中铁一局铁建公司
摘要：本文结合新禹门口隧道控制爆破施工实例，介绍控爆在临近营业线隧道施工中的应用，供类似工程参考。
关键词：控爆、隧道、监测、临近营业线施工。
近年来，随着国家基础建设设施的不断完善，越来越多的铁路、公路、市政项目展开建设，临近相关建筑物进行修建路桥隧的项目也越来越多，特别是临近铁路隧道修建公路或铁路都面临着控制震动，减少对临近营业线隧道的干扰，如何保证临近建筑物的安全是此类工程建设过程中重点控制的环节，本文从临近营业线隧道施工新禹门口隧道施工实例，简述控制爆破在临近营业线隧道施工中的应用。
1、工程概况
新禹门口隧道位于山西省禹门口镇龙门山，与既有侯西线禹门口隧道并肩，起讫里程DK77+474～DK78+079，全长605m，为单线隧道。正洞Ⅴ级围岩53m，Ⅳ级围岩159m，Ⅲ级围岩351m，明洞42m。本隧道进口端138.53m位于半径R-700m的曲线上，出口394.55m，位于半径R-600m的曲线上，其余71.92m位于直线上，隧道内为5.0‰的单面上坡。
新禹门口隧道与既有侯西线禹门口隧道线间距为22-24m，位于既有隧道左侧，既有禹门口隧道里程为k77+378.10-K78+076.96，总长698.86m，比新建隧道长93.86m，其中东段进口比新建隧道长95.9m，西段出口比新建隧道短2.04m。本隧道进口端处于偏压和浅埋地段，出口紧邻108国道和既有侯西线。该隧道与既有铁路隧道关系见下图：
2、工程地质
隧道区地层主要以第四系中更新统冲积碎石及奥陶系灰岩为主，各层岩性分述如下：
①粗角砾土（Q2a16）：主要分布在隧道出口处，厚2～4.8m，尖棱状，成分以灰岩为主，充填物为杂砂，潮湿，中密，○Ⅱ级普通土，σ0=600kPa。
②石灰岩（Q2Ls）：青灰色，成分以方解石为主，呈微变晶结构，层状构造，巨厚层，层厚1～3m，产状N10°E/35°S，受龙门大断裂影响，层局部可见揉皱现象，弱风化，锤击声较脆，节理裂隙较发育，主要发育两组节理，形状如下：
隧道洞身灰岩溶蚀发育轻微，主要以溶槽、溶蚀小洞为主。该处黄河侵蚀基准高层约380m，隧道洞身高程405m，结合附近地形地貌，认为隧道洞身处于岩溶垂直渗流带，地下水局部发育，可出现渗水，小股涌水现象。
3、主要施工难度
新禹门口隧道紧邻既有禹门口隧道，线路中心间距为22-24米，由于既有隧道修建于80年代，隧道渗水、漏水、裂纹等病害较多，新建隧道采取钻爆法施工，如何控制爆破震速，减小对既有隧道的影响，保证既有线行车安全成为本隧道施工卡控的重点。
4、施工组织情况
4.1工期计划
新禹门口隧道总工期12个月，工期较紧。
4.2施工准备
4.2.1手续准备
1、依据爆破方案向施工所在地的公安部门审批有关手续。
2、根据铁路部门相关规定，办理营业线施工相关审批手续。
4.2.2施工机具及爆破器材准备
1）YT-28气腿式凿岩机
2）空压机
3）简易钻眼台车
4）装载机及自卸汽车
5）依据爆破设计方案向施工所在地民用爆破物品销售公司订购如下爆破器材：选用岩石膨化硝铵炸药（或乳化炸药），雷管选用普通毫秒延期导爆管雷管。
4.2.3.组织机构的建立
成立爆破作业领导小组，负责组织、指挥爆破工程中的全部工作。本标段项目经理任组长，设副组长一名，具体负责爆破作业的日常工作。
5、爆破设计原则
1）采用光面控制爆破技术，保证隧道上方山体的稳定及既有线隧道的安全。
2）采用微差起爆网路，延迟时间25ms或50ms。严格控制爆破震动对既有营业线隧道的影响，爆破震速Vmax≤5cm/s。（保护对象为铁路隧道，安全允许震速为5cm/s。根据《爆破安全规程（GB6722-2003）》）
3）选择合理的孔网参数及合理的施工工艺达到较好的爆破效果。
4）选择合理装药结构，加强堵塞质量，控制堵塞长度，进行防护。
6、爆破参数的确定及爆破设计
6.1爆破器材的选择
隧道施工时考虑施工风钻用水和地下水，炸药采用岩石膨化硝铵炸药（或乳化炸药），炮孔内选用雷管选用普通毫秒延期导爆管雷管，雷管调段使用，段间距时差控制在200ms以上。
6.2爆破参数
（1）爆破参数的确定原则
隧道钻爆施工布置的炮眼均应尽量按照短浅、密集原则布置。即一次爆破进尺不宜过大，炮眼内的炸药尽可能在布置较密的孔中平均分布，避免炸药过于集中。隧道周边眼按光面爆破进行设计，在两装药孔之间加空眼以减少共振，采用小直径药卷不耦合装药或串状间隔装药结构。
装药结构：间隔进行装药，内部集中装药，外部适当减少，总装药深度不得大于钻孔深度的2/3。
堵塞长度：孔口内未装药部分采用炮泥进行堵塞，并用加压捣实。
（2）爆破参数确定
爆破参数应通过试验确定。当无试验条件时，可参照下表。
光面爆破参数
岩石
类别周边眼
间距
E（cm）周边眼抵
抗线W（cm）相对
距离
E/W装药集
中度q
（kg/m）
极硬岩50～6055～750.8～0.850.25～0.30
硬岩40～5550～600.8～0.850.15～0.25
软质岩30～4545～600.75～0.80.07～0.12
（3）最大段允许装药量及炮眼布置形式：
根据质点震动速度公式：
Qmax=R3（VPK/PK）3/a
式中：V–质点震动速度，5cm/s；
K–介质系数；
Q–一次起爆的炸药量，Kg；
R–自起爆原点到被保护物或观测点的距离，14m；
a–爆破震动衰减指数，近距离取2；远距离取1；一般取1.5。
P–药包分散修正系数，取1
3）起爆方式
采用非电导爆管孔外微差起爆网络，空内沿横向炮孔每2-3排设为一组，从第一组开始向后逐组隔断布置起爆，孔内每个药包装一发非电毫秒雷管，孔外采用单发隔段雷管（每段间隔50ms）组成的串联网络，最后用电雷管起爆。
6.3.爆破设计
隧道围岩级别主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，Ⅴ级围岩段采用三台阶开挖，爆破遵循坚持多布眼、少装药、弱爆破、短进尺的施工原则，达到松动围岩的效果；Ⅲ、Ⅳ级围岩段采用两台阶法，钻爆采用光面爆破技术。
（1）、Ⅲ级围岩台阶法爆破施工
爆破参数选择
.炮眼直径d=42mm
.炮孔眼深度L
根据Ⅲ级围岩每循环进尺不得超过2榀拱架（控制在1.6m）的原则，周边眼控制1.7m内，辅助眼控制1.8m内，掏槽眼控制1.9m内，底板眼控制1.8m内。
.根据全段面积，Ⅲ级围岩全断面布孔约151个，炸药总计40.54kg。
④.炮眼的布置
周边眼间距E：根据经验公式E=（8～12）d（d为炮眼直径），由于孔径d取42mm，故E取34cm～50cm。上台阶取E=45cm，下台阶取E=50cm，辅助眼间距90cm。
最小抵抗线W：根据经验公式W=（1.0～1.5）E=50～75cm，取W=60cm。
相对距：E/W=45/60=0.75。
（2）、Ⅳ级围岩台阶法爆破施工
爆破参数选择
.炮眼直径d=42mm
.炮孔眼深度L
根据Ⅳ级围岩每循环进尺不得超过2榀拱架（控制在1.2m）的原则，周边眼控制1.3m内，辅助眼控制1.4m内，掏槽眼控制1.5m内，底板眼控制1.4m内。
.根据全段面积，Ⅳ级围岩全断面布孔151个，炸药总计40.54kg。
④.炮眼的布置
周边眼间距E：根据经验公式E=（8～12）d（d为炮眼直径），由于孔径d取42mm，故E取34cm～50cm。上台阶取E=45cm，下台阶取E=50cm，辅助眼间距90cm。
最小抵抗线W：根据经验公式W=（1.0～1.5）E=50～75cm，取W=60cm。
相对距：E/W=50/60=0.75
（3）、Ⅴ级围岩台阶法爆破施工
根据Ⅴ级围岩每循环进尺不得超过1榀拱架（控制在0.8m）的原则，掏槽眼采用楔形掏槽炮眼，每循环3对6个，夹角55度，孔深控制1.2m内，垂直深度1.0m，间距2.0m，中间布置3个空孔。全断面共计180个孔，炸药总计22.29Kg。
6.4爆破震速与安全距离计算
爆破安全距离是计算在爆破过程中一部分炸药产生的能量转化为地震波，同时产生一定冲击波、飞石、毒气和噪声等不利因素，影响临近建筑物、机械设备及生命财产的安全，必须对其安全距离进行校验，采取严格的防范措施确报在爆破施工中的绝对安全。
1、爆破震速计算：
解区不同岩性的K，a值
岩性Ka
坚硬岩石50～1501.3～1.5
中硬岩石150～2501.5～1.8
软岩石250～3501.8～2.0
K、a值可按上表取，或通过现场试验确定。根据新建隧道和既有隧道最小距离、围岩地质情况可计算出最大爆破药量，从而确定隧道爆破设计参数，以切实保证既有隧道的安全。
V=Q3/aK/R1/a
其中：Q为起爆段最大装药量，取2.99kg
K为传播介质系数，取150
R为爆源中到监测点的距离，取14m
a为爆破震动递减指数，取1.5
由以上得出V=4.94cm/s，小于设计值5cm/s
2、安全距离计算：
式中：
R——爆破震动安全允许距离，单位为米（M）；
Q——炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，取值2.99kg。
V——保护对象所在地质点震动安全允许速度，取值5cm/s；
K、a——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，取值K=150，a=1.5。
由以上得出R=14m。
试爆：根据计算的结果，选在隧道外侧明洞处进行试爆，提前联系铁路车务、工务等相关部门，在天窗点内进行试爆，确定最不利因素下的K、α值，并根据实际情况进行调整相关参数。
6.5爆破监测
根据现场对既有隧道现状的调查及对工务部门提供病害情况资料的分析，并结合小线间距隧道施工经验的类比分析，在保证新建隧道洞内外不产生大的坍塌及将爆破震速控制在允许范围内的情况下，新建隧道不会对既有隧道产生较大影响。
项目部成立监控量测领导小组，隧道施工现场成立监控量测小组，配备专业监控量测人员和监控量测设备，由项目部统一管理。
1）既有隧道裂纹观察
施工前应对既有隧道的裂缝进行调查并做好标识及描述记录，对既有隧道目前所有裂纹采用贴饼观察，在每条裂纹两端、中部均贴饼，以观察新建隧道施工时，既有隧道裂纹是否发展、变化。并密切注意有无新裂纹出现，设专人对既有隧道的安全情况进行负责。观测频率：正常情况下每天两次，早上一次，下午下班时一次，当既有隧道发生异常情况时，应每天每隔4小时观测一次。
2）地表监测
新线至既有线范围内进口浅埋段和冲沟段地表纵向每隔5m设一处地表监控量测断面.主要量测地表下沉量，用精密水准仪进行量测。
3）洞内变形、收敛监控量测
根据新隧道的掘进，对应在既有隧道20m范围做监测断面设一处监控量测断面，主要量测洞内净孔收敛和拱顶下沉，采用非接触法，用全站仪进行量测，并进行详细记录。对相应的动态变换结合爆距、围岩类别进行分析，如遇特殊情况及时向技术负责人进行汇报。必要时采取果断措施立即对新建隧道停止施工，对既有隧道进行相应加固。
当洞内变形较大时采用矿山发，用I12钢拱架对其进行强行支护，控制洞内变形。
4）既有线洞内爆破震速监测
爆破采用微震动控制爆破，爆破震速不得大于5cm/s。隧道开挖同时对既有隧道的安全检测，安装爆破震动监测仪，监测爆破震动的大小，以便及时调整爆破参数。对隧道表面的裂纹进行量测，观察裂纹是否有发展，以便制定更加周密的防护措施。
爆破震动测点布置
施工时上台阶爆破无临空面，上台阶爆破产生的震动一般较大。可以将上台阶的爆破作为监测的重点，而上台阶爆破施工产生的最大震速出现在迎爆侧的拱脚和边墙。综合考虑上述因素并结合工程实际，震动测试监测点以5m为间距依次布置三个断面，每个断面各两个测点，即拱脚和边墙实际监测点布置如下图所示。
5）既有隧道线路观测
每次爆破施工后，指派线路技师对隧道内的线路轨距、方向、水平、前后高低、是否有三角坑、扣件是否松动等进行检查，若发生异常及时组织人员进行抢修，保证既有线行车安全。
6）震速超出设计值时的措施
当监测震速超出设计值时，改变爆破方案，在上台阶爆破时分两步进行，来控制掘进。炮眼钻设完成后先装药起爆捣挠区，捣挠区爆破完成后，再装药起爆周边眼。以此来控制震速。
6.6、爆破作业震速的控制
以既有隧道靠近新建隧道的监测点至震源的最小距离为安全控制半径，并以质点震动速度限值5cm/s作为控制标准，得出各部分所允许的单段用药量。
根据现场施工条件，采用分台阶分部开挖，以创造多临空面条件，每部分多次爆破，控制循环进尺，控制爆破规模以达到控制质点震动速度的目标。
炮眼按短浅密集原则布置，控制单眼装药量，使有限的装药量均匀分布在被爆体中，并采用毫秒雷管进行微差爆破，以减小爆破的地震动强度。
掏槽眼应尽量布置在新建隧道中部，以加大掏槽部爆源至既有隧道的距离，减小掏槽爆破对既有隧道的震动影响。
Ⅴ级围岩开挖断面的周边炮眼间均设置直径为50mm的空眼，以作减震和光爆导向眼之用。装药炮眼采用小直径炮眼，减少对围岩的破坏。
7、结束语
通过严格控制爆破各项参数，对炮眼位置、深度、数量以及每个孔的装药量、起爆顺序逐一检查核对，确保了每次起爆的震速都控制在安全震速5cm/s范围内，经过14个月的艰难施工，新禹门口隧道终于安全顺利的贯通，同时既有铁路隧道保持稳定，未发生任何隧道病害问题，既有隧道病害也未发生明显扩展，得到了业主和铁路各部门的极大好评。
参考文献：
[1]爆破安全规程（GB6722-2003）
[2]齐景岳.隧道控制爆破技术《铁道标准设计》2006-11-20
[3]何本国-朱永全-张志强.超小净距隧道不同爆破方式现场试验研究《铁道科学与工程学报》2010-10-28
[4]郭永刚.工程控制爆破技术试验及应用[J]山西科技.2011，04：79-81
[5]申佃友.隧道工程控制爆破技术探讨和应用[D]西南交通大学，2004