油氣田高瓦斯地鐵隧道光面爆破參數現場優化試驗

郭 建 祥， 胡 慧 慧

(1.成都軌道交通集團有限公司，四川 成都 610031；2.中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

油氣田高瓦斯地鐵隧道光面爆破參數現場優化試驗

郭 建 祥1， 胡 慧 慧2

(1.成都軌道交通集團有限公司，四川 成都 610031；2.中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

光面爆破技術在礦山法施工的隧道建設中起著舉足輕重的作用，是安全高效施工的重要技術手段。依托成都地鐵18號線龍泉山隧道工程項目，針對油氣田高瓦斯隧道施工的局限性，在分析隧道內施工區地質特點的基礎上，開展了瓦斯隧道光面爆破施工參數的現場優化試驗，通過多次調整鉆爆參數和工藝，提出了適用于瓦斯隧道光面爆破的鉆爆參數，優化了施工，指導了龍泉山隧道其他工區的光面爆破施工，可為其他瓦斯隧道爆破施工提供參考。

油氣田瓦斯；地鐵隧道；光面爆破；參數優化

1 概 述

光面爆破是為了控制周邊輪廓并能維持圍巖穩定的一種科學的施工技術，其實質是在隧道設計斷面的輪廓線上布置加密的周邊孔，減小藥包直徑，減少裝藥量，采用低密度和低爆速的炸藥，以控制炸藥爆炸的能量及其作用，降低爆炸沖擊波的峰值壓力，削弱其在巖石中引起的應力波強度，避免在炮孔周圍產生壓碎區，使爆破作用集中到需要爆落的一側巖體上，減弱對原巖體的破壞作用。

良好的光面爆破效果可以減小對圍巖的擾動范圍，可以有效地減少應力集中所引起的塌方現象，有利于圍巖穩定，控制超欠挖，可以確保工期、提高安全性等。

龍泉山隧道1號斜井工區在施工期間，針對瓦斯隧道施工的局限性，綜合研究了如何更好地使用光面爆破，經過現場多次參數優化試驗，總結出瓦斯隧道自有的爆破特征，合理優化了爆破設計，實現了安全、質量、進度等多目標施工控制的目的。

成都軌道交通18號線工程起于火車南站，沿天府大道向南以地下線方式敷設，經環球中心、世紀城、麓山至天府新區博覽城片區，之后沿三岔湖旅游快速路向東，經合江鎮后下穿龍泉山脈至天府國際機場。

龍泉山隧道位于成都軌道交通18號線天府新站～三岔湖站區間，主要為泥巖夾砂巖的高瓦斯隧道，巖石類別主要為IV類圍巖，采用雙洞分修方案(線間距為30 m)，礦山法施工，全長9.6 km，最大埋深為285 m。

龍泉山隧道主要不良地質條件為淺層天然氣，根據地勘資料推斷，天然氣溢出總量為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。

根據《鐵路瓦斯隧道技術規范》(TB10120-2002)規定，龍泉山隧道施工必須采用煤礦許用炸藥，采用電力起爆并使用煤礦許用電雷管。

龍泉山隧道共設2座斜井，均為主、副斜井。1#主井長400 m，副井長362 m；2#主井長297 m，副井長275 m，其中主井內凈空尺寸為5 m(寬)×6.8 m(高)，副井內凈空尺寸為5 m(寬)×6.8 m(高)。

2 施工前期采用普通爆破的情況

龍泉山1號斜井之主井自2016年8月10日正式開工后，前期主要采用機械分臺階法開挖。因圍巖較堅硬，機械開挖進尺緩慢，遂于9月20日開始進行分臺階爆破施工。

前期爆破試驗分別就鉆孔深度、循環進場、崩落孔、周邊光爆孔的鉆爆參數及起爆網路等進行了試驗與優化，但爆破效果仍有待加強。

普通爆破采用集中裝藥，對圍巖損傷較大，施工人員依據經驗進行鉆孔裝藥，每茬炮進尺為2.8～3 m，孔口欠挖，表現為拱頂及兩側拱肩欠挖，孔底超挖，平均超挖30 cm，導致處理超欠挖花費了大量時間，拉長了工序循環時間，且部分危石等不安全因素也亟需解決(圖1、2)。

圖1 前期爆破主井拱頂欠挖情況

圖2 前期爆破兩側拱肩部位欠挖情況

3 超欠挖產生的原因及影響分析

3.1 隧道鉆爆施工超欠挖產生的原因

隧道鉆爆施工中其鉆孔、裝藥量、裝藥結構和地質條件等均可能引起超欠挖問題。首先，周邊炮眼應布設在設計輪廓線上，但測量定位偏差直接影響超欠挖；由于受到開挖巖壁的阻礙，鑿巖機鉆眼時要向輪廓線外側偏出一個小角度，此為方向偏差；當鑿巖機開眼存在偏差時，將進一步增加孔位的附加偏差。鉆孔方向偏差是引起超挖的主要因素之一，并隨鉆孔深度增加而增大；其次，爆破藥量及裝藥結構的控制：周邊眼量過大，或者周邊眼炮孔間距與裝藥結構不合理，爆破時將產生圍巖大塊坍落，易引起超挖或欠挖。此外，圍巖節理發育、斷層、地下水發育等地質因素造成爆破達不到預期目的，或爆破后排除危石造成局部超挖。

3.2 鉆爆施工超欠挖產生的影響

隧道超欠挖直接影響到工程安全、經濟、進度、噴混凝土材料用量等方面，其中光爆效果的好壞主要體現在隧道結構可靠度和隧道經濟效益等方面。對于隧道結構可靠度，超欠挖易引起隧道局部應力集中，導致圍巖松動圈顯著增大，襯砌時因超挖大、回填不密實，致使結構受力處于不利狀態而造成質量隱患。從隧道光爆經濟效益方面分析，爆破造成的超挖增加了爆破費用及出渣量，出渣作業時間延長，超挖回填混凝土增加了額外的工程量；欠挖處理同樣增加施工成本，耽誤施工時間。

4 光面爆破試驗

隧道開挖爆破前，需根據開挖段圍巖的地質條件、開挖斷面、開挖方法、掘進循環進尺確定爆破設計參數。爆破設計參數的主要內容包括炮眼布置、數目、深度和角度、裝藥量和裝藥結構、起爆方法和爆破順序等。爆破人員應嚴格按照設計圖表及說明施工，并根據爆破效果及時修正有關參數，以達到理想的爆破效果。

按照爆破設計內容，遵守爆破作業規程，對爆破器材、鉆孔、裝藥、填塞、連線、爆破等每一道工序進行嚴格控制，瓦斯隧道爆破施工嚴格遵守“一炮三檢制”，最終實現安全爆破。

2016年12月19日，按照班組經驗進行爆破施工(圖3)，爆破實際進尺為2.8 m(Z1XJK0+155.7～152.9)，炮孔間距不合理，局部間距過大，左側起拱線位置爆破效果差，存在欠挖現象，周邊孔集中裝藥，對圍巖損傷較大。

20日，按照爆破專家指導，重新調整炮孔數量及孔位布置(圖4)，調整周邊孔及掏槽孔裝藥量，在原有掏槽孔基礎上增加了4對小掏槽孔，周邊孔采用安全導爆索起爆，串聯連線，相鄰周邊孔導爆索采用“T”型連接以保證周邊孔全部起爆；本次爆破實際進尺3.2 m(Z1XJK0+152.9～149.7)，但孔底超挖較大，左側光面效果較差，右側半孔可見，光面效果較好，局部周邊間距不均勻影響光面效果，分析其原因為掏槽孔孔底距偏大，影響掏槽效果。

21日，依據20日光爆效果，主要調整了掏槽孔孔底距(圖5)，本次爆破實際進尺3.4 m(Z1XJK0+149.7～146.3)，掌子面光面效果明顯，但局部仍然存在周邊孔間距不均勻問題；經過調整掏槽孔雷管段數，保證了光爆效果。后續光爆效果和光爆參數基本穩定，現場爆破工程師駐場，隨時依據爆破效果進行微調以保證光面爆破效果(圖6)，從而使得1號斜井較正常工期提前進入正洞。同時將所取得的經驗推廣至2號斜井工區、出口工區，確保了整個龍泉山隧道安全高效施工。

圖3 2016年6月19日光面爆破孔布置圖

圖4 2016年6月20日光面爆破孔布置圖

圖5 2016年6月21日光面爆破孔布置圖

5 結 語

(1)光面爆破的實質是：隧道掘進爆破后，在隧道周邊形成一個光滑平整的邊壁，使隧道斷面既符合設計輪廓要求，又使隧道圍巖不產生損傷。結合油氣田高瓦斯地鐵隧道具體的地質條件及施工要求進行光爆試驗，優化爆破參數，對瓦斯隧道安全高效施工發揮著極為重要的作用。

圖6 調整參數后的光爆效果

(2)通過油氣田高瓦斯地鐵隧道光面爆破參數優化，大大減少了隧道爆破施工時的超欠挖現象，加快了施工進度，保證了工程質量，降低了成本，并為其他瓦斯隧道工程施工的推廣應用提供了參考。

[1] GB6722-2014,爆破安全規程[S].

[2] 汪旭光,鄭炳旭,張正忠.爆破手冊[M].北京:冶金工業出版社,2010.

[3] 張繼春,工程控制爆破[M].成都:西南交通大學出版社,2001.

郭建祥(1969- )，男，重慶銅梁人，PPP管理中心室經理，高級工程師，從事軌道交通及地下工程建設技術與管理工作；

胡慧慧(1990- )，女，河南濮陽人，技術員，碩士，從事軌道交通建設技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

2017- 06- 10

TV554+.1;TU194;TU192

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1001- 2184(2017)04- 0098- 03