6电气化铁路紧靠既有线隧道二线隧道爆破掘进安全快速施工技术Word格式文档下载.docx

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紧接着一段净间距为4.0～4.64m，长度41m，合计长度178.15m，如图1所示。

2确保“安全快速施工”的七项技术措施

确保安全，就是要在二线隧道爆破掘进时，确保紧靠的既有线隧道的安全与行车正常运行。

所谓快速，就是在确保既有线隧道安全的前提下，加快二线隧道爆破掘进的进度，确保月进尺为50m以上。

为了达到“安全、快速”的施工目的，我们主要采取了以下七项技术措施。

2.1导坑超前而后扩挖的三步开挖法

针对新大成二线隧道中长178.15m一段小净距的客观条件，为确保既有线隧道安全与行车的正常运行，并充分考虑到施工进度与施工效率，确定了导坑超前、而后扩挖的三步开挖法。

第I步开挖即导坑超前是确保既有线隧道安全的关键所在，所以在二线隧道的断面上选

图2三步开挖和炮眼分布与起爆顺序

择离既有线隧道最远的位置为第I步开挖。

由于这步开挖离既有线隧

道相对较远，因而在既有线隧道上产生的爆破振动速度较小。

第I步开挖过后，为其左部开挖即第Ⅱ步开挖创造了良好的临空面，有利于减振。

第I、Ⅱ步开挖过后为拱部开挖即第Ⅲ步开挖创造了更好的临空面，有利于岩石爆破和减振。

导坑超前、而后扩挖的三步开挖法如图2所示。

2.2中空大直径直眼掏槽

隧道爆破掘进的掏槽形式有两大类，一种是楔形掏槽，另一种是直眼掏槽。

紧靠既有线隧道的二线隧道爆破掘进，对于控制爆破振动效应有特殊要求，无论采取楔形还是直眼掏槽，在第I步开挖中首先起爆的炮眼由于只有一个临空面（掌子面），引起的爆破振动最大，于是有的采取风枪打空眼，即不装药的炮眼，人为创造临空面。

但打空眼要打多个，这样不仅增加打眼数量，而且空眼创造的临空面太狭窄，经过研究，决定采取钻一个大直径中空眼的方法解决此问题。

使用施工现场现有的通用设备即管棚钻机在第I步开挖中如图2所示位置钻一个中空直眼，钻眼直径为110mm，每次钻眼深20多米。

中空直眼钻完之后，在中空直眼四周各布正方形炮眼4个，小正方形为0.7m×

0.7m，大正方形为1m×

1m，如图2所示。

由一个大直径中空直眼及其周边的8个炮眼组成了中空大直径直眼掏槽形式。

在中空直眼掏槽之外，再按正方形布置12个炮眼，这12个炮眼间距以及第I步开挖断面上的其他炮眼间距与隧道全断面开挖的炮眼间距基本一致。

边墙光爆炮眼间距为55cm，其他炮眼间距60cm～80cm，这样第I步开挖断面（21.3m2）上布眼61个，炮眼深2m。

2.3Ⅱ、Ⅲ步断面线形布眼

如图2所示，第Ⅱ步开挖按照竖向为一排线形布炮眼，排距70cm，间距84cm，边墙光爆炮眼间距55cm。

第Ⅱ步开挖断面（8.8m2）上布炮眼24个，炮眼深2.5m。

第Ⅲ步开挖按照横向（水平方向）为一排线形布炮眼，由于第Ⅲ步开挖临空面大而且爆破岩石垂直下落，所以排距加大为1m，间距为85cm，拱部光爆炮眼间距为50cm。

第Ⅲ步开挖断面（22.4m2）上布炮眼46个，炮眼深2.8m。

以上三步开挖合计断面面积为52.5m2，布炮眼131个，钻中空大直径眼1个。

2.4炮眼水压爆破

为了从根本上降低爆破振动效应，确保既有线隧道的安全，必须减少炮眼装药量。

对于炮眼常规装药结构，减少装药量势必影响爆破效果，而炮眼水压爆破可解决这一矛盾。

所谓“炮眼水压爆破”，就是往炮眼中一定位置注入一定量的水，然后用炮泥回填堵塞炮眼，其作用原理是，利用水不可压缩的特征，充分利用炸药有效能量。

这种水压爆破经理论研究与实际应用，具有显著的“节能环保”作用。

经过试爆，对于第I步开挖，炮眼水压爆破的实际单位用药量为0.98kg/m3；

第Ⅱ、Ⅲ步开挖，由于有宽阔的临空面，可以逐排起爆，所以单位用药量与第I步开挖相比大大降低，约为0.45kg/m3。

根据炮眼分布的不同以及炮眼深度，按照单位用药量对每一步开挖的每个炮眼进行了装药分配，每个炮眼装药量见表1。

第I步开挖装药量为37.6kg，第Ⅱ步开挖装药量为10.2kg，第Ⅲ步开挖装药量为27.2kg。

第I步开挖炮眼水压爆破装药结构如图3所示。

其他炮眼，往炮眼底部装入一个水袋（长20cm），然后装所需的炸药量，根据炮眼不同深度再装入2-3个水袋，最后用炮泥回填堵塞到炮眼口。

2.5起爆顺序与间隔时间

科学、合理地调配炮眼起爆顺序与间隔时间，不但可以提高爆破质量，而且还可以降低爆破振动效应，有利于既有线隧道的安全。

目前使用的导爆管非电起爆系统中的毫秒雷管1-7段，其间隔时间小于50ms，而7段之后，段与段之间间隔时间大于50ms。

对于隧道爆破掘进，实际爆破表明起爆间隔大于50ms后爆破振动基本不叠加。

根据现场仅有的16个段别毫秒雷管，第Ⅰ步开挖雷管段别为1、3、5、7-16段，炮眼起爆顺序见图2，同一段别雷管起爆药量最多为4.2kg（第13段）；

第Ⅱ步开挖雷管段别为1、3、5段，同一段别起爆药量最多为4.8kg（第1段）；

第Ⅲ步开挖雷管段别为1、3、5、7、13、14段，同一段别起爆药量最多为5.6kg（第1段）。

2.6爆破振动速度的监测

为防患于未然，确保既有线隧道的安全，在二线隧道爆破掘进时始终进行爆破振动的监测，通过监测调整炮眼装药量、同一段雷管起爆药量和起爆间隔时间。

爆破时质点振动速度由CD-1传感器、DSV测震仪以及笔记本电脑组成的测振系统进行测量。

测点选择在既有线隧道边墙上（靠近二线隧道），测点高度与第Ⅰ步开挖中空大直径眼的高度一致，测点与测点距离为5m。

影响边墙稳定性的是垂直于边墙的振动速度，所以仅测这个方向的振动速度即可。

开挖178.15m的二线隧道时，每个循环都在与掌子面或临近掌子面同一里程进行振动速度的监测。

2.7爆破掘进施工程序

优化施工程序是提高施工效率、加快施工进度的基本保障，为此，结合现场现有的机具设备和施工技术水平等，采取了如下施工程序。

首先，在第Ⅰ步开挖断面上按设计位置钻一个直径为110mm以上的中空直眼，为避免重复工作，钻眼深以20m以上为宜，随后用风枪打炮眼。

第Ⅰ步开挖断面打完炮眼之后立即装药起爆，然后出碴。

待第Ⅰ步开挖面超前第Ⅱ、Ⅲ步开挖面足够深度后，第Ⅰ步开挖断面打完炮眼之后不装药起爆，而是随之打第Ⅱ、Ⅲ步开挖断面上的炮眼，然后按照第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ步开挖断面先后顺序逐步起爆，最后用装载机运碴到洞外。

这样可以避免很多的重复施工工序，还可以减少通风排烟次数与时间。

3技术成果与技术水平

新大成二线隧道小净距爆破掘进长178.15m，已于2007年6月22日安全顺利贯通。

爆破掘进累计施工91天，自始至终确保了既有线隧道的安全与行车正常运行，并取得了显著的技术成果和经济、社会效益。

3.1技术成果和经济社会效益

1）单位面积炮眼数量。

第Ⅰ步、第Ⅱ步、第Ⅲ步开挖合计布眼131个，开挖断面为52.5m2，单位面积布眼数量为2.5个/m2。

其中，第Ⅰ步开挖单位面积布眼数量为2.8个/m2,与类似工程相比，布眼数量大大降低。

2）第Ⅰ步开挖断面面积与掘进深度。

第Ⅰ步开挖断面面积为21.3m2，炮眼深度2m，在小净距的条件下，开挖断面之大、掘进之深，在国内外均属少见。

3）实际单位用药量。

第Ⅰ步开挖，设计掘进深度2m，爆后实际进尺1.8m，用药量37.6kg，则实际单位用药量为0.98kg/m3。

第Ⅱ步开挖，断面积8.8m2，设计掘进深度2.5m，实际进尺2.5m，用药量10.2kg，则实际单位用药量为0.46kg/m3。

第Ⅲ步开挖，断面积22.4m2，设计掘进深度2.8m，实际进尺2.8m，用药量27.2kg，实际单位用药量为0.43kg/m3。

这三步开挖折合成全断面开挖，实际用药量为0.66kg/m3。

4）炮眼利用率。

第Ⅰ步开挖，实际打眼深度为2m，爆后实际进尺平均1.8m以上，则炮眼利用率为90%以上。

第Ⅱ步开挖，实际打眼深度为2.5m，实际进尺为2.5m，则炮眼利用率为100%。

第Ⅲ步开挖，实际打眼深度为2.8m，实际进尺2.8m，则炮眼利用率为100%。

5）爆破振动速度。

监测结果表明，第Ⅰ步开挖最大振动速度为2.13cm/s，第Ⅱ步为0.92cm/s，第Ⅲ步为2.49cm/s。

6）粉尘浓度。

使用TH-40E型恒流粉尘采样器（采样灵敏度为万分之一克的分析天平）对第Ⅰ步开挖爆破后进行粉尘浓度监测。

爆破3min后，未通风，把仪器放在爆堆边缘处，采样5min。

监测结果表明，水压爆破比常规爆破（炮眼无堵塞）粉尘浓度下降67%。

7）施工进度。

二线隧道开挖长178.15m，钻爆与清碴累计施工91天，比预计工期提前半个月，施工进度折合全断面为59m/月，在国内小净距隧道施工中处于领先水平。

8）经济与社会效益。

二线隧道178.15m，原计划爆破掘进施工3个半月，而实际累计施工91天，节省人工费、机械费等12.6万元。

对于与178.15m的二线隧道相应长度内的既有线隧道，在二线隧道未进行爆破掘进之前，已经按要求进行了中空锚杆注浆加固。

经实际爆破掘进检验，由于爆破振动小，既有线隧道既未出现裂纹、裂隙，又未出现掉石块现象。

针对这一情况，完全可以不必注浆加固，这样可节省242.5万元费用。

按照要求，爆破掘进时要进行防电拱架台车加固，考虑一次性投入太大，而且施工过后又会闲置，根据试爆效果，决定不采用拱架台车加固，这样又节省费用约90万元。

紧靠既有线隧道的二线隧道爆破掘进长178.15m，施工自始至终确保既有线隧道安全与行车正常运行，产生了很好的社会效益。

3.2技术水平

2007年9月28日，湖北省科技厅在武汉主持召开了该项技术成果鉴定会，邀请了隧道与地下工程国内知名专家关宝树博导、史玉新大师以及爆破界知名的何广沂国家级专家等7人作为评委，对该项技术水平做出了公正而客观的评价。

鉴定意见认为：

1）该项目研究针对襄渝电气化铁路新大成隧道，其二线隧道掘进与既有线隧道净间距3.5-4m开挖长137.15m和4-4.64m开挖长41m的工程难题，是国内外少见的。

所采取的综合技术措施，减弱了爆破振动，确保了紧邻运营隧道的安全，取得了明显的社会与经济效益。

2）针对隧道地质条件、复杂的环境和运营部门严格的安全要求，所采取的导坑超前、而后扩挖的三步开挖法，科学合理，所创造的折合全断面开挖月进度59m，为小净距隧道施工条件下国内领先水平。

3）首次采用水压爆破与中空大直径直眼掏槽综合新技术，具有创新性。

不仅与常规爆破相比减少了炸药量，而且有效的将距爆破点3.5m的运营隧道浆砌片石边墙的爆破振动速度控制在3cm/s以内，对确保既有线隧道安全与行车正常运行起到了重要作用，发展了隧道爆破技术，有广泛的推广应用价值。

本课题形成的以上成果在襄渝电气化铁路新大成隧道得到了成功应用，该成果达到国际先进水平。

4体会和认识

对于紧靠电气化铁路既有线隧道净距最小而开挖最长的二线隧道爆破掘进，为了达到安全快速的施工目的，通过研究与实践，我们析总结出以下几点认识与体会：

4.1开挖方法最佳

从设计主方案、副方案以及施工方案可以看出，从安全角度分析，以主方案或者说施工方案为最佳，这是因为Ⅰ步开挖相对于Ⅱ、Ⅲ步开挖远离既有线隧道，它为紧靠既有线隧道的Ⅱ、Ⅲ步开挖创造了临空面。

此外这种方案方便于清碴，而且Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ步开挖可以集中同时清渣，而副方案开挖，Ⅰ步与Ⅱ、Ⅲ步不能集中同时清渣，也不能集中打眼爆破，增加了辅助时间。

如受地质条件的限制，非按副方案施工不可，那么Ⅰ步开挖应尽量控制开挖断面与推进深度，因Ⅰ步开挖与施工方案中的Ⅰ步开挖相比离既有线隧道更近。

4.2中空直眼掏槽是该项目成功的关键所在

对于Ⅰ步开挖，与众不同的是设计了大直径中空眼，给掏槽炮眼增加了一个临空面。

这不但提高了掏槽效果而且减弱了掏槽炮眼引起的爆破振动，相应的加深了掘进深度、扩大了开挖断面积，并且Ⅰ步开挖可以一次起爆。

经查新，该项目中的Ⅰ步开挖段面积最大、掘进深度最深。

所以说该项目中设计的大直径中空眼是达到安全快速施工目的的关键所在，也是该项目研究成功的亮点。

4.3炮眼水压爆破装药结构是控制爆破振动效应的根本要素

当临空面确定之后，同一个段别的炮眼爆破引起振动的大小取决于这个段别的炮眼装药量多少。

经实际应用证明，隧道掘进水压爆破即炮眼水压爆破装药结构与隧道常规爆破即炮眼无回填堵塞爆破相比，可节省20%炸药。

二线隧道爆破掘进采取了炮眼水压爆破装药结构，就从根本上减弱了爆破振动。

4.4充分利用毫秒雷管间隔时间尽量扩大Ⅰ步开挖段面积

经爆破振动速度检测，起爆顺序为1、3、5、7段时，爆破振动不叠加，其起爆间隔时间为50—90ms,而7段之后，段与段间隔时间大于50ms,爆破振动也不会叠加，所以设计起爆顺序可按1、3、5、7、8、9、10……进行排列，这样可以充分利用现场现有的雷管段别，做到尽量扩大Ⅰ步开挖段面积，甚至还可以把Ⅰ、Ⅱ步开挖“合二而一”一起起爆，可以进一步加快施工进度。

4.5进一步降低爆破振动强度从起爆技术上还有潜力可挖

通过设计主方案与实际施工方案的对比可以看出，前者掏槽炮眼同一段别装药量仅为1.5kg,同一段最大装药量仅为3.6kg,而后者掏槽炮眼同一段别装药量为6.4kg,同一段最大装药量为7.2kg,后者是前者装药量的4.3倍和2倍。

如按设计主方案进行施工，那么爆破振动强度还会进一步降低。

5该项技术应用前景

该项技术在新大成二线隧道实际应用过程中，受到铁道部、总公司领导及有关部门的重视与肯定。

该项技术鉴定以后，所撰写的工法已被中国铁建股份有限公司评选为优秀一等工法，并推荐申报国家级工法；

所撰写的“电气化铁路二线隧道爆破掘进安全快速施工技术”发表在《中国工程科学》（2008年第5期）。

令人高兴的是，“电气化铁路既有线扩堑石方控爆安全快速施工技术”于2000年通过了部级鉴定并被推荐申报国家科学技术进步奖，而“电气化铁路二线隧道爆破掘进安全快速施工技术”的研究开发也通过了省部级鉴定，可以说与前者堪称“姊妹篇”，必将对今后电气化铁路二线扩堑及隧道开挖综合控制爆破以及城市地下工程爆破等发挥出重要作用，该项技术应用前景十分看好。

请各位领导、各位专家批评指正,谢谢！