基础上，将其施工过程中运用的阶梯深孔微差控制松动爆破技术、靠既有线侧搭设钢管排架并挂竹排遮挡以及炮口覆盖炮被等安全防护措施，应用至工程地质条件与其类似的DK123+600～DK123+820段深路堑开挖施工中去。无论是在那吉隧道出口明洞，还是在DK123+600～DK123+820段深路堑，由于控爆技术方案选用合理，安全防护措施应用得当，整个开挖爆破施工过程均为发生一起山体表面危岩、爆破飞石落入或飞进铁路既有线的情况，较好地保证了铁路既有线运行安全。

通过那吉隧道出口明洞以及DK123+600～DK123+820段深路堑爆破开挖施工实践发现，露天台阶深孔松动爆破抑制飞石产生的效果明显好于浅孔爆破，为今后类似工程提供了借鉴经验。

参考文献

[l] 董磊，汤道义.扬州至绩溪高速公路宁绩段紧邻既有铁路线高边坡路堑爆破施工及控制技术[J].隧道建设，2014，34（06）：558-563.

[2] 柏鹤.既有铁路扩堑石方控制爆破施工技术[J].设备管理与维修，2016，（02）：79-81.

作者简介：徐光远（1971.02- ），男，辽宁大连人，本科，中交隧道工程局有限公司，工程师，研究方向：土木工程施工和技术管理。