邵书语

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

1 概述

隧道爆破开挖是交通建设旳重点和核心工程。对此学者们对铁路隧道爆破开挖进行了多方面的研究，潘文韬等[1]对小净距三洞并行公铁隧道近接施工及爆破振动影响进行了研究，研究结果表明：在极限安全距离内采取隧道爆破施工，在极限安全距离外采取机械开挖；王洪存等[2]对新建隧道爆破施工对既有隧道交叉段影响进行了分析，分析结果表明：加强监测隧道拱顶、拱肩爆破振动，能保证隧道衬砌结构的安全稳定；黄斌[3]对上跨临近既有铁路隧道爆破振动控制响应效应进行了研究，研究结果表明：计算得到隧道最小斜距的爆破振动速度，能满足爆破震动安全允许标准；胡平[4]对复杂地质条件下地铁隧道下穿建筑物减振爆破技术进行了研究，研究结果表明：采用先进的减振爆破技术，能保证附近建筑物爆破振动安全；刘长文等[5]对数码雷管隧道爆破施工对临近民房的影响进行了研究，研究结果表明：合理设置数码雷管毫秒延期，爆破减震效果显著；伍岳等[6]对隧道爆破对临近高压输电铁塔的振动影响进行了分析，分析结果表明：采用多段别延期起爆网路，能有效防止爆破振动对高压铁塔的危害。

以上研究并没有聚焦于隧道上跨水库输水工程隧洞的爆破开挖技术研究，对此本文对铁路隧道跨越输水隧洞的爆破及监测方案进行了分析。

2 工程概况

本项目在抚顺市东州区阿金沟附近与大伙房水库地下输水隧洞交叉，交叉点桩号为：沈白铁路DK59+754.95m、大伙房水库输水(二期)工程输水隧洞2+834.561m，交角约87.15°，铁路工程在此处以隧道上跨的方式穿越输水工程。该处地面高程约为150.6m，输水隧洞洞底高程93.34m，洞径6.0m，洞顶高程为99.34m；根据中国铁路设计集团有限公司提供的铁路线路，目前交叉穿越位置轨面设计高程为131.05m，输水隧洞顶距铁路阿金隧道轨面距离约为31.71m，距离隧道开挖底约为28.96m。

3 爆破方案

3.1 爆破等级

根据爆破工程等级分类标准的规定，本次爆破工程为岩土爆破工程，一次爆破药量Q<0.5T。由于该工程洞身为隧道爆破工程，地下爆破系数0.5，三级围岩上下台阶同时爆破时最大单次起爆药量大于250kg，根据药量划分为C级岩土爆破工程。但由于距离该工程500m范围内有重要建筑设施(大伙房水库输水(二期)工程输水隧洞)，根据GB 6722—2014《爆破安全规程》4.2要求，该爆破作业等级应提高1个等级，为B级岩土爆破工程。

3.2 Ⅲ级爆破参数设计

如图1所示，阿金隧道为单洞双线隧道，隧道洞身采用毫秒延时微振控制爆破技术，严格控制最大单响药量。隧道Ⅲ级围岩段爆破施工按照4m循环进尺进行，掏槽为多楔形掏槽，先爆破掏槽孔孔距180mm，后爆破掏槽孔孔距50mm，辅助孔孔距80mm，周边孔孔距55mm，最小抵抗线75mm，炸药单耗1.1kg/m3，线装药密度280g/m，炮孔利用率90%。

图1 Ⅲ级围岩炮孔布置及起爆顺序图

3.3 Ⅳ级爆破参数设计

如图2所示，阿金隧道Ⅳ级围岩段爆破施工按照3m循环进尺进行。DK60+179.3～DK60+200 Ⅳ级围岩段属于特殊控制段，循环进尺即相关参数参照Ⅴ级围岩，以现场试爆为准调整具体相关参数，若不能达到监控和要求标准，须按照施组要求按照电子雷管控制爆破重新进行设计。掏槽为多楔形掏槽，先爆破掏槽孔孔距120cm，后爆破掏槽孔孔距60cm，辅助孔孔距90cm，周边孔孔距75cm，最小抵抗线75cm，炸药单耗0.97kg/m3，线装药密度240g/m，炮孔利用率88%。

图2 Ⅳ级围岩炮孔布置及起爆顺序图

3.4 Ⅴ级爆破参数设计

如图3所示，阿金隧道V级围岩段爆破施工按照1.2m循环进尺进行。掏槽为多楔形掏槽，先爆破掏槽孔孔距100cm，后爆破掏槽孔孔距50cm，辅助孔孔距93cm，周边孔孔距75cm，最小抵抗线90cm，炸药单耗0.9kg/m3，线装药密度250g/m，炮孔利用率75%。

图3 Ⅴ级围岩炮孔布置及起爆顺序图

3.5 装药结构、堵塞和起爆网路

在装药前要对炮孔进行吹孔，防止岩渣堵孔，影响装药。掏槽孔、辅助孔、底孔采用Φ32mm乳化炸药，连续装药结构，起爆雷管置于炮孔底部。周边孔采用光面爆破，使用2#岩石乳化炸药(Φ32mm)进行不耦合装药(如图4所示)，装药结束后，使用炮泥进行良好堵塞。

图4 装药结构示意图

如图5所示，炮孔填塞采用稍湿含细砂黄粘土，堵塞需分层捣固密实。光面爆破炮孔在孔口进行堵塞，长度不小于20cm。爆破网路采用普通导爆管雷管毫秒延期起爆网路起爆(DK60+140～DK60+258.55采用工业数码电子雷管联接)，起爆顺序为：掏槽孔-辅助孔-周边孔-底板孔，根据起爆顺序每孔分别使用相应段别的雷管1发，孔外每个传爆结点采用2发1段雷管或连接元件连接；工业数码电子雷管起爆网络依照导爆管雷管孔内微差设计、孔外并联逐孔起爆。

图5 网络连接示意图

4 监测方案

4.1 监测范围

根据阿金隧道施工图及爆破设计，相同围岩开挖方式及进尺相同，开挖爆破装药量也为固定值，爆破位置距离输水隧洞越远，振动影响会越小。若最近距离爆破振动满足要求，则认为其他位置同类围岩、同样进尺的爆破振动均满足要求，因此爆破振动监测仅对各级围岩距输水工程最近位置的爆破点位进行监测[7-9]。

根据输水隧洞和铁路隧道的平面位置关系，沈白铁路阿金隧道与大伙房水库输水(二期)工程输水隧洞交角约87.15°。根据阿金隧道纵断面图，隧道跨越段DK59+610～DK59+985为Ⅴ级围岩。铁路隧洞和输水隧洞交点桩号为DK59+754.95m，沿沈白铁路隧道轴线，沈阳方向Ⅳ级围岩距离输水隧洞结构外尺寸最近距离为140.7m，白河方向Ⅳ级围岩距离输水隧洞最近距离为226.4m；沈阳方向Ⅲ级围岩距离输水隧洞结构外尺寸最近距离为210.7m，白河方向Ⅲ级围岩距离输水隧洞最近距离为281.2m。可见白河方向Ⅲ、Ⅳ级围岩距离跨越点较远，因此，只需监测沈阳方向Ⅲ、Ⅳ级围岩爆破振动对输水隧洞的影响。

4.2 监测孔设置及安全判断

根据输水工程永久监测点布置情况，输水隧洞现有距交叉穿越点最近的安全监测断面位于3+880位置，该位置距穿越点约1000m，距离太远，因此无法利用输水隧洞现有安全监测设施。故本次设计采用隧洞外垂直孔振动监测方案，同时大伙房水库输水(二期)工程的输水隧洞为有压输水隧洞，本次监测方案在隧洞外设置1处地下水渗透压力监测点(如图6所示)，以监测爆破过程是否对输水隧洞造成内水外渗的影响。

图6 深孔渗压计埋设安装示意图

监测区域共计5个监测孔(JC1～JC5)，每个监测孔中各设置2个监测点，通过速度计进行监测，可监测优化后的爆破振动在岩石中的动力响应，速度计采用三向型，三轴方向分别定为平行于输水隧洞轴线方向、水平垂直于输水隧洞轴线方向(如图7所示)和铅直方向。埋点方式通过钻孔，在所选位置向地下钻66～62m深度的孔，放入Φ100 PVC管，PVC管中提前固定好传感器(如图8所示)，放入所选点后，向管中注入砂浆。垂直孔孔底高程不应高于94.34m，以防止监测设备受到孔底虚渣影响。

图7 传感器垂直方向位置示意图

图8 PVC管内传感器分布示意图

本监测方案振动安全允许标准采用SL 398—2007《水利水电工程施工通用安全技术规程》中的水工隧道最小的允许振速5cm/s。因此，当垂直孔监测点JC1～JC5，每次监测质点振动速度均小于5cm/s时，可认为铁路隧道施工未对输水工程安全造成影响。若监测数据不满足规范要求，应立即停止施工，进行爆破参数调整，减少装药量并重新进行爆破试验。工程主要判断安全指标为质点振动速度，隧洞外地下水渗透压力监测作为一个辅助手段，当监测地下水压力未异常升高时(需排除降雨等因素)，可认为铁路工程施工未对输水工程造成严重的渗漏影响。

4.3 监测注意事项

本次监测的原则是在复核完试验段的爆破设计后，再利用地下深孔进行先复核、后验证的监测流程。不同级别围岩爆破振动复核采用空间距离与本级围岩距输水隧洞最近距离相等的监测点，进行该级别围岩的爆破振动复核。当复核爆破参数满足要求后，方可进行后续爆破施工，同时在本级围岩距输水隧洞最近位置起爆时，同样进行与输水隧洞空间距离等距的地下监测点，进行振动监测验证，确保爆破振动不会对输水隧洞产生影响。

5 结论

沈白铁路阿金隧道与大伙房水库输水(二期)工程输水隧洞相交，需要加强对跨越输水隧洞的铁路隧道爆破开挖方式进行论证，并加强施工中的动态监测，防止输水工程造成严重的渗漏。结果表明，隧道洞身采用毫秒延时微振控制爆破技术，台阶法施工，针对隧道Ⅲ级围岩循环进尺4.0m；隧道Ⅳ级围岩循环进尺3.0m；隧道Ⅴ级围岩循环进尺1.2m的方案切实可行。

同时，应加强施工中动态监测控制，监测区域设置5个监测孔，每个监测孔中各设置2个监测点，当监测质点振动速度均小于5cm/s时，表明铁路隧道施工未对输水工程安全造成影响。当监测地下水压力未异常升高时，表明铁路工程施工未对输水工程造成严重的渗漏影响。