王明慧，楊琨，張忠愛，張橋，蔣樹平

（1.渝黔鐵路有限責任公司，重慶400014；2.西南交通大學，四川成都610031；3.中鐵隧道集團一處有限公司，重慶401121）

瓦斯地層中鐵路隧道爆破施工技術

王明慧1，2，楊琨3，張忠愛3，張橋1，蔣樹平1

（1.渝黔鐵路有限責任公司，重慶400014；2.西南交通大學，四川成都610031；3.中鐵隧道集團一處有限公司，重慶401121）

鐵路瓦斯突出隧道具有高風險性，爆破施工質(zhì)量安全要求高，目前施工經(jīng)驗較少。渝黔鐵路天坪隧道瓦斯突出工區(qū)存在開挖斷面大、地質(zhì)條件復雜、煤與瓦斯突出等重難點，施工安全風險尤其是爆破安全風險巨大。施工中選用三臺階開挖工法，合理劃分爆破斷面，選用煤礦許用爆破器材，優(yōu)化爆破參數(shù)和爆破網(wǎng)絡設計，并總結了一套瓦斯突出隧道爆破施工技術，取得了較好的爆破效果，可供類似工程借鑒。

瓦斯突出隧道；爆破；施工技術

1　工程概況

渝黔鐵路天坪隧道位于貴州省北部地區(qū)，全長13.978km，地質(zhì)條件復雜，集巖溶、瓦斯突出、有害氣體、高地應力、高地溫、突泥涌水等不良地質(zhì)條件于一體，為Ⅰ級高風險隧道［1］。其中天坪隧道橫洞工區(qū)煤系地層段地質(zhì)構造復雜，煤層受F12斷層影響嚴重，煤層分布不均，厚度變化較大，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)鉆孔資料顯示，區(qū)段內(nèi)隧道連續(xù)通過3層煤，平均厚度分別為1.3，2.4，3.6m，最大瓦斯含量為13.9m3/t，瓦斯壓力1.3MPa，屬瓦斯突出工區(qū)。在該區(qū)域施工主要包括以下幾方面風險：①雖經(jīng)過瓦斯抽排，但鐵路隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛纫廊惠^高，施工炮眼時，孔口瓦斯?jié)舛茸畲筮_到10%，施工風險巨大；②鐵路隧道開挖斷面較大，遠超過煤礦巷道。根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術規(guī)范》（TB10120—2002）［2］要求，必須采用礦用電雷管和礦用炸藥，其特性決定了在大斷面巖層爆破應用中的難度；③瓦斯環(huán)境下嚴禁動火作業(yè)，大量鋼支撐結構施工難度也較大。

目前鐵路瓦斯突出隧道爆破施工經(jīng)驗較少，以往通常參照煤礦經(jīng)驗施工，同時由于施工過程中的高風險性，因此一直是鐵路隧道施工領域中的重難點問題。本文通過渝黔鐵路天坪隧道的實踐，探索適合鐵路瓦斯突出隧道的爆破施工技術，可為類似工程提供借鑒和參考。

2　施工方法

2.1工法選取

根據(jù)TB10120—2002要求，瓦斯隧道必須采用礦用電雷管和礦用炸藥，并且電雷管最后一段的延時≤130ms，這不利于大斷面爆破網(wǎng)絡布置；同時，由于礦用炸藥猛度、爆力、爆速均較小，在相對較硬的巖層中爆破效果并不理想［3］。為確保絕對安全，鐵路隧道施工應采用小斷面爆破的方式進行開挖，不宜大斷面爆破。

將大斷面劃分為小斷面進行開挖的工法包括臺階法、導洞法、側(cè)壁導坑法、CRD法等。在煤層瓦斯環(huán)境下，不宜過多擾動地層，更要避免對支撐防護體系的重復拆裝。因此，采用三臺階法施工是最合適的選擇。

2.2施工方法

在對煤層及瓦斯情況充分探明、采取有效消突措施并經(jīng)驗證合格的前提下，采用三臺階七部開挖法不斷向前掘進（見圖1）。上臺階高3.9m，中臺階高3.0m，下臺階高3.3m，中、下臺階左右側(cè)錯開2～3榀拱架。在巖層中掘進時可三個臺階同時爆破，在石門揭煤及半煤半巖段則各臺階分別掘進通過煤層。

圖1　三臺階七部開挖法示意

3　爆破技術

3.1爆破設計

煤系地層段爆破作業(yè)采用3級煤礦許用含水炸藥及礦用毫秒延期電雷管、電力起爆器起爆（隧道外起爆），雷管選用1～5段毫秒延期電雷管，最后一段的延期時間≤130ms，周邊炮孔間距取40～50cm，抵抗線取50～70cm。

正洞采用三臺階分部開挖，分部揭開。爆破參數(shù)為：正洞揭煤段圍巖為Ⅴ級，主要為黏土巖、砂巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r，呈碎石角礫狀，穩(wěn)定性一般，中硬～堅硬，揭煤前進尺為0.8～1.2m，揭石門時進尺2m，炮眼直徑為45mm（用φ42mm一字鉆頭）。

根據(jù)煤礦施工相關規(guī)定，并參考家竹箐隧道爆破方案［4］，爆破參數(shù)計算如下述。

1）炮眼總數(shù)N計算

式中：S為掘進斷面面積，m2；f為巖石的堅固性系數(shù)，f=4～6。

取S=34.6m2，f=6，可得N=107

2）單位裝藥量q計算

式中：Km為煤層厚度影響系數(shù)。

取Km=0.95，可得q=0.96kg/m3

3）總裝藥量Q計算

式中：Lcp為一次爆破的炮眼平均深度，m。

取Lcp=1.06m，可得Q=35.2kg

其它部分計算按上臺階施工方法計算。炮眼布置及裝藥方式見表1和圖2、圖3。

表1　正洞煤系地層爆破參數(shù)

3.2爆破方法

1）鉆孔時參照爆破設計圖進行打設。當鉆孔位置與瓦斯抽排孔沖突時應適當調(diào)整鉆孔位置，避開瓦斯抽排孔，若鉆孔穿透抽排孔時采用炮泥或錨固劑將穿孔處封堵。炮眼數(shù)目參照正常段2.5倍進行打設［5］，施工中應根據(jù)實際情況適當調(diào)整爆破參數(shù)，以達到較好的爆破效果。

2）爆破采用電雷管串聯(lián)連線，正向裝藥微差起爆；炮眼全部采用連續(xù)裝藥，孔口至藥卷間空隙用炮泥塞滿，中間不得有空洞。煤系地層爆破網(wǎng)絡連接示意見圖4。

圖2　煤系地層炮眼布置（單位：cm）

圖3　煤系地層炮眼裝藥示意

圖4　煤系地層爆破網(wǎng)絡連接示意

3）揭煤時根據(jù)鉆孔探明的煤層位置及時調(diào)整爆破進尺及鉆孔深度，以防止誤揭煤或預留巖柱厚度＜2m。

4）嚴格按照“邊探邊掘”的方法進行揭煤施工，鉆孔時必須在開挖面左、中、右側(cè)打設不少于3個超前炮孔，防止誤揭煤。

5）揭石門時，掘進工作面與煤層之間必須保持一定的巖柱，其最小垂直厚度≥2m，遇巖石松軟、破碎，還要適當增加巖柱厚度。

6）嚴格執(zhí)行“一炮三檢”及“三人聯(lián)鎖”爆破制度［6-8］，即鉆孔前、裝藥前及爆破后由瓦斯檢測人員檢查，瓦斯超限時嚴禁作業(yè)；爆破時由瓦斯檢測人員、爆破員及開挖班組負責人三人配合進行爆破作業(yè)，過程中由安全員監(jiān)督。爆破作業(yè)使用煤礦許用炸藥和煤礦許用電雷管，不合格或變質(zhì)的炸藥不準使用。

7）采用濕式鉆孔，炮眼深度≥0.6m，所有炮眼都要在炸藥與封泥間裝1～2個水炮泥，采用正向連續(xù)裝藥結構裝藥，藥卷至孔口之間空隙必須用封泥密實地封堵。

8）放炮毫秒雷管最后一段的延期時間不得超過130ms，且不得跳段使用。電雷管使用前必須進行電阻值測定，選用電阻值相近的。電雷管的連接采用串并聯(lián)方式，但都必須使通過每一根電雷管的電流達到電雷管的引爆電流的2倍。放炮母線必須采用專用電線，并盡可能地減少接頭，以減小放炮母線的電阻。

9）放炮時，回風系統(tǒng)內(nèi)電氣設備必須切斷電源；工作面有獨立可靠的回風系統(tǒng)，并保證回風系統(tǒng)中風流暢通。

10）放炮地點設在洞外，洞內(nèi)停止所有施工，所有施工作業(yè)人員撤至洞外，并同時停電，然后進行爆破作業(yè)。

11）放炮由生產(chǎn)經(jīng)理統(tǒng)一指揮，技術、安全部門協(xié)助配合，并由礦山救護隊在洞口值班。放炮后至少通風30min，然后根據(jù)自動監(jiān)控系統(tǒng)提供信息，由礦山救護人員進入工作面檢查。根據(jù)檢查結果，確定采取恢復送電、通風、排除瓦斯等具體措施。

12）在隧道揭穿煤層和煤層掘進的全過程中，對圍巖進行超前大管棚及注漿加固。

13）爆破前打開灑水噴淋系統(tǒng)，以降低爆破粉塵，爆破后出砟前對砟體進行灑水，防止出砟時產(chǎn)生火花。

14）開挖工作面附近20m內(nèi)，風流中瓦斯?jié)舛缺仨殻?.5%；通風風量足，風向穩(wěn)定。炮眼內(nèi)巖粉清除干凈。禁止使用明接頭或裸露的爆破母線。爆破母線與發(fā)爆器的連接要牢固，以防止產(chǎn)生電火花。

15）電雷管與起爆母線及雷管間接頭處必須連接牢固，并采用絕緣膠布包扎好，防止腳線外露，同時防止腳線與巖壁接觸增加電阻，影響爆破效果。同一段位的雷管連接好后及時測量雷管的導通性，發(fā)現(xiàn)異常及時檢查修正，全部網(wǎng)絡連好后再測1次，并測量總電阻值，保證網(wǎng)絡總電阻≤700Ω。

4　結語

鐵路瓦斯突出隧道爆破施工經(jīng)驗較少，同時存在高風險性，一直是鐵路隧道施工領域中的重難點問題。通過渝黔鐵路天坪隧道的實踐，嚴格按照爆破方案進行施工管理，煤層爆破施工300余次，成功穿越340m瓦斯突出煤系地層，達到了預期效果，取得了良好的經(jīng)濟、社會效益，可為類似工程提供借鑒。

［1］王明慧，魯軍良，楊仁春.綜合超前地質(zhì)預報在天坪隧道施工中的應用［J］.鐵道建筑，2014（3）：30-32.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10120—2002鐵路瓦斯隧道技術規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2003.

［3］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，國家煤礦安全監(jiān)察局.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局及國家煤礦安全監(jiān)察局第16號令煤礦安全規(guī)程［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2014.

［4］姚振武.高瓦斯隧道施工指南——以家竹箐隧道為例［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［5］丁睿.瓦斯隧道建設關鍵技術［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［6］張立坤，馬福民.隧道施工高瓦斯防治指南［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［7］陸春昌，林發(fā)榮.爆破施工［M］.重慶：重慶大學出版社，2010.

［8］雷升祥.瓦斯隧道施工技術與管理［M］.北京：中國鐵道出版社，2011.

AbstractRailway tunnel in gas stratum often has a high risk，which means the safety of blasting construction quality is needed，but there are less construction experience at present.T ianping tunnel of Chongqing-Guizhou railway has such construction difficulties as large excavation cross section，complex geological conditions，and coal and gas outburst in gas outburst area，which cause a huge construction safety risk，especially the blasting safety risk. T he tri-bench excavation method was used in construction for rational division of blasting section，selection of permissible coal mine blasting equipments，and optimization of blasting parameters and blasting network design，which has achieved a good blasting effect.Blasting construction technology for gas outburst tunnel was concluded in this paper and would provide a reference for similar projects.

KeywordsT unnel in gas stratum；Blasting；Construction technology

（責任審編周彥彥）

Blasting Construction Technology for Railway Tunnel in Gas Stratum

WANG Minghui1，2，YANG Kun3，ZHANG Zhongai3，ZHANG Qiao1，JIANG Shuping1
（1.Chongqing Guizhou Railway Limited Liability Company，Chongqing 400014，China；2.Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China；3.China Railway Tunnel Group 1st Department Co.，Ltd.，Chongqing 401121，China）

U458.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.20

1003-1995（2016）04-0076-04

2015-10-15；

2016-01-07

重慶市科技攻關計劃（cstc2012gg-yyjs30002）

王明慧（1964—），男，教授級高工，博士。