緊鄰次高壓燃氣管線小間距隧道控制爆破施工技術及安全防護

[摘 要]本文結合工程實際情況，對緊鄰次高壓燃氣管線的小間距隧道控制爆破施工技術進行了總結，對其安全防護措施進行了分析，以便提高施工質量，加強安全管理。

[關鍵詞]隧道；爆破；安全防護

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.034

[中圖分類號]U25 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2016）24-00-02

1 隧道工程特點

1.1 周圍環境復雜

福永站至橋頭站地下區間的礦山法隧道下穿寶安大道與福海大道的交叉口，隧道左線起止里程為ZDK37+893.5～ZDK38+045.112，長度為151.612 m，隧道右線起止里程為YDK37+893.5～YDK38+060，長度為166.5 m。福永站到橋頭站地下區間礦山法隧道分別在里程YDK37+895.5和YDK37+966.3，下穿φ1000 mm污水管，拱頂距污水管底距離分別為4.1m、2.6 m，在里程YDK37+981.3下穿 8 800×1600 mm的雨水箱涵，拱頂距箱涵底距離為4.7 m，且線路西側分布一條1.6 MPa的次高壓燃氣管和一條0.4 MPa的中壓燃氣管，次高壓燃氣管距隧道左線最近距離30 m，中壓燃氣管距隧道右線最近距離36 m，要求爆破振速≤2 cm/s，且右線進洞15 m，對應左線為明挖基坑，圍護結構采用吊腳樁+內支撐體系，爆破振動控制要求高。隧道位于寶安大道與福海大道的交叉路口，交通繁忙、車流量大，洞門位置東側設有公交站臺，人流量大，確保爆破安全的防護工作是本工程的重點與難點。

1.2 小間距雙線隧道埋深淺

福永站至橋頭站地下區間礦山法隧道圍巖分級為Ⅲ級圍巖，隧道開挖寬度6.3 m，隧道凈距6.4～8.8 m，拱頂埋深6.5～10.1 m，隧道凈距小于2倍洞徑，屬于小間距淺埋隧道。根據相關研究及類似工程經驗，Ⅲ級圍巖并行小間距隧道同時施工時，掌子面錯開最小的安全距離應大于2倍洞徑。由于隧道間距小，洞身采用鉆爆開挖必定會對中間巖柱的穩定產生很大的破環作用，根據監測數據，隧道爆破施工中上臺階產生的爆破振動最大。為了使爆破對圍巖的擾動降低到最小程度，通過上臺階全部采用電子雷管爆破和采用電子雷管與非電毫秒雷管組合爆破2種方法進行爆破振動控制。隧道爆破施工不僅要考慮次高壓燃氣管對爆破振動的高標準要求，還要考慮小凈距淺埋隧道下穿交通繁忙路段對爆破施工的安全要求，福海大道多為80 t的重載車輛。

2 區間暗挖隧道施工控制的重難點

（1）與需要重點保護的1.6 MPa次高壓燃氣管道的距離為30 m。隧道爆破相對于基坑爆破而言，爆破的自由面少，爆破振動控制難度大。

（2）區間隧道間距小、隧道埋深淺、左右線之間的爆破干擾影響因素多，工序銜接難度大。

（3）明暗交界處爆破施工過程中掌子面飛石防護施工的工效低、防護效果不好，如何改善防護效果，提高防護施工工效，成為施工中的重要問題之一。

（4）隧道爆破施工爆破鉆孔數量多，數碼電子雷管消耗量大，爆破施工成本控制壓力大。

3 區間暗挖隧道爆破試驗

3.1 爆破試驗解決的主要問題

（1）借鑒福永站基坑爆破采用數碼電子雷管進行控制爆破的經驗，在確定區間暗挖隧道爆破過程中數碼電子雷管爆破施工在確保次高壓燃氣管線安全的前提下，保證爆破施工技術的安全可靠性。

（2）通過爆破試驗確定合理的掏槽方式及爆破延時間隔問題。

（3）根據次高壓燃氣管線區域的振動監測數據，進行數據分析和回歸，確定該暗挖隧道區域內的K，a數值，為后續提供完善的爆破參數。

（4）通過爆破試驗衡量隧道洞門防護設施的可靠性問題。

（5）通過爆破試驗完善設計和施工工藝，獲取各種爆破方式的最佳參數，提高爆破施工的安全性和經濟性問題。

3.2 爆破試驗的方案

區間隧道的爆破試驗區域選擇在右線隧道的進口處，該區域距離次高壓燃氣管線相對較遠。

3.2.1 爆破延時確定試驗方案

隧道爆破試驗在進口端進行，先做3組單孔試驗，再做5組全斷面群孔試驗，最終確定最佳延時間隔差。單孔試驗，藥量1 kg，群孔試驗采取進尺1～1.5 m全斷面開挖，孔間延時分別為4 ms、5 ms、6 ms、7 ms與8 ms，可根據試驗效果，補充試驗，確定減振效果。

3.2.2 爆破振動監測的試驗

振動測試點布設在隧道上方的地表，以拱頂正上方為1號測點，向隧道一側不同距離分別布設另外4個測點，測點距1號測點分別為10、25、35、45 m，其中5號測點布置在次高壓燃氣管上方，測點布置如圖1所示。

3.3 確定隧道爆破最佳延時時間

電子雷管的最大優勢就是延時時差可調，延時精度高，利用該特點使波形疊加干擾降振技術由理論變為現實，最大化地降低爆破振動。該技術最關鍵的是確定合理的延時時差，保證波形能發生錯相疊加，達到減振的目的。該延時時差和地質條件、地形條件、爆破方式與裝藥結構等因素有關。

通過系列試驗并分析，認為采用5 ms的孔間延時間隔能達到最佳干擾減振的目的，因此確定隧道爆破的最佳延時時差為5 ms。在該爆破條件下，掏槽孔采用電子雷管，孔間5 ms延時逐孔起爆，其余孔用非電雷管跳段的起爆方式，能滿足次高壓燃氣管爆破振動≤2 cm/s和隧道一次開挖循環進尺1.2 m的要求。在后續的爆破中可以統一采用這樣的爆破方式。

4 爆破施工安全防護

4.1 孔口堵塞

堵塞作用是使炸藥在受約束條件下能充分爆炸以提高能量的利用率，因此堵塞長度應不小于20 cm，堵塞材料采用炮泥（砂∶黏土∶水=3∶1∶1）。要求堵塞密實，不能有空隙或間斷。

4.2 隧道洞口飛石防護

該隧道洞口屬于區間和車站明挖和暗挖交界的區域，對爆破飛石控制要求高。在隧道采用爆破開挖過程中，隧道洞口防護方面目前主要采用洞口處垂直線路方向搭設雙層鋼管排架防護、臨時交通管制、掌子面采用的橡膠被、鐵絲網、竹片等防護措施。

為解決石質地鐵隧道明暗交界段采用爆破施工過程中洞口飛石的問題，本工程采用了多個防護框架組合，配合起吊繩、小型絞車因地制宜地組合防護裝置來解決爆破安全防護的問題。本防護裝置的關鍵要點如下。

（1）該裝置主要有以下幾個部分組成：矩形鋼管框、防護裝置上部錨固裝置、矩形鋼管框連接繩與防護裝置起吊裝置等組成。

（2）根據隧道斷面寬度和高度確定單幅矩形鋼管框的長度與寬度（寬度一般超過隧道最大寬度1 m，高度1 m），采用鋼管焊接而成，根據實際需要在框內加筋（焊接縱向鋼管）。在框內覆蓋薄鐵皮，同時在鐵皮上覆蓋廢棄橡膠板，覆蓋鐵皮及橡膠板的寬度與單幅鋼管框相等，高度超過單幅鋼管框的高度10 cm，方便兩幅鋼管框在搭界時鐵皮和橡膠板的重合。單幅矩形鋼管框按照需要順序進行拼接，其中第一幅和最后一幅分別焊接四個半橢圓形的吊環，吊環的位置位于矩形鋼管框的中間，用于連接固定繩和通過起吊繩，其中兩個吊環為固定吊環，兩個吊環為通過吊環，如圖2所示。

（3）中間部分的單幅矩形鋼管框在豎向鋼管上焊接兩個半橢圓形的吊環，用于通過起吊繩。單幅矩形鋼管框之間采用高強鋼絞線進行連接，卡頭固定，保證兩幅的連接強度及旋轉空間。

（4）連接成整體的矩形鋼管框覆蓋在隧道洞口，采用鋼絲繩和螺紋鋼分別通過最上面一幅的兩個吊環固定在明挖段基坑的冠梁上，同時采用兩根鋼絲繩從上到下通過每幅矩形鋼管框的起吊吊環，鋼絲繩在最下面的矩形框鋼管上的吊環上伸出兩根鋼絲繩進行搭接，最終通過單根鋼絲繩與固定在明挖段基坑混凝土支撐上的絞車相連，通過起吊鋼絲繩的收起和放下實現整體鋼管框的卷起和展開，如圖3所示。

（5）在隧道進行爆破作業時，將鋼管框整體展開，覆蓋在隧道洞口，當爆破結束后進行出渣工作時，通過絞車將鋼管框卷起，并通過螺紋鋼吊桿將鋼管框最下部懸吊在基坑混凝土的支撐上，確保整體鋼管框的安全。

主要參考文獻

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