大斷面瓦斯隧道鉆爆開挖施工技術

楊 凱

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002)

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大斷面瓦斯隧道鉆爆開挖施工技術

楊 凱

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002)

針對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、安全驗算及施工工藝等方面，提出了合理的爆破方案及參數，確保了瓦斯隧道鉆爆開挖工程的質量及安全，達到了良好的爆破施工效果。

大斷面，瓦斯隧道，爆破參數，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，沒有較好的通風條件，長時間就會大量積聚這些氣體，一旦遇到明火或靜電就會迅速燃燒而產生大量氣體，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備進行防治，爆破火焰必須在爆破設計、施工及管理方面加以研究后，采取相應的防治措施，提前消除潛在不安全因素，才能保證施工質量及安全。

1 工程概況

四川成都經濟區環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，設計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，斷面之大為國內罕見。隧道位于四川盆地西部仁壽縣境內的龍泉山南段，為淺～中切構造剝蝕低山地貌，巖體主要為Ⅳ級，Ⅴ級粉質泥、砂巖，巖體破碎、裂隙較發育，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，巖性以泥巖為主夾砂巖，但隧道穿越龍泉山箱型大背斜(儲存條件)，兩側有區域性斷裂發育(運移—通道條件)，是油氣聚集的有利地段。在隧道進口外農民鉆水井發現有氣體逸出，在初勘時有氣體逸出，可點燃，火苗高出孔口約20 cm～30 cm，持續約5 min后自熄；詳勘時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育段聚集。開挖時瓦斯可能會從圍巖裂隙發育較好地段逸出，施工風險較大。

3 爆破參數及施工工藝

瓦斯隧道鉆爆開挖施工中堅持：“短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤通風”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及開挖施工工藝。

3.1 爆破參數選擇

炮眼鉆孔采用YT28型氣腿式鑿巖機，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。孔距一般為0.6 m～1.0 m，取0.8 m。根據地質情況及可能逸出的瓦斯情況，裝藥不耦合系數宜為1.0～2.0；周邊眼間距一般為炮眼直徑的8倍～15倍，Ⅳ級圍巖整體穩定取50 cm；最小抵抗線一般不小于光面炮眼間距，取60 cm。

3.2 爆破設計

1)掏槽孔裝藥量。

Q=γ·L·R。

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

經計算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 起爆網路

采用塑料導爆管非電復式微差起爆網路，每個炮孔內均裝雙發非電毫秒雷管。炮孔裝藥堵塞完畢后，在孔外用雙發非電雷管將各炮孔導爆管連接起來，組成孔外復式起爆網路，最后將主線導爆管綁雙發電雷管后，用爆破導線引至起爆點，使用起爆器引爆。

3.4 炮眼及起爆網路布置

根據不同圍巖采用不同的炮眼布置，本文針對Ⅳ級圍巖兩臺階爆破設計說明。

Ⅳ級圍巖爆破炮眼及起爆網路布置圖見圖2。

上臺階總用量:

Q=16.2×2+39+30.8×2=133 kg。

下臺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。

下臺階總藥量:

Q=50 kg。

Ⅳ級圍巖雙臺階單循環總裝藥量:

Q總=133+50=183 kg。

4 爆破安全驗算

4.1 爆破飛石的安全距離

巖石爆破時可能產生的最遠飛石距離由瑞典德湯尼克公式求之：

R=K×D。

式中：R——爆破時可能產生的最遠飛石距離，m；K——安全系數，取K=1.57；D——炮孔直徑，取D=40。

對于隧道，將以上數字代入公式為：

R=1.57×40=62.8 m。

4.2 爆破沖擊波安全距離

根據GB 6722—2003爆破安全規程的規定，對人員、建(構)筑物沖擊波超壓限值為：

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

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

K——對于爆破作業人員取K=25。

代入計算得：R=142 m，起爆作業時，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嚴格執行一炮三檢制度及炮后通風制度，同時加強瓦斯監測，提高爆破作業要求，控制開挖作業順序，加強洞內通風，確保施工安全。

5.1 爆破設計

采用光面爆破及微震控制爆破技術，控制每次裝藥量，減小每榀進尺，加強炮后通風。

5.2 標定孔位鉆孔及驗收

鉆孔前通過測量定出孔位，并用紅油漆標注在施工區域內，誤差不超過5 cm。鉆孔時炮孔間距、長度、角度等要符合設計要求。炮孔成型后用高壓風槍將孔內巖屑吹干凈，并慢慢將鉆機提出。封堵炮孔前清理炮孔口，用編織袋等封堵并做好標記，以便于在裝藥前再次驗孔。

5.3 裝藥及堵塞

裝藥前驗孔，檢查炮眼數量等。裝藥時前節炸藥裝到位后才能開始裝下一節，嚴禁前節炸藥未到位時連續裝下一節炸藥。裝藥分組分片進行，防止雷管段別混亂影響爆破效果。

裝藥檢查質量合格后，進行炮孔堵塞。堵塞材料為炮泥或鉆孔巖粉，嚴禁使用碎石塊或易燃易爆材料堵塞。堵塞長度要符合設計要求，并保證堵塞質量。

5.4 起爆網路的聯接

簇聯時要防止出現導爆管漏綁現象，連接后需經爆破技術人員檢查。簇聯時原則上每簇不大于20根導爆管，每根統一綁兩發非電雷管，雷管聚能穴必須與傳爆方向相反，雷管設在導爆管中間，四周用絕緣膠帶纏緊。

網路聯接按照規定的接法進行，施工時保護好線路，線頭搭接正確。操作過程中特別要防止損傷導爆管造成斷爆。

5.5 爆破后通風及檢查

爆破后，檢查人員必須在隧道通風30 min且有毒氣體含量低于規程規定值后進入爆破地點，檢查有無危石和盲炮等現象，發現問題應及時處理。

6 結語

在隧道鉆爆開挖施工中瓦斯并未達到燃爆濃度，且未發生較大安全事故。但施工中仍按設計爆破施工方案及參數施工，結合工程所處環境及現場實際情況所提出的“短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤通風”的瓦斯隧道施工原則，針對大斷面瓦斯隧道設計的爆破參數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，對初期支護影響震動低，滿足工程質量及安全要求。

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[2] 劉軍權.大斷面瓦斯隧道爆破掘進施工技術[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(應用技術版)，2008(12):168-171.

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

[5] 趙 偉.發耳高瓦斯隧道開挖爆破技術[J].隧道建設，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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