楊 凱

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

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大斷面瓦斯隧道鉆爆開挖施工技術(shù)

楊 凱

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

針對(duì)新建簡蒲高速大斷面低瓦斯的二峨山隧道鉆爆開挖施工難題，通過現(xiàn)場勘探及理論分析，論述了瓦斯涌出的可能性，并從爆破參數(shù)、安全驗(yàn)算及施工工藝等方面，提出了合理的爆破方案及參數(shù)，確保了瓦斯隧道鉆爆開挖工程的質(zhì)量及安全，達(dá)到了良好的爆破施工效果。

大斷面，瓦斯隧道，爆破參數(shù)，施工工藝

0 引言

瓦斯是地下土壤中分布的一氧化碳、甲烷等易燃易爆氣體，如果在礦井或巖洞中，沒有較好的通風(fēng)條件，長時(shí)間就會(huì)大量積聚這些氣體，一旦遇到明火或靜電就會(huì)迅速燃燒而產(chǎn)生大量氣體，形成爆炸。隧道施工最容易引起瓦斯爆炸的就是電火花和爆破火焰。電火花可通過選用防爆型設(shè)備進(jìn)行防治，爆破火焰必須在爆破設(shè)計(jì)、施工及管理方面加以研究后，采取相應(yīng)的防治措施，提前消除潛在不安全因素，才能保證施工質(zhì)量及安全。

1 工程概況

四川成都經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)線高速公路簡陽至蒲江段控制性工程之一的二峨山隧道全長為2 282 m，設(shè)計(jì)為雙線分離式三車道大跨度低瓦斯隧道，主洞最大建筑界限17 m×5 m，最大開挖斷面208 m2，斷面之大為國內(nèi)罕見。隧道位于四川盆地西部仁壽縣境內(nèi)的龍泉山南段，為淺～中切構(gòu)造剝蝕低山地貌，巖體主要為Ⅳ級(jí)，Ⅴ級(jí)粉質(zhì)泥、砂巖，巖體破碎、裂隙較發(fā)育，屬軟巖。

2 瓦斯涌出可能性分析

隧址位于四川盆地西部紅層低山區(qū)，巖性以泥巖為主夾砂巖，但隧道穿越龍泉山箱型大背斜(儲(chǔ)存條件)，兩側(cè)有區(qū)域性斷裂發(fā)育(運(yùn)移—通道條件)，是油氣聚集的有利地段。在隧道進(jìn)口外農(nóng)民鉆水井發(fā)現(xiàn)有氣體逸出，在初勘時(shí)有氣體逸出，可點(diǎn)燃，火苗高出孔口約20 cm～30 cm，持續(xù)約5 min后自熄；詳勘時(shí)K255+700里程下128 m處有氣體逸出，測得鉆孔氣壓為0.12 MPa，成分以甲烷(CH4)為主，組分高達(dá)78.53%。勘探顯示瓦斯一般于厚層砂巖、巖體裂隙中聚集，但不排除在局部裂隙發(fā)育段聚集。開挖時(shí)瓦斯可能會(huì)從圍巖裂隙發(fā)育較好地段逸出，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

3 爆破參數(shù)及施工工藝

瓦斯隧道鉆爆開挖施工中堅(jiān)持：“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤通風(fēng)”的原則，防止有害氣體逸出。在確保安全施工前提下確定洞身爆破參數(shù)及開挖施工工藝。

3.1 爆破參數(shù)選擇

炮眼鉆孔采用YT28型氣腿式鑿巖機(jī)，鉆頭直徑32 mm。掏槽眼采用楔形布置方式，爆破器材采用乳化炸藥，均采用φ32藥卷?？拙嘁话銥?.6 m～1.0 m，取0.8 m。根據(jù)地質(zhì)情況及可能逸出的瓦斯情況，裝藥不耦合系數(shù)宜為1.0～2.0；周邊眼間距一般為炮眼直徑的8倍～15倍，Ⅳ級(jí)圍巖整體穩(wěn)定取50 cm；最小抵抗線一般不小于光面炮眼間距，取60 cm。

3.2 爆破設(shè)計(jì)

1)掏槽孔裝藥量。

Q=γ·L·R。

式中：γ——炮孔裝藥系數(shù)，取0.9；L——孔深，L=2.0 m；R——每米長度炸藥量，R=0.78 kg/m。

經(jīng)計(jì)算QⅣ=1.404 kg，取1.4 kg。

掏槽孔示意圖見圖1。

2)輔助孔裝藥量。

QⅣ=γ·L·R=0.8×2.0×0.6=0.96 kg，取QⅣ=1 kg。

3)光爆孔裝藥量。

通常為輔助孔的1/3～1/4，QⅣ=0.4 kg。

3.3 起爆網(wǎng)路

采用塑料導(dǎo)爆管非電復(fù)式微差起爆網(wǎng)路，每個(gè)炮孔內(nèi)均裝雙發(fā)非電毫秒雷管。炮孔裝藥堵塞完畢后，在孔外用雙發(fā)非電雷管將各炮孔導(dǎo)爆管連接起來，組成孔外復(fù)式起爆網(wǎng)路，最后將主線導(dǎo)爆管綁雙發(fā)電雷管后，用爆破導(dǎo)線引至起爆點(diǎn)，使用起爆器引爆。

3.4 炮眼及起爆網(wǎng)路布置

根據(jù)不同圍巖采用不同的炮眼布置，本文針對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖兩臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)說明。

Ⅳ級(jí)圍巖爆破炮眼及起爆網(wǎng)路布置圖見圖2。

上臺(tái)階總用量:

Q=16.2×2+39+30.8×2=133 kg。

下臺(tái)階周邊眼每孔裝藥量0.2 kg，底眼每孔裝藥量1.0 kg，輔助眼每孔裝藥量0.7 kg。

下臺(tái)階總藥量:

Q=50 kg。

Ⅳ級(jí)圍巖雙臺(tái)階單循環(huán)總裝藥量:

Q總=133+50=183 kg。

4 爆破安全驗(yàn)算

4.1 爆破飛石的安全距離

巖石爆破時(shí)可能產(chǎn)生的最遠(yuǎn)飛石距離由瑞典德湯尼克公式求之：

R=K×D。

式中：R——爆破時(shí)可能產(chǎn)生的最遠(yuǎn)飛石距離，m；K——安全系數(shù)，取K=1.57；D——炮孔直徑，取D=40。

對(duì)于隧道，將以上數(shù)字代入公式為：

R=1.57×40=62.8 m。

4.2 爆破沖擊波安全距離

根據(jù)GB 6722—2003爆破安全規(guī)程的規(guī)定，對(duì)人員、建(構(gòu))筑物沖擊波超壓限值為：

ΔPmax<0.02×105Pa。本工程暗挖隧道在洞內(nèi)施工，應(yīng)考慮空氣沖擊波的危害，空氣沖擊波對(duì)隧道內(nèi)施工人員的最小允許距離，根據(jù)以下公式得出:

式中：R——空氣沖擊波對(duì)隧道內(nèi)施工人員的最小安全距離，m； Q——每次爆破所需炸藥量，毫秒延時(shí)爆破則按一次爆破的總藥量計(jì)算，取QⅣ=183kg；

K——對(duì)于爆破作業(yè)人員取K=25。

代入計(jì)算得：R=142 m，起爆作業(yè)時(shí)，所有人員均需撤離超過本距離起爆。

5 爆破施工工藝

隧道鉆爆開挖施工時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行一炮三檢制度及炮后通風(fēng)制度，同時(shí)加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測，提高爆破作業(yè)要求，控制開挖作業(yè)順序，加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)，確保施工安全。

5.1 爆破設(shè)計(jì)

采用光面爆破及微震控制爆破技術(shù)，控制每次裝藥量，減小每榀進(jìn)尺，加強(qiáng)炮后通風(fēng)。

5.2 標(biāo)定孔位鉆孔及驗(yàn)收

鉆孔前通過測量定出孔位，并用紅油漆標(biāo)注在施工區(qū)域內(nèi)，誤差不超過5 cm。鉆孔時(shí)炮孔間距、長度、角度等要符合設(shè)計(jì)要求。炮孔成型后用高壓風(fēng)槍將孔內(nèi)巖屑吹干凈，并慢慢將鉆機(jī)提出。封堵炮孔前清理炮孔口，用編織袋等封堵并做好標(biāo)記，以便于在裝藥前再次驗(yàn)孔。

5.3 裝藥及堵塞

裝藥前驗(yàn)孔，檢查炮眼數(shù)量等。裝藥時(shí)前節(jié)炸藥裝到位后才能開始裝下一節(jié)，嚴(yán)禁前節(jié)炸藥未到位時(shí)連續(xù)裝下一節(jié)炸藥。裝藥分組分片進(jìn)行，防止雷管段別混亂影響爆破效果。

裝藥檢查質(zhì)量合格后，進(jìn)行炮孔堵塞。堵塞材料為炮泥或鉆孔巖粉，嚴(yán)禁使用碎石塊或易燃易爆材料堵塞。堵塞長度要符合設(shè)計(jì)要求，并保證堵塞質(zhì)量。

5.4 起爆網(wǎng)路的聯(lián)接

簇聯(lián)時(shí)要防止出現(xiàn)導(dǎo)爆管漏綁現(xiàn)象，連接后需經(jīng)爆破技術(shù)人員檢查。簇聯(lián)時(shí)原則上每簇不大于20根導(dǎo)爆管，每根統(tǒng)一綁兩發(fā)非電雷管，雷管聚能穴必須與傳爆方向相反，雷管設(shè)在導(dǎo)爆管中間，四周用絕緣膠帶纏緊。

網(wǎng)路聯(lián)接按照規(guī)定的接法進(jìn)行，施工時(shí)保護(hù)好線路，線頭搭接正確。操作過程中特別要防止損傷導(dǎo)爆管造成斷爆。

5.5 爆破后通風(fēng)及檢查

爆破后，檢查人員必須在隧道通風(fēng)30 min且有毒氣體含量低于規(guī)程規(guī)定值后進(jìn)入爆破地點(diǎn)，檢查有無危石和盲炮等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理。

6 結(jié)語

在隧道鉆爆開挖施工中瓦斯并未達(dá)到燃爆濃度，且未發(fā)生較大安全事故。但施工中仍按設(shè)計(jì)爆破施工方案及參數(shù)施工，結(jié)合工程所處環(huán)境及現(xiàn)場實(shí)際情況所提出的“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤通風(fēng)”的瓦斯隧道施工原則，針對(duì)大斷面瓦斯隧道設(shè)計(jì)的爆破參數(shù)及施工工藝滿足二峨山隧道安全施工要求，從施工情況看，爆破效果較明顯，巖體破碎程度好，超欠挖控制較好，對(duì)初期支護(hù)影響震動(dòng)低，滿足工程質(zhì)量及安全要求。

[1] 姚旭君.成簡快速路龍泉山2#高瓦斯公路隧道爆破施工技術(shù)[J].四川水力發(fā)電，2010(S1):14-16.

[2] 劉軍權(quán).大斷面瓦斯隧道爆破掘進(jìn)施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2016(6):55-57.

[3] 肖福磊，郭 威，趙言洞.大斷面高瓦斯隧道爆破與安全[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2008(12):168-171.

[4] 劉興平.梅嶺關(guān)瓦斯隧道爆破施工安全措施[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011(2)：17-19.

[5] 趙 偉.發(fā)耳高瓦斯隧道開挖爆破技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2015(4)：369-372.

On drill-blast tunneling technique of large-section gas tunnels

Yang Kai

(No.4 Engineering Company, China Railway 14th Bureau Group, Jinan 250002, China)

According to the construction difficulties of the drill-blast tunneling at the large-section low-gas Er’eshan Tunnel along Jianyang-Pujiang Expressway, the paper indicates the feasibility for the gas emission from the site survey and theoretic analysis, points out the reasonable blasting scheme and parameter from the blasting parameter, safety calculation, and construction craft, and ensures the quality and safety of the drill-blast tunneling of the gas tunnels, so as to achieve better blasting effect.

large-section, gas tunnel, blasting parameter, construction craft

1009-6825(2016)30-0180-02

2016-08-16

楊 凱(1987- )，男，助理工程師

U455.6

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