劉 海 濤,羅 世 剛
(成都軌道交通集團(tuán)有限公司,四川 成都 610031)
光面爆破技術(shù)是提高工程施工質(zhì)量,減小施工成本投入的一種手段。在常規(guī)隧道中,光面爆破技術(shù)相對成熟。但在油氣田高瓦斯隧道中,由于受瓦斯環(huán)境的影響,常規(guī)光面爆破技術(shù)已不適用,不但制約瓦斯隧道的開挖質(zhì)量,而且增加了施工成本的投入。因此,研究光面爆破技術(shù)在油氣田高瓦斯隧道中的應(yīng)用很有必要,對類似高瓦斯隧道工程施工亦具有積極的促進(jìn)作用。
龍泉山隧道位于成都軌道交通18號線工程“天府新站—三岔湖站”區(qū)間,為油氣田高瓦斯穿越山嶺隧道。巖石類別主要為III級、IV級、V級,其中IV級圍巖占比達(dá)60%,圍巖完整性較差。龍泉山隧道采用雙洞分修方案,線間距30 m,采用礦山法施工。隧道全長9.7 km,最大埋深285 m。
地層巖性:龍泉山隧道全隧地層巖性為泥巖夾砂巖,中薄層產(chǎn)狀,緩傾巖層,傾角在10°左右。
不良地質(zhì)情況:龍泉山隧道主要穿越龍泉驛背斜構(gòu)造,受三大灣氣田影響最大。根據(jù)地勘資料推斷:天然氣總溢出量為700.23×104m3,隧道開挖時掌子面單位時間最大天然氣涌出量為1.23 m3/min。龍泉山隧道為油氣田高瓦斯隧道。
龍泉山隧道IV級圍巖占60%,IV級圍巖施工進(jìn)度控制著整個工程施工進(jìn)度。為提高工效,對瓦斯隧道光面爆破技術(shù)進(jìn)行研究很有必要。根據(jù)信息化施工原則,在IV級圍巖條件下,采用全斷面爆破開挖方式,計劃每次爆破進(jìn)尺長度為2.4 m。
開挖爆破時,預(yù)留仰拱保護(hù)層,待仰拱混凝土施工前進(jìn)行二次爆破開挖。
采用YT28鑿巖機鉆孔,孔徑為42 mm,瓦斯隧道鉆孔采用濕式鉆孔。
(1)掏槽孔。
一級掏槽孔鉆孔深度為1.79 m,起鉆點水平間距為2.5 m,上、下間距為0.6 m,鉆孔方向與掌子面夾角為50°;
二級掏槽孔的目的是為了進(jìn)一步擴大掏槽效果,鉆孔深度為3.13 m,水平間距為3.7 m,上、下間距為0.7 m,鉆孔方向與掌子面夾角為56°。
(2)主爆孔。
主爆孔分兩層布置,內(nèi)外層鉆孔間距均為
0.6 m,孔深2.4 m,主爆孔抵抗線為0.8 m。
(3)周邊孔。
周邊孔鉆孔深度為2.4 m,間距為0.5 m,周邊孔抵抗線為0.6 m。
龍泉山隧道為高瓦斯隧道,采用三級煤礦許用炸藥以及礦用電雷管,最后一段延期不超過130 ms,因此,雷管段總共為5段。
掏槽孔:一級掏槽孔采用孔底連續(xù)耦合裝藥,每孔裝5節(jié)、直徑32 mm藥卷,單孔藥量為1 kg;二級掏槽孔采用孔底連續(xù)耦合裝藥,每孔裝6節(jié)、直徑32 mm藥卷,單孔藥量為1.2kg;采用孔內(nèi)延期礦用電雷管起爆。
主爆孔:主爆孔采用連續(xù)耦合裝藥,每孔連續(xù)裝6節(jié)、直徑32 mm藥卷,單孔藥量1.2 kg,采用孔內(nèi)延期礦用電雷管起爆。
周邊孔:為滿足光面爆破要求,周邊孔采用間隔耦合裝藥、礦用導(dǎo)爆管引爆??椎走B續(xù)裝藥2節(jié),以后每間隔20 cm間隔裝藥,共裝藥5節(jié)、直徑32 mm藥卷,單孔藥量為1 kg,采用孔外延時礦用電雷管起爆。
根據(jù)爆破設(shè)計,爆破開挖每循環(huán)進(jìn)尺長度為2.4 m,每循環(huán)藥量為169.6 kg,每循環(huán)爆破方量為157.56 m3,爆破單耗為1.08 kg/m3。
鑒于龍泉山隧道為高瓦斯隧道,爆破開挖需嚴(yán)格按照高瓦斯隧道爆破施工安全規(guī)范進(jìn)行施工。主要包括爆破材料的選用、起爆前瓦斯檢查、炮眼封堵方式及正確的裝藥方式等。
高瓦斯隧道爆破施工采用三級煤礦許用乳化炸藥,雷管需使用煤礦許用電雷管;在爆破前、裝藥前和爆破后需進(jìn)行洞內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊臋z測,若瓦斯?jié)舛瘸^0.5%不能進(jìn)行爆破作業(yè);炮眼需采用泥封堵,未封堵或封堵不嚴(yán)不能進(jìn)行起爆;嚴(yán)禁反向裝藥,采用正向連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),雷管以外不能裝藥卷。
(1)進(jìn)尺深度。
按照爆破設(shè)計,其進(jìn)尺長度為2.4 m,實際進(jìn)尺長度為2.27 m,進(jìn)尺長度小于爆破設(shè)計值2.4 m預(yù)期。根據(jù)分析,其主要原因為第一層主爆孔孔底抵抗線較大,延時未能有效爆出,需要調(diào)整鉆設(shè)角度。
(2)爆破震動監(jiān)測。
爆破時,在距起爆點94.72 m處進(jìn)行了爆破振動速度的檢測,檢測值顯示,最大震速為2.123 cm/s,小于設(shè)計控制值5 cm/s,符合要求。
(3)殘孔率。
拱墻以下殘孔率較好,拱肩殘孔率較差,整體殘孔率約為46%。
(4)超欠挖。
在拱腰以下,開挖輪廓線符合設(shè)計要求,超挖為8 cm左右;但在拱腰以上,特別是拱肩處存在超挖過大的情況,最大超挖量達(dá)31 cm,拱肩平均超挖量約為16 cm。
(5)塊度大小。
爆破石渣塊度最大直徑為60 cm,滿足出渣裝載要求。
(1)周邊孔間距的調(diào)整。
由于圍巖巖層為中薄層、緩傾角構(gòu)造,周邊孔間距從原來的50 cm調(diào)整為45 cm,并在拱肩局部范圍加打輔助導(dǎo)向孔,同時減小拱肩范圍的裝藥量,將拱肩裝藥量調(diào)整為原來的80%。
(2)掏槽孔的調(diào)整。
將二級掏槽孔鉆孔角度調(diào)整為60°,水平間距調(diào)整為4 m,以提高掏槽效果。
(3)主爆孔的調(diào)整。
第一層主爆孔孔底抵抗線較大,導(dǎo)致第二層主爆孔爆破效果不好,在進(jìn)行第一層主爆孔打孔時鉆孔方向向隧道中線偏10°,減小了孔底抵抗線距離,提高了爆破效果。
經(jīng)爆破設(shè)計優(yōu)化,將單耗控制在0.95 kg/m3,爆破殘孔率提高到63%,平均超欠挖控制在10 cm左右。
通過在瓦斯隧道內(nèi)實施光面爆破技術(shù),取得了良好的效果:節(jié)約了炸藥用量;減小了噴護(hù)量;保證了施工安全;縮短了單循環(huán)作業(yè)時間。
高瓦斯隧道光面爆破施工技術(shù)在實際實施過程中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)及圍巖情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,以保證獲得最佳的爆破效果。