市区地下电力管廊爆破安全管理探索

王 洋， 姜殿科， 初 军， 周 明， 闫鸿浩*

(1.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室， 大连 116024； 2.国网辽宁省电力有限公司大连供电公司， 大连 116000)

随着经济发展，城市建设向着高效、合理、安全、绿色等方向发展，在寸土寸金的大都市中，地下空间的开发给城市化建设拓宽了领域，提供了广泛的发展前景。除了地下交通的发展取得长足进步以外，高压线路转入地下也成为一种发展趋势，以此来缓解输电线路用地同城市建设和交通用地之间的矛盾。北京在20世纪70年代开始就着手修建电力隧道，截至目前，北京地区高压电力隧道总长度约718 km。广州、上海、成都、福州、台湾等地区都已修建并规划了不同里程的电力隧道项目[1-5]。电力隧道是进行绿色、合理、高效、安全城市化建设，解决城市用地紧张，保证电力输送通道容量的有效途径[6]。

矿山爆破法因其高效率、低成本等优点，被广泛应用于地下电力管廊的建设中。但是城市地下及地表的环境都极其复杂，爆破施工面临着各种风险，为了保障施工的正常进行，以及保护施工过程中周围的人民与财产安全，爆破技术不断突破，并且引入了振动检测等手段[7-9]。进一步系统地提出爆破安全管理方法，即爆破安全评估和监理以及第三方爆破振动速度监测相辅相成的方法，尤其对环境复杂的敏感地带，需在施工前召开专家咨询会，共同决定施工方案，并在施工过程中时刻关注第三方的振动检测数据，以此为依据实时指导爆破参数的调整，保证施工的顺利安全。

大连作为中国东部沿海重要的经济、贸易、港口、工业、旅游城市，面对“十三五”规划的转型机遇期，肩负着振兴东北老工业基地的重任，既要取得经济长足发展，又要保证合理化城市建设，市政府和国家电网辽宁省电力公司将输电线路改造工程作为全市重点工程项目，加大大连地区电网建设[8]，其中高压电缆入地工程就是一个亮点。现以南雁四回路输电线路改造工程(以下简称南雁隧道)为例，介绍城市电力隧道施工安全管理经验，为同类项目安全管理提供示范借鉴作用。

1 工程概况

南雁隧道工程位于大连市区星海湾广场附近，路径在原南雁线 95#塔和 96#塔附近，架空线引入地下后，向东穿过大连供电局仓库至中山路边，转向东南依次穿过轻轨、中山路至金融商务区二号路口，然后向东穿过大连地铁1号线，沿着金融商务区二号路至高尔夫酒店南侧，穿过马栏河至太原街，自此继续向东，在雁水变电所大门附近右转，沿着山体等高线进入雁水变电所。

本工程地貌单元以马栏河两岸的山间河谷冲洪积平原、海漫滩为主，两侧属于剥蚀、侵蚀低山丘陵地貌。地层岩性主要由第四系全新统人工堆积层杂填土、素填土、第四系冲洪积层的粉质黏土含碎石、粉土和卵石组成。下伏基岩为震旦系桥头组石英岩、石英岩与板岩互层组成，岩层倾向南，走向近东西，倾角大约 65°，局部地带岩层直立。工程沿线地下水类型主要是第四系孔隙水及地下管网的渗水和基岩裂隙水，主要赋存于第四纪地层的孔隙中和基岩裂隙中。

2 项目设计

南雁隧道工程线路全长近2 km，亘长12 km，设计使用年限100年，隧道耐火等级为一级，防水等级为一级，结构安全等级为一级，7度结构抗震设计，三级抗震等级。工程采用高标准、高质量建设水准，既要满足城市运营规划和不破坏环境的需求，同时达到抗震、防水、防火、防腐蚀的标准，更要达到结构安全、耐久，技术先进，经济合理等要求。

鉴于本工程地层岩性，为高效顺利完成施工任务，针对岩石坚硬地段采用矿山法(爆破法)施工作业[10-12]。但本隧道沿线大部分为街道，地面上建筑物稠密，地下管网密集，途经地带地上及周边环境复杂，因此，在高标准的施工要求下，需要对矿山法爆破过程进行安全评估，达到有效控制、合理施工的目的，保证施工建设合法合规安全顺利完成。

3 安全评估

《民用爆炸物品安全管理条例》和《爆破安全规程》(GB 6722—2014)都有规定，城市爆破作业必须事先提出申请，提交安全评估报告，进行安全评估。

南雁隧道工程土石方开挖采用矿山法(爆破法)保证施工进度，以防止污染环境和破坏周边景物建筑。隧道沿途地理环境情况较为复杂，正上方地表多为城市主干道，同时还有大量的高层建筑，地下更是要通过地铁线路。因此不管是从遵守法律法规方面考虑，还是对施工安全负责的方面考虑，爆破安全评估都具有非常重要的意义。

安全评估需要引进具有A级资质评估单位，考察作业单位的资质，评定项目等级，审查设计所依据的资料、设计方法和参数，评估起爆网络、设计方案的可行性，同时出具有效的评估报告，并以此作为施工的重要依据。安全评估是爆破施工管理中重要的一环，另外一个重要的环节则是爆破安全监理。

4 爆破监理

《爆破安全规程》(GB 6722—2014)明确规定，实施爆破作业时，应进行安全监理。安全监理单位需有《爆破作业单位许可证》，相应资质等级，从业范围满足设计施工/安全评估/安全监理的要求。爆破作业单位不得对本单位的设计进行安全评估和爆破监理[13]。因此，南雁隧道工程爆破施工与安全监理需由两个具有相应资质的爆破作业单位分别负责，确保爆破作业按照法律法规实施，确保施工安全。

爆破安全监理的范围主要包括: ①爆破作业项目名称、类型、级别; ②参与监理的爆破工程技术人员作业范围和级别; ③安全监理主要内容及工作时间安排; ④地震波、飞石等有害效应的现场监测设备、工作程序及数据处理方式; ⑤发现违法违规行为的处理程序。

5 振动监测

城市爆破作业过程中，最大的安全隐患是爆破时产生的振动对周边建筑造成影响；同时对周边居民的生活带来一定的扰动，一旦失控将造成严重的民事纠纷和经济损失，甚至带来生命危险，违背城市建设的原则和标准，对工程进度百害无一利。《爆破安全规程》规定“D 级以上爆破工程以及可能引起纠纷的爆破工程，均应进行爆破有害效应监测[13]。监测项目由设计和安全评估单位提出，监理单位监督实施”。另外，爆破安全评估报告指出“本工程周边环境复杂，为避免民事纠纷，务必配备有爆破振动或地基自由振动测量资质单位进行第三方爆破振动监控。《爆破安全规程》中明确规定了城市爆破作业所应控制的振动速度和振动频率范围，因此，控制好爆破振动速度和振动频率是相关工程师和科研工作者首要关注的指标[13-16]。

在城市敏感区域爆破作业前，需要召开爆破专家咨询会，施工单位、监理单位和爆破专家都需要出席，现场研究实地情况，共同确定设计爆破方案，并严格按照爆破方案实施爆破作业。同时对敏感对象进行振动监测，实时反馈监测数据并根据其结果随时指导爆破方案的制定，修改爆破参数，达到实时闭环反馈的状态。下面以大连地铁1号线会展中心附近南雁隧道3号竖井爆破为例，分析爆破过程中的安全管理问题。

南雁隧道3号竖井中心位于中山路和体坛路交叉路口附近，紧邻大连地铁会展中心站，爆破断面处于地铁地下站台位置。该地段地质属于Ⅳ级围岩地质，机械开挖困难，采用矿山法爆破施工。为防止隧道爆破施工对地铁及站台产生影响，在施工前召开专家论证会，提出3号竖井的爆破方案，同时对现场爆破作业进行实时监测，并由爆破安全监理单位进行安全监督，及时调整爆破参数。3号竖井及爆破断面位置示意图如图1所示，隧道下穿会展中心地铁站简化地层及结构示意图如图2所示。

图1 3号竖井周边情况及测点位置Fig.1 Regions around 3# vertical shaft and the measuring points

图2 隧道下穿会展中心地铁站简化地层及结构Fig.2 Simplified strata and structure of tunnel under the convention and exhibition center subway station

现场采用爆破测振仪[17]进行监测，通过仪器中的三向速度传感器将振动信号转换成电信号并储存在仪器中，通过电脑直接读取分析振动三向速度、频率及矢量合速度，并将实时监测的数据以图像形式显示出来。测点1和测点2的爆破振动监测数据如表1所示，通过表1可以看出，测点1和2处的振动速度均小于《爆破安全规程》[13]中关于地下轨道交通及一般民用建筑物的振动速度规定。由此表明爆破专家商讨决定的爆破方案能有效控制爆破振动速度，切实有效可行。通过表1合速度可以看出，通过调整爆破参数，振动速度更加趋于安全标准以下，振动频率更加稳定。

表1 测点振动速度检测结果Table 1 Detection results of vibration speed

图3所示为2016年11月6日3号竖井爆破测点1和测点2处振动速度图谱，能够看出，不断根据实时监测的数据改进爆破方案，爆破振动z方向速度以及合速度都可以更好地满足规定。

图3 监测地点z向与合速度图谱Fig.3 Speed of z-direction and resultant at measuring points

6 结论

城市建设是集技术科学性和管理合理性相结合的综合体现。大连南雁隧道工程一方面满足了城市发展对电力消耗增大的需求，一方面同城市合理化建设、有效节约建设成本、高效完成建设任务的诉求相吻合。南雁隧道工程采用矿山法施工以保证施工进度，在爆破过程中合理运用安全评估、爆破监理和振动速度监测这“三架马车”，有效鉴别风险(源)，分析安全风险，对风险(源)进行分类与分级，提出针对性的工程实施建议，以提高施工图设计的质量，保障工程自身施工与其周边环境的安全，从而规避或减少因设计缺陷、失误、可实施性差等原因引起工程事故的风险，有利于领导决策以及在施工阶段落实安全生产的科学化、系统化和规范化管理，保证隧道工程高效、安全顺利进行，为此类电力工程施工过程进行安全管理提供了很好的借鉴方向，具有较高的参考价值。