电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法.pdf

第 1 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破 安全快速施工工法安全快速施工工法(YJGF572000)(YJGF572000)铁道建筑研究设计院中铁第十七工程局 一、前言 一、前言 1998 年年底，中国铁道建筑总公司系统各局共 10 个项目部承担了株六线 3m 多 km、207个扩堑爆破工点、200 多万 m3 的控制爆破施工任务，其规模和难度在国内外是罕见的，铁道部列为重点工程，立了部级科技攻关项目。电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破比城镇控制爆破复杂、困难，而株六电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破又比其他电气化铁路既有线扩堑控制爆破复杂、困难得多，这是因为：线间距小（仅 4m），边坡高陡，有的工点最高达 50 多 m，有的地段出现反坡，既有线坡脚与既有线中心距离最近的仅 2m，距电接触网 3.2m，距接触网口最近的仅 2m，有的电气化网柱嵌在扩堑边坡里面；地质条件复杂，溶沟、溶洞发育；行车密度大，放炮封锁的时间短。课题组深入现场，制定了快速安全的爆破施工方案，研制了柔性炮被和全封闭钢管排架防护体系，加快了施工，提高了工效，确保了安全，经济效益和社会效益极其显著。1999 年 5 月，中国铁道建筑总公司在株六爆破工点召开了现场石方控制爆破技术交流会，组织各局项目部推广课题组研究的成果。1999 年底扩堑石方控制爆破全部完工，自始至终确保了安全，没发生放炮损坏既有线设施而中断行车的事故。2000 年 3 月 2 日由铁道部科教司组织了技术成果鉴定会，鉴定认为：“该项爆破技术在同类工程中居国内领先地位，具有国际先进水平”。在广泛应用的基础上，经总结形成本工法。二、工法特点二、工法特点 1.采取深眼大孔网布孔、合理的装药量，有效地控制飞石，减少打眼数量，施工速度快。2.使用轮胎编织的柔性炮被进行覆盖，效果好，施工简便，耐用；全封闭钢管排架防护体系能起到棚洞防护的作用，施工省工、省力。第 2 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 3.采取纵向预留光爆层和横向光面爆破效果好，边坡平顺整齐，半眼痕保留率达 90以上。三、运用范围三、运用范围 本工法适用于电气化铁路既有线扩堑石方爆破，更适用于一般铁路既有线扩堑石方爆破、公路既有线石方爆破、城镇土岩控制爆破和环境复杂对安全有特殊要求的各种类型的石方爆破。四、施工工艺四、施工工艺 1.原理。电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工技术的核心是安全。在紧靠电接触网的环境条件下，为了确保安全，计算装药量是以爆破的岩石松动破碎而不飞散为依据；为以防万一，进行安全防护必不可缺，只有这样才能有效地控制飞石、滚石和滑块。快速是基于深眼大孔网布孔，纵向侧台阶元隔墙及横向正长台阶爆破开挖方法，同列同段孔外等问隔控制微差起爆等技术，后者还能有效地控制爆破振动效应。2.工艺流程。工艺流程见图 1。图中已列出爆破设计、施工组织设计和爆破施工所包括的主要内容。按图 1 所列作业程序由上而下、从左至右逐项进行。第 3 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 3.爆破设计。（1）爆破设计的指导思想。参数选择要符合实际。确定药量计算公式中的单位耗药量 q 值要结合岩石地质结构情况，岩石节理裂隙发育、岩性较软的取小值，岩石整体性强、岩性坚硬的取较大值，以爆破 的岩石松动破碎而不飞散为标准，结合正式爆破前进行的“试炮”，选定合适的 q 值。炮孔分布科学合理，为减少打眼数量，炮孔设计为深眼大孔网布置；为防止爆破时朝既有线方向滑塌，靠既有线一侧的炮孔与既有边坡的距离应大于炮孔间距；除光爆孔沿边坡打斜孔外，其余均垂直打眼。采取间隔装药结构，注重炮孔堵塞。为使岩石破碎均匀井保障光爆质量，炮孔应采取间隔装药结构。堵塞要边回填边捣实。讲究起爆顺序和微差作用。垂直既有线方向的一排炮孔，中间炮孔应先起爆，然后逐渐向两侧起爆。起爆网路的设计应保障炮孔之间有微差作用，以提高岩石破碎度，有利于减震，防止飞石。安全防护不可缺。为确保安全，尤其是保障电接触网不受损害，扩堑爆破必须进行安全防护。要求是，爆破体必须用柔性“炮被”覆盖，沿扩堑高度顺既有边坡应架设“全封闭钢管排架防护体系”，它是确保安全的最后一道防线，这道防线必须坚固，滚石和滑块冲不倒、冲不歪，挡得住飞石。扩堑高度大于 10m 的应架设钢管排架并覆盖炮被；扩堑高度小于 10m 及扩堑坡脚与既有线水沟相距大于 lm 的，可以仅覆盖炮被，不架设钢管排架。（2）台阶的选定。为了人工清方方便，做到平行作业，扩堑爆破开挖通常采取台阶法。其台阶宽度（垂直于既有线方向）即为扩堑宽度，台阶长度（沿既有线方向）36m，台阶的高度下分为 22.5m 和 2.5m 以上两种。深路堑扩堑到一定深度后，由于工作面的改善，可以采取机械清方，则改为分层爆破（也称梯段爆破），其梯段高度下大于 2.5m。（3）炮孔参数选择及炮眼分布。炮孔排距或最小抵抗线 b（w）为：bH2 采取等边三角形梅花型布孔，则炮孔间距 a 为：a=1.1b 由于受扩堑宽度限制，有时采取矩形布孔，则炮孔间距 a 为：ab 第 4 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 对于台阶非预留隔墙爆破开挖，其炮孔分布分三种：靠近既有线一侧的一列炮孔（与既有线平行），称为“边炮孔”，沿扩堑设计边坡的一列炮孔，称为“光爆孔”，边炮孔与光爆孔之间的炮孔，称为“主炮孔”，见图 2。边炮孔到既有线方向的临空面距离应大于主炮孔的间距 a，边炮孔间距应小于主炮孔排距，一般他说，沿既有线方向主炮孔每布 3 个，则边炮孔布 4 个。光爆孔沿扩堑设计的边坡打斜孔，其炮孔间距与边炮孔相同。边炮孔和主炮孔均垂直打眼，其炮孔深度 L 为：L=1.1H 光爆孔的孔深 Lg为：H Lg=+0.1H sin 式中扩堑后的设计坡角。（4）炮孔装药量计算及装药结构。每个炮孔装药量计算公式为：Q=qabH 式中 q单位耗药量（kg/m3）。前面述及，每个炮孔装药量多少是以爆破的岩石松动破碎、人工清方方便为标准。由于药量计算公式中的 a、b 和 H 已给定（设计值），那么装药量的多少取决于单位耗药 q 值的大小。经试爆和大量实践，对于石灰岩，主炮孔 q 值为 0.30.5kg/m3。边炮孔和光爆孔的单位耗药量 q 值为主炮孔的 0.70.8。主炮孔采取间隔装药结构，即把装药量的 23 装在炮孔底部，其余的 13 装在炮孔中间部位，中间装药距炮孔口深为 0.81.0m.光爆孔也采取间隔装药。炮孔较深的光爆孔采取两个间隔装药，即把装药量的 12 装在炮孔底部，剩余 12 的60装在距底部药包 1.01.2m 的炮孔中间部位，再把剩余的 40装在距炮孔口 0.8m 的位置上，3 个药包用导爆索连接起爆。边炮孔，把装药量全部装在炮孔底部，不进行间隔装药，以防出现滑块。第 5 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 炮孔堵塞物和间隔装药的隔离物，均使用“炮泥”，边回填边捣实。（5）起爆网路。除光爆孔使用导爆索以外，起爆网路用导爆管非电起爆系统。设计的起爆网路是两种：一种是同列同段孔外等间隔控制微差起爆网路，另一种是同列同段列问微差起爆网路。同列同段孔外等间隔控制微差起爆网路其起爆顺序是，先起爆扩堑横断面上的中间一排炮孔，然后隔段向两侧逐排起爆；同排炮孔装同一段别的毫秒雷管；孔外用同一段别的毫秒雷管串联，图 3 所示为经常采用的起爆网路。但经常采取光爆孔不与主炮孔、边炮孔一齐起爆，而预留光爆层单独起爆，这十分有利于边坡平顺整齐。同列同段列间微差起爆网路沿线路走向每一排炮孔装同一段别的毫秒雷管，排与排之间跳段，如图 4 所示，多用于梯段爆破和正向长台阶爆破。4.施工组织。以工程量和施工工期为依据定施工组织。电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破施工，常采取从扩堑两端开始的台阶爆破开挖方式，当扩堑到一定深度后，如作业允许，改为梯段爆破开挖方式。5.作业要点。（1）搭设防护排架。在既有线扩堑一侧搭设。扩堑开挖高度大于 12m.坡脚距既有线中心线小于 3m 时搭设双层排架；不满足此条件的搭设单层排架。排架用50 钢管，竖杆间距1m，横杆问距 1.21.5m，高度以高出爆破体 23m 为宜，顺线路方向排架超出爆体不得小于 6m.排架靠坡面部分每个钢管结点用锚杆（2mm，长 1.21.5m）锚固，高出堑顶部分用12 钢丝绳拉地锚固定，在排架靠山一侧绑扎竹夹板，顶部铺设钢丝网，形成全封闭防护体系，见图 5。第 6 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 搭设注意事项：钢管搭设先竖杆后横杆，先下后上；杆件对接采取搭接方式，搭接长度不小于 1mm 搭设时要及时与坡面锚杆固定，以确保搭设过程的安全；没搭设完毕的排架一定要在收工时锚系牢固，确保排架的稳定；质量不合格的杆件、扣件不能使用。（2）试爆。在正常爆破前应试爆，正常爆破过程中如遇到岩性变化也应试爆。一般取 35 个炮孔，按爆破设计选择的孔网参数和单位耗药量（取设计的最小值）进行试爆，然后分析爆破效果，调整参数。（3）布孔和打眼。按设计的孔距和排距进行布孔，边炮孔量测必须准确，炮孔位置应用红油漆标出。（4）装药与堵塞。装药前要对每个炮孔的孔距、排距和孔深测量核对，逐孔计算装药量，把药放在炮孔口旁边。炮孔回填堵塞长度不得小于 1m，堵塞材料不应使用打眼粉渣，应选取一定湿度含砂轴土。边回填边捣实，要注意不损坏导爆管。（5）连接起爆网路及覆盖爆破体。各个炮孔置放的毫秒雷管段别必须“对号入座”，孔外串联的雷管要有醒目的标志，连线和覆盖时应当小心。多台阶一齐起爆时，从上往下逐个台阶连线；梯段爆破时，连线应从起爆的终点开始直向起爆的起点。用炮被将爆破体覆盖。炮被是用废；日轮胎加工制做的，方法是，将轮胎外层橡胶剥离弃之不用，剩下的外胎切成长 2m，宽 5cm、厚 1cm 的长条，再编织成 2m2.5m（也可编织成其他尺寸）。自行研制的柔性“炮被”是诸种覆盖材料中最理想的一种，它具有一定重量、弹性、韧性，透气耐用，费用低。第 7 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 纵向侧台阶覆盖见图 6，横向正长台阶覆盖见图 7。（6）爆破“要点”及安全警戒。装药前通过驻车站联络员向车站“要点”，在确定给点前 10min，人员及机具撤离到安全区，安全警戒人员到位警戒、封锁线路。最后连接起爆雷管，“给点”指令下达后，立即起爆。（7）刀安全检查。起爆过后，安全员首先检查线路，然后检查排架，确认线路符合开通要求后，立即通知车站销点，解除警戒，开通线路。（8）清方。当列车通过时应暂停挖装；运输汽车不得通过无人看守道口。（9）排架倒用。扩堑一段后，需拆除排架倒用。应从上到下、先横杆后立杆逐根拆除，拆下的钢管、扣件、锚杆、竹排等检查有不合格的，不应继续使用。（10）记录表格。为了记录爆破效果和不断改进提高，每次爆破都应做详细记录，记录的表格见表 1。表表 1 爆破参数爆破参数 炮孔名称及编号 A（m）B（m）H（m）q（kg/m3）W（m）（m）（m）爆破方量（m3）小计 炮孔分布图 爆破效果 五、机县设备和劳动组织五、机县设备和劳动组织 第 8 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 扩堑爆破需配置的机械设备和劳力与所采用的开挖方式、开挖长度及每天完成的工程量有关。爆破记录格式见表 1。例如株六线电气化铁路 K401 地段扩堑石方控制爆破，当采取梯段爆破开挖和机械清方时，1999 年 15 月，日平均完成 336m3，配置主要机械设备有 12m3min 空压机 4 台、风枪 15 支、7m3挖掘机 1 台、15t 倾卸车 5 辆；投入劳力 89 人，其中爆破工狈名，架子工 10名，各种机械司机 20 名，其他人员 19 名。另据株六线施工统计，采用台阶爆破开挖方式，每个工作面（扩堑一端）每天平均可能完成爆破并清方约 50m3，配置主要机械设备有 12m3min 空压机 1 台（钻孔），2.5m3min空压机 1 台（钻锚杆孔），7655 型风枪 6 支，风镐 2 支，0.6kW 砂轮机 1 台（打磨钻头），7kW钢筋切割机 1 台（切割锚杆），2.8kW 钢筋弯曲机 1 台（弯制锚杆），0.6m3小四轮翻斗车 4 辆（运碴）；投入劳力 2834 人，其中指挥、爆破技术员、驻站联络员各 1 名，防护员 4 名，爆破工 56 名，架子工 4 名，装碴工 812 名，各种司机 45 名。六、质量标准六、质量标准 爆破扩堑后，宽度、堑底标高、边坡坡度要符合设计要求。扩堑后边坡上半眼痕保留率应达 90以上，边坡平整度15cm。七、安全措施七、安全措施 除爆破器材的购买、运输、使用和保管按有关爆破规定执行外，还应做到：1.炮孔装药量既不能过小，更不能过大，按计算严格控制。2.排架搭设系空中作业，工人必须佩戴安全带，搭设时杆件不能碰接触网。3.爆破体覆盖时，炮被上可用装土草袋压牢，严禁压石头。4.必须在既有线一侧设安全隔离线，出碴运输、施工作业人员、材料、机具不得超过隔离线，以免危及行车安全。八、经济效益分析八、经济效益分析 对株六线扩堑爆破 207 个爆破工点的统计，其经济效益如下：1.单位耗药量 0.150.5k/m3。2.准爆率 98.5以上。3.炮孔效率（炮孔每延 m 爆破方量）1.64 m3m。4.爆破后岩石破碎，大块率低于 2，人工清碴方便。5.光面爆破半眼痕保留率 90以上。6.工效 3.76m3d。7.创直接经济效益 2.8 亿多元，确保既有线安全和行车正常运行。第 9 页 筑龙网 电气化铁路既有线扩堑石方控制爆破安全快速施工工法 资料编号：YJGF572000 九、工程实例九、工程实例 株六线贵州省境内马场至天龙段 K63700K64200 为深路堑扩堑地段，长 500m。扩堑边坡高 536.5m，坡度 1:0.31:0.5，扩堑宽 0.57m，5610m3。扩堑坡脚与电气化铁路既有线中心距离为 2.04.6m，扩堑顶高出电接触网的有 280m 长，最高处高出电接触网 30m.扩堑基岩为白云岩，发育中等，轻微风化，整体性强，石质较坚硬。爆区周围环境复杂，砂子哨村坐落在扩堑两侧，房屋离爆区最近仅 10m，且质量差、危房多。1.爆破设计。开挖厚度大于 2m 的扩堑地段，预留 1m 厚的边坡光爆层，采取纵向侧台阶无隔离墙爆破开挖。台阶高 2m，长 5m，钻孔深 2.2m，炮孔排距 1m，孔距 1.15m。预留的光爆层（厚 lm）布置一列光爆孔，孔距 0.5m。开挖厚度小于 2m 的扩堑地段以及纵向侧台阶预留的光爆层，采取横向正长台阶爆破开挖。台阶高 2m，长（沿既有线走向）1025m.光爆层厚 0.75m，光爆孔孔距 0.5m。边炮孔单位耗药量 0.150.2kgm3，主炮孔 0.20.3kg/m3，光爆孔每孔装药量为 225g。起爆网路采取图 3 和图 4 两种。2.爆破效果。根据该爆破工点的实际情况及工期要求，采取扩堑两端并进开挖和纵横台阶交错的施工法，每天爆破 2 次，每次最多爆破 40m3。配备的机械有：6m3空压机 2 台，24型及 19 型凿岩机各 3 支，农用 12 马力小四轮拖拉机 6 台。投入劳力 25 人；其中施工负责人1 名，爆破工程师 1 名，测工 1 名，爆破工 6 名。施工 105d，折合每人每天完成 3m3。K63+800K63+880 地段，因扩堑高于电接触网，故采取加强钢管排架防护，并在爆破体上覆盖炮被，其余扩堑边坡高小于 10m 的，为降低工程成本，不架设钢管排架，仅在爆破体上覆盖炮被。共实施了 190 多次爆破，每次爆破的岩石被完全控制在炮被或排架内，有效地控制了飞石、滚石和滑块，确保了电接触网的安全，自始至终保障了行车安全和正常运行。爆后岩石较破碎，人工清碴方便快速。边坡上的炮眼半眼痕保留率达 90以上，边坡平顺整齐。（执笔人：何广沂 刘艳滨 刘高飞 荆山 李新国 王兆有 杜嘉俊 吴群慧）