摘要：结合增建二线站场土石方施工现场的特殊情况，对临建既有线土石方控制爆破施工方法及安全防护措施进行了研究，提出了有针对性的施工方法及安全措施，有效解决了施工中存在的问题，保证了施工过程中既有线行车安全，杜绝了安全事故，圆满完成既定目标并取得良好的社会效益和经济效益
关键词：临近；既有线；控制爆破；施工方法；防护措施
1、工程概况
1.1、工程简介
某增建二线某站场土石方工程起于ZDK554+100，止于ZDK555+500处，主要为路基挖方工程。增建二线与既有线左侧相距10～100m，旅客站台边缘至相邻线路中心直线部分为1.75m。该站场施工需对既有路基左侧进行路堑岩石爆破开挖，起讫里程：ZDK554+832.85~ZDK555+421.45，全长588.6m，路堑中心最大挖深20m，需要爆破石方160000m³。
1.2、工程地质
爆破区域岩石岩性如下：
<21-4>灰岩、白云岩（∈2a）地层岩性：深灰色、灰黑，薄～中厚层状构造。发育有方解石条脉、石英团块等，质坚性脆，岩性为灰岩、夹白云质灰岩。如图1-4所示
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图1-4 现场暴露灰岩
1.3、工程重点及难点
（1）属于紧邻既有线的扩堑爆破开挖工程，周边环境极其复杂。增建二线与既有线左侧相距10～100m，旅客站台边缘至相邻线路中心直线部分为1.75m。既要保证既有线的正常运营，对爆破安全要求高。
（2）边坡高陡，岩层倾角大，边坡顶部存在散布不稳定孤石，路堑开挖最大垂直高度达27米，因此，要保证既有线、县道及周边建（构）筑设施的安全。
（3）地质条件不利于施工过程中边坡的稳定，地表层为坡残积粘土，下覆基岩为泥盆系灰岩及白云质灰岩，中厚层状～厚层状，质硬性较脆，岩体节理裂隙发育，局部有松散的软弱夹层。
（4）行车密度大，放炮封锁的时间短。铁路相关部门在爆破时“给点”时间短且不确定，晚间不允许进行爆破施工。每次爆破必须在“点内”精确起爆。
（5）爆破质量要求高，要求爆破切割面平整和完整，不允许出现超挖和欠挖，以利于边坡稳定和后续护坡等工程的顺利实施。
综合上所述，有效的控制飞石、滚石和滑块，确保营业线安全运行，确保居民住宅安全不被破坏，为施工中的重难点问题。
2、土石方控制爆破施工方案及流程
2.1爆破方案
根据本工程的地质地形和周边环境条件，并结合以往类似工程的实践经验，确定爆破方案如下（见图2.1）：
自上而下分两到五层台阶进行开挖，采用预留岩墙的松动控制爆破方案，预留岩墙部分最后采用机械凿打。主体石方（既有线以内20m）采用浅孔松动爆破。
既有线10米范围内和既有挡墙采用人工配合破碎锤进行凿除，破碎锤对墙体挡土板砼由上至下进行破除作业，破除作业时应严格控制破点间距，以避免墙体砼大块破裂掉入铁路线一侧。
3、控制爆破施工方法及参数设计
3.1、浅孔松动爆破技术设计
（1）浅孔爆破设计方案
根据工程特点，结合进度要求，资源配置和施工安全等因素，采取多循环、小规模、小孔距的浅孔松动控制爆破，其方法是“设浅眼、密打眼、少装药、强覆盖、间隔微差”，预留隔墙纵向拉槽法。对不同的爆破部位，采取不同的爆破参数 w、a、b、l、k 和装药结构，将爆破结构、爆破破碎分为裂、松、散三个标准，对不同位置的炮孔的爆破参数应按其爆破破碎标准试爆调整开挖方法。
浅孔松动爆破由于能够保证爆破质量，施工机械简单且易掌握，应用范围广泛灵活而在临近既有线爆破中得到了广泛应用。实践表明，对紧靠既有线，边坡陡峻，围岩破碎，硬度低，节理裂隙发育，整体性差且开挖宽度小于4m的爆破工点，宜采用多循环、小规模、小孔距的浅孔松动控制爆破技术。
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图2.1预留岩墙的主爆破方案示意图
（2）浅孔松动爆破设计范围
①基础面的爆破：由于基础施工面，并不是理想的施工面，有一部分高低差较大，所以必须对原始基础施工面进行先机械凿岩统一外运至区外指定地点，对机械凿岩有困难的整体岩石，进行基础的浅孔爆破。
②对开挖深度小于3m、整体性差且开挖宽度小于4m部分进行浅孔爆破。
③边坡顶部截水沟和肩台排水沟爆破。这部分可采用沟槽控制爆破。
④对于临近既有线、漾头站、以及居民房距离小于20m，宜用浅孔爆破技术。
（3）浅孔爆破技术要求
根据该工程地质情况、爆破点周围环境和现有施工条件，另外考虑到施工进度和经济成本，该爆破方案可采用浅孔松动爆破技术。
①浅孔松动爆破技术：采用多级台阶，每级台阶高度2~3m，通过毫秒电雷管或非电导爆管延期起爆技术进行微差松动爆破。
②优化爆破参数，优化起爆网路参数，优化装药结构，减小二次破碎量，确保岩石粒径装车要求。通过调整装药结构、加长填塞，提高填塞质量等措施，减少爆破震动，控制飞石飞散，确保爆破施工安全顺利。
3.1.3 横向台阶浅孔法爆破技术设计
横向台阶浅孔法：对于紧靠既有线，开挖宽度小于4m，边坡不很高、地形较平缓、既有线旁可容纳少部分石碴的地段，可采用横向台阶开挖法。台阶数量可因地制宜，一般采用2~3个。采用这种方法时，应先顺边坡布一排预裂孔，再在垂直于边坡的方向布主炮孔，每一层的主炮孔仅限1~2排，逐层向下钻爆，形成数级台阶。
（1）最小抵抗线方向背离既有线方向：采用定向爆破，无防护排架，爆破参数如下：
预裂爆破设计
1）孔距：a=0.5~0.6m，
2）孔深：L=2.2~2.4m，
3）单孔装药量：Q=kaL，其中k=0.4~0.5kg/m2。
主炮孔爆破设计
1）孔深：L=1.0~2.2m，
2）孔距：a=1.0m，
3）最小抵抗线：W=1.0~1.2m，
4）排距b=0.8~1.0m，
5）单孔药量：Q=kaWL或Q=kabL，其中k按表3-1取值。
表3-1 边坡不同部位的k值
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6）装药结构：单层或双层装药；采用间隔装药法，施工中选用直径ф32mm的乳化炸药，装药时将炸药间隔捆装在竹片上，再装入炮孔，炮孔填塞长度不少于0.8m。
7）防护措施：炮孔空口覆盖土包（用编织袋装不含碎石的土）或胶帘。
（2）最小抵抗线指向既有线：采用松动爆破，有防护排架或局部防护排架，爆破参数如下：
1）孔深：L=1.0~1.5m；
2）孔距：a=1.2W；
3）最小抵抗线：W=0.6~0.8m；
4）单孔药量：Q=kaWL，其中k=0.25~0.30kg/ m3；
5）装药结构：L≤1.0m时为单层装药，否则双层装药；
6）防护措施：炮孔空口覆盖土包，其上再加压竹排。
3.1.4 纵向台阶浅孔法爆破技术设计
纵向台阶开挖浅孔法：对于既有线路堑坡度较缓、坡脚又有平台；有大量线路防护材料可资利用；弃碴地点近，除碴运距不大；岩层自然倾斜度不大，不会发生因岩石节理层理关系在爆破时发生大量石块堵塞路堑的情况，可采用纵向台阶浅孔法。该方案施工时可将整个施工区段全面铺开，将钻眼除碴分段流水作业，增加临空面，提高爆破效果，一次爆破方量大、进度快、节省时间，但防护工作量大、用料多，线路上积碴多、清除时间长。其爆破技术设计如下。
孔深：L=1.5~2.0m；
孔距：a=1.2W；
最小抵抗线：W=0.6~1.0m；
单孔药量：Q=kaWL，其中k=0.3~0.35kg/ m3；
装药结构：L≤1.5m时为单层装药，否则双层装药；
防护措施：胶帘防护或炮孔空口覆盖土包，其上再加压竹排。
3.1.5 预留隔墙纵向拉槽法爆破技术设计
预留隔墙纵向拉槽法控制爆破施工即在石方开挖区和营业线之间预留1.5～2m宽的纵向保护隔墙，如图3-2所示，先采用控制爆破技术开挖隔墙与设计边坡间的石方（同拉槽爆破），隔墙高度达到2～3m时，再将保护隔墙爆除（采用龟裂爆破），如此自上而下逐层形成台阶的控制爆破的方法。隔墙随台阶的推进及时予以凿除，爆破形成的土石方量采用挖掘机出碴。
该法省去了架设防护排架的费用和时间，既确保了施工和运营安全，又加快了施工速度。在有隔墙“屏障”的保护下，单耗药量也有所增加，爆破块度较为理想。
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图3-2 预留隔墙纵向拉槽爆破示意图（单位：m）
预留隔墙内部主要采用纵向拉槽法浅孔控制爆破设计。
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具体爆破参数如表3-2所示。预留隔墙纵向拉槽法控制爆破法如图3-3所示。
当使用预留隔墙时，隔墙外石方爆破技术设计参数：
一般可采用网形布孔，一次可布100~200个。钻爆参数为抵抗线W=0.8m，间距a=0.8~1.0m，孔深L=1.5~2.5m，单孔药量Q=kaWL，式中边孔k=0.3~0.4kg/ m3，中间孔k=0.4~0.5kg/m3。
表3-2 隔墙纵向拉槽法控制爆破参数表
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3.1.6 浅孔松动爆破施工工艺
（1）钻孔作业
①布孔和对位
a、布孔由专门技术人员根据现场布设桩位，并将孔位、钻孔深度、角度和方向进行书面交底。
b、对位按先难后易、先边后中、先前后后的顺序避免钻孔挤坏；对位要求必须按桩位，钻孔困难地段对孔误差不超过0.2m，钻孔对正位置保证准确，保证钻机作业平稳。
②钻进作业
a、钻孔用φ50mm钻头。
b、钻机司机要掌握操作要领，熟悉岩层性质；
c、钻孔基本要求：孔口要完整、孔壁要光滑、保证顺利排碴；炮孔空位偏差不大于5cm；
d、钻孔方法：软岩慢打、硬岩快打。
（2）炮孔检查
a、孔位是否符合要求；
b、孔深检查，发现有卡孔时，浅孔用炮棍清理，深孔用重锤反复冲击障碍物清理，无效时用钻机清孔或重新打孔。
c、将孔内积水排净，排不净时，必须用抗水炸药。
（3）制作起爆体
起爆体是用来引爆感度较低的其他炸药或爆破剂的一个具有雷管感度的炸药单元，其必须：
a、装有起爆雷管。起爆药包要求在施工附近的安全地点加工，避免运输装了雷管的起爆药包的危险性，雷管应当正确地安设在药包之中，聚能穴朝向起爆药包。
b、能很好地起爆低感度炸药，要求有足够的起爆威力，有足够的直径和长度，一般要求起爆药包直径应接近炮孔直径，长度应大于炮孔直径，不小于直径的2倍。起爆药包的位置要放在炮孔底部，这样即使在装药过程中产生中断，也能保证底部装药全部起爆，起爆药包不要硬塞进炮孔或扔进炮孔内，以免雷管位置变动影响起爆。
（4）装药
炸药使用φ32mm的乳化炸药。
a、装药原则：严格计算装药量，对于钻孔松动控制爆破，在环境复杂的条件下，要求不产生飞石现象，每个炮孔的装药量应按接近内部作用药包计算，达到爆破的岩石松动而不飞散、开裂而不滑塌。严格按设计装药，严禁多装药。
b、装药方法：炮棍装药：炮棍一般用木棍、竹竿或塑料制作，严禁用铁棍，直径比炮孔小10～20毫米，以便给出孔线（导爆管）留有空隙。在装药过程中一次只压装一个药卷以要获得良好的装填质量。装药时不允许直接捣固起爆药包。
（5）堵塞
当炮孔有水时，必须把水清除干净，才能进行回填堵塞。炮孔回填堵塞长度应大于或等于实际抵抗线或20倍炮孔直径。回填堵塞介质应是含有一定水分的土（严禁采用石块堵塞），含水量多少是以手攥成团、手握松散为标准。回填堵塞时边回填、边用炮棍捣固，绝不能把土回填到炮孔口处再捣固降低回填堵塞质量。
（6）起爆网路
起爆网路严格按设计网路连接。关键爆破必须进行起爆网路试爆，试验场地选择安全平坦的地方。检查网路的起爆性能，避免出现盲爆。试爆时，炮孔位置应选在远离营业线的位置处，按爆破设计的孔网参数和单位耗药量进行试爆，然后分析试爆效果，进行参数调整，以此作为实际设计及施工的重要依据及正式爆破的依据。
当拉槽至一定长度后采用梯形微差起爆。起爆顺序是先起爆设计边坡炮孔，随后主炮孔排与排之间采取微差起爆，沿线路走向逐排起爆，台阶邻近营业线侧的边炮孔滞后于同排主炮孔而与后一排同时起爆。台阶与台阶之间采用孔外微差，由下至上逐台阶起爆。起爆网络图如图3-5所示。
（7）爆破
a、营业线爆破必须征得铁路运营单位的同意，并办理要点，销点手续，并派驻站值班员，同时派专业人员在爆破现场防护。
b、一般地段采用非电毫秒雷管起爆。有无线电波干扰地段采用起爆针导爆管起爆，严禁用电雷管起爆。
c、爆破指挥人员要在确认周围的安全警戒工作完成后方可发出起爆命令，并严格执行预报、警戒和解除三种统一信号，由爆破指挥人员统一发出，防护、警戒人员按规定信号执行任务，不得擅离职守。
d、指定专人核对装炮、点炮、响炮数量，或检查起爆网路、敷设起炮主线。起炮后确认炮数响完，并由爆破作业人员检查核实并确认对营业线行车无影响后，方可发出解除信号，撤除防护人员。如不能确认炮数响完，须待最后一炮响过15分钟后进行检查，确认安全，方可解除警戒。如发生瞎炮应有原装炮人员当时组织处理，确认安全后方可解除警戒。
（8）爆破形成危石处理措施
爆破完后，边坡上个别危石尽量采用人工配合机械施工，清除危石后，采用机械开挖。爆破完成后，立即派专人对整个爆破区域进行检查，对于侵入营业线上的小块飞石，立即进行清除，保障营业线运营安全。对侵入营业线的大石头，立即启动应急预案封锁线路，紧急抢修线路。
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图3-5 起爆网络示意图
4、岩石爆破安全设计及防护措施
临近既有线建设中的石方控制爆破主要是控制飞石的影响范围，确保行车安全。
4.1、爆破飞石安全距离估算
4.1.1爆破飞石可由孔径公式（瑞典德汤尼克公式）估算
飞石飞散距离与飞石的初始飞散速度有很大关系，而其初始飞散速度与装药量关系很大，装药量与孔径关系密切，故：
Rf=Kq×D
式中：Kq——为安全系数，Kq=40；
D——为炮孔直径，in（英寸）。
该公式中，炮孔直径是以in为单位，而我们在进行工程作业时多以mm为单位标称炮孔直径，需要进行单位换算（1in=25.4mm），如果炮孔直径单位为mm，Kq取1.57；如果炮孔直径单位为cm，Kq取15.7。
通过计算，爆破飞石距离正面R为157m。
4.1.2 爆破飞石可由Lundborg统计规律公式估算
根据Lundborg的统计规律，结合工程实践经验，炮孔爆破飞石距离可由下式计算：
Rf=KT×q×d
式中：KT——为与爆破方式、填塞长度、地质和地形条件有关的系数，取1.0～1.5；
q——为炸药单耗，q=0.4～0.6 kg/m2；
d——为炮孔直径，本深孔爆破孔径取100mm。
计算得：Rf=60.0～90.0m。
由经验公式估算个别飞石的飞散距离约为157m。根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）的有关规定，深孔爆破的最小安全距离为200m。
（3）加强监控周围既有线铁路设施对爆破振动的响应程度，进一步优化施工方案和安全防护措施，保障既有线的行车安全。
4.2、控制爆破飞石的多元防护措施
4.2.1 侧向爆破飞石的控制
侧向爆破飞石控制主要取决于边孔装药的控制。在进行边孔装药前，首先要核实边孔各部位的抵抗线值。若抵抗线误差过大，势必造成侧向飞石或孔口冲炮。其次，应注意自由面上的软弱夹层和空隙，软弱带有自然生成的，也有前次爆破后冲产生的，发现软弱带存在须在相应位置采用间隔装药，软弱带不装药而用填料填塞。
4.2.2 上向飞石的控制
上向飞石主要由填塞质量控制，与单耗和填塞长度有关。填塞长度一定，单耗太大，会形成孔口漏斗，飞石数量多而远，危害也严重；单耗太小，炸药威力不足以破坏岩石，就可能向上冲起，危害相对较小，爆破效果肯定不好。所以要控制上向飞石，应控制合适的单耗范围和其合适的填塞长度。
4.2.3 加压砂袋减少孔口飞石
可用改性铵油炸药的包装袋装填砂袋加压孔口，它几乎不增加多少成本，既能限制了孔口松动石块的飞出，又是降低大块率的有效办法。
4.2.4 表面覆盖爆破安全网
为了确保复杂环境下的爆破安全，更需要采用主动的爆破技术控制和被动防护体系相结合的措施实现爆破飞石控制。根据试验发现最好的直接防护措施是采用炮被成柔性覆盖体（图4-3），组成强力防护体，基本可以阻挡松动爆破的飞散物溢出。
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图4-3 表面覆盖防护示意图
4.2.5 硬隔离单立式排架
对已经产生的爆破危害效应或趋势通过一定的防护措施控制其危害程度、危害区域、危害时间，使其不对周围环境构成危害，包括炮孔表面覆盖炮被、砂包和布鲁克网，边坡铺设主动网、被动网，搭设防护排架、人工土埂，接触网支柱的工字钢墙防护等，如图4-6a和图4-6b所示；
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图4-6a 硬隔离单立式排架
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图4-6b 硬隔离单立式排架（照片）
采用上述爆破技术和防护措施后，路堑拉槽水平中深孔爆破的飞石在路堑拉槽的下面方向飞石可控制在50m以内，两侧在20m以内，向上在10m以内。故路堑上面约20m的侧向几乎没有飞散，达到零飞散的要求。
4.3 对接触网立柱及铁路贯通线防护
既有线左侧铁路贯通线迁改下埋至既有线铁路右侧，避开飞石及落石影响。
对接触网支柱采用立柱加砂包或竹跳板的形式防护，以防滚石砸压支柱。立柱间距不大于1m，距离接触网杆塔外侧底部不少于1m，立柱采用“工16”工字钢，每根长3m，嵌入部分不小于1m，工字钢采用不小于直径25钢筋或“45度”角钢焊接相连，接缝处按相关要求两边满焊，连接角钢（钢筋）没处数量不应少于4根。枕木与立柱用铁线绑扎，砂袋采用单层高度1.5m，枕木间距不能大于30cm，立柱基坑长宽不小于30cm，深度不小于1m，用c20砼填充。
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平面
5、施工成果总结
本工程对站场土石方控制爆破施工，采取了合适的控爆方案，优化安全防护措施，降低大块产出率，提高开挖效率；选用高效、先进、可靠的施工技术和施工设备，确保如期安全完成本工程。以科技为支撑，推广应用爆破新技术，积极开展科技创新解决工程难题。
参考文献：
[1]《爆破安全规程》（GB6722-2014），2015.07.01。
[2]《民用爆炸物品安全管理条例》，国务院令第466号，2006.09.01。
[3]公安部《爆破作业项目管理要求》（GA991-2012），2012.05.01。
[4]建设部《土方与爆破工程施工及验收规范》（GB50201-2012），2012.08.01。
[5]中国工程爆破协会《爆破设计与施工》（汪旭光院士主编），2011.05
论文作者:沈鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：飞石论文; 隔墙论文; 防护论文; 药量论文; 台阶论文; 直径论文; 排架论文; 《基层建设》2019年第32期论文;