淺談頁巖氣地段隧道控制爆破技術

李艷玲 盧文武

摘要：本文主要研究了頁巖氣地段高瓦斯隧道控制爆破技術，針對隧道爆破方案、爆破參數、爆破網絡設計和爆破效果等內容進行淺析，為頁巖氣隧道施工提供一些參考。

關鍵詞：頁巖氣隧道爆破 爆破網絡 爆破效果

1 頁巖氣地段隧道爆破方案

1.1 頁巖氣地段隧道爆破施工方案

根據隧道地質條件，頁巖氣地段隧道爆破方案總體如下：①Ⅲ級圍巖段采用中深孔光面爆破，Ⅳ、Ⅴ級圍巖段采用淺孔微振動控制爆破。②根據圍巖條件選用不同的炸藥，瓦斯隧道爆破作業可采用煤礦許用炸藥。

1.2 頁巖氣地段隧道爆破參數選取

1.2.1 鉆孔深度

鉆孔深度，即孔底至掌子面的垂直距離。以鉆孔機具、掏槽形式、炸藥性能、月進度要求作為確定鉆孔深度蛀牙時的參考依據。炮孔深度則參考月計劃進行計算：

式中：l——按月進度要求的炮孔深度，m；L——計劃月進尺，根據圍巖級別，III級120m，IV級70m，V級40m；n1——月施工有效天數，按28d計算；n——每循環小時數，加初期支護時間；η1——炮眼利用系數，取0.9；η——循環率。

根據公式的計算，并充分發揮鉆孔機具的生成力，在保質保量的前提下縮短了工期。結合臨空面大小，V級圍巖掏槽眼孔深為1.2m，其余眼為1m；IV級圍巖掏槽眼孔深為1.7m，其余眼為1.5m；III級圍巖掏槽眼和輔助眼孔深為3.2m，其余眼為3m。

1.2.2 鉆孔數目

一般情況下，施工不主要以單位炸藥耗量為依據估算鉆孔數目，然后在實際施工中有計劃的增減數目。根據本隧道的地質情況，單位炸藥耗量根據類比法選取。計算公式為：

式中：q——單位炸藥耗量；S——開挖斷面面積，隧道按照上下臺階法開挖，分別進行計算；η2——炮孔利用系數；m——每個藥包長度；G——每個藥包質量；α——炮孔平均裝藥系數。

1.2.3 炮孔布置

建議通過掏槽爆破的方式處理頁巖氣地段隧道。在爆破過程中，應該基于分區功能布置掏槽眼、輔助眼和周邊眼。

掏槽眼：運用中空直眼掏槽方式對隧道施爆。爆破時，為了追求精確度，建議在隧道中線偏下的部位掏槽。

周邊眼：基于光面爆破理論設定周邊眼間距，重點控制外插角，以免超挖。

輔助眼：它有內圈眼與擴大眼之分。一般在周邊眼抵抗線的邊緣設置內圈眼，其孔距比周邊眼抵抗線（w）略大。擴大眼系掘進炮眼，爆破中，主要根據巖石堅硬程度、裝運方式及巖石破碎程度的要求確定擴大眼的炮孔間距。越堅硬的巖石，擴大眼炮孔間距越小，反之越大。

1.2.4 裝藥結構及裝藥量

根據頁巖氣地段隧道的特點，洞內所有炸藥可根據不同的地段炮眼深度及個數，雷管數，裝藥集中度，單孔裝藥量等參數進行控制，可為硝銨乳化炸藥，電雷管接導爆管起爆，要求每個裝藥炮孔必須進行堵塞。

2 頁巖氣地段隧道爆破網絡設計規定

①起爆網路分串聯、并聯、串并聯，電路的總電組要滿足起爆能力的要求。②根據專用防爆起爆器的說明對網路設計，購買時有針對性的選擇起爆器械。要求選用一次起爆串聯電路為數百發的起爆器，這樣方便現場連接。③起爆嚴禁使用洞內高低壓電源點，只能使用專用起爆器。④雷管裝入孔前要使用爆破專用歐母表對電雷管進行檢測，連接網路后要作網路導通檢測，如果不能導通要分區檢測并排除，否則整個網路不能起爆。⑤使用電爆網路必須使用專用儀器檢測掌子面附近的雜散電流，當超過規定時嚴禁爆破作業，必須經過處理才能作業。

3 頁巖氣地段隧道爆破效果分析

爆破效果的好壞，一般采用爆破質量進行評判。

3.1 爆破質量的要求

①按設計要求控制隧道開挖斷面的中線和高程；②隧道開挖兩茬炮的臺階形差依照施工標準均勻分布；③隧道開挖輪廓圓順，邊墻順直；④周邊眼半孔平行且殘留率較高。

3.2 爆破效果影響因素

①地質條件；②測量施工放樣準確程度；③風鉆工技術素質。

3.3 爆破效果控制措施

①測量放樣。按設計精度測量放樣，嚴格自檢，確保偏差始終可控。兩茬炮的臺階形差按設計要求均勻分布。②周邊眼間距。基于地質狀況，以25～50cm為基準，按照密打眼的原則合理調整周邊眼間距。一般來講，地質狀況越差，周邊眼間距應該越小，反之越大。③周邊眼外插角。周邊眼鉆眼以2～5%或2～5cm/m的斜率外插。拱部取值大，邊墻取值小。地質狀況與取值呈正相關。另外，要嚴格管理周邊眼外插斜率，確保兩茬炮的臺階形差可控，一來節省成本，二來確保周邊眼開孔平面布局合理。④光面層厚度。即周邊眼抵抗線控制范圍50～70cm。好的地質狀況下取值要小，反之則取大值。⑤裝藥結構。間隔不耦合裝藥結構：藥卷直徑25cm，空氣間隔，導爆索起爆。⑥裝藥集中度。線性裝藥量0.05～0.25kg/m。周邊眼裝藥不宜過量。地質狀況差取值偏小，反之取大值。⑦非電毫秒雷管段數。使用雷管時，為了避免過度振動擾動圍巖，盡量保證圍巖穩定，避免其受到嚴重的破壞，周邊眼和外圈輔助眼應該跳段使用雷管。⑧炮孔堵塞。用炮泥堵塞炮孔。堵塞后保證炮孔不漏將。堵塞長度最短20cm。⑨組織措施。每茬炮掌子面穿中畫弧點炮眼，應該由經驗豐富的人完成。挑技術嫻熟的鉆工施作拱部。在光爆環節重點強調成本控制，既保質保量，又要節省成本。⑩技術措施。邊墻處順幫打眼。外插炮眼時，炮眼坡度應該順應隧道縱坡。另外，不宜在同一作業平臺內施作扇形組合炮眼，兩作業平臺之間不宜施作“V”型組合炮眼。 減震爆破措施。減震爆破首先考慮地質狀況，其次要分析隧道洞口或淺埋地段，合理設計光爆參數，確保隧道重要結構部位之圍巖的完整性與穩定性，并使圍巖的自承拱能力得到充分發揮。 隧底開挖控制。重視底板眼外插角、間距及裝藥量的控制，減小爆破效應對底板圍巖的擾動，嚴格控制底板的超挖。隧底開挖要納入控制爆破中。

3.4 爆破效果檢驗

根據對爆破質量控制因素的分析，采取了適當的對策，經檢驗，頁巖氣地段隧道爆破的效果良好，主要可體現在如下幾個方面。

①開挖輪廓圓順，開挖面整齊。②爆破進尺達到設計要求。③放炮出碴后，查看爆破效果，圍巖上留下周邊眼炮眼痕跡達80%以上。并在開挖輪廓面上均勻分布。④兩次爆破銜接臺階不大于15cm，未超過設計允許超欠挖范圍。⑤洞碴大小適中，直徑5～70cm，有利于裝碴機出碴。

4 小結

本文以頁巖氣地段隧道控制爆破技術為主要研究內容，針對隧道爆破方案、爆破參數、爆破網絡設計和爆破效果等內容進行了研究，淺析得到如下的結論：

①頁巖氣地段隧道Ⅲ級圍巖段可采用中深孔光面爆破，Ⅳ、Ⅴ級圍巖段采用淺孔微振動控制爆破，保證安全施工和施工質量要求。②通過可采用測量、爆破設計、施工組織、開挖控制等多重控制手段，隧道爆破效果良好。

參考文獻：

[1]石洪超，張繼春，夏森林，鄒新寬，曹興松，劉國強，曲美燕.層狀圍巖小凈距隧道掏槽爆破減震技術[J].爆破，2013（04）.

[2]王春梅.小間距隧道爆破對既有隧道振動影響分析[J].爆破，2013（02）.

[3]彭道富，李忠獻，楊年華.近距離爆破對既有隧道的振動影響[J].中國鐵道科學，2005（04）.