山嶺長大高瓦斯地鐵隧道光面爆破技術的研究與應用

劉 海 濤，羅 世 剛

(成都軌道交通集團有限公司，四川 成都 610031)

1 概 述

光面爆破技術是提高工程施工質量，減小施工成本投入的一種手段。在常規隧道中，光面爆破技術相對成熟。但在油氣田高瓦斯隧道中，由于受瓦斯環境的影響，常規光面爆破技術已不適用，不但制約瓦斯隧道的開挖質量，而且增加了施工成本的投入。因此，研究光面爆破技術在油氣田高瓦斯隧道中的應用很有必要，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，中薄層產狀，緩傾巖層，傾角在10°左右。

不良地質情況：龍泉山隧道主要穿越龍泉驛背斜構造，受三大灣氣田影響最大。根據地勘資料推斷：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。

2 爆破設計

龍泉山隧道IV級圍巖占60%，IV級圍巖施工進度控制著整個工程施工進度。為提高工效，對瓦斯隧道光面爆破技術進行研究很有必要。根據信息化施工原則，在IV級圍巖條件下，采用全斷面爆破開挖方式，計劃每次爆破進尺長度為2.4 m。

開挖爆破時，預留仰拱保護層，待仰拱混凝土施工前進行二次爆破開挖。

2.1 鉆 孔

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。

2.2 裝 藥

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耦合裝藥，每孔裝5節、直徑32 mm藥卷，單孔藥量為1 kg；二級掏槽孔采用孔底連續耦合裝藥，每孔裝6節、直徑32 mm藥卷，單孔藥量為1.2kg；采用孔內延期礦用電雷管起爆。

主爆孔：主爆孔采用連續耦合裝藥，每孔連續裝6節、直徑32 mm藥卷，單孔藥量1.2 kg，采用孔內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、礦用導爆管引爆。孔底連續裝藥2節，以后每間隔20 cm間隔裝藥，共裝藥5節、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。

根據爆破設計，爆破開挖每循環進尺長度為2.4 m，每循環藥量為169.6 kg，每循環爆破方量為157.56 m3，爆破單耗為1.08 kg/m3。

3 爆破安全保證措施

鑒于龍泉山隧道為高瓦斯隧道，爆破開挖需嚴格按照高瓦斯隧道爆破施工安全規范進行施工。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行洞內瓦斯濃度的檢測，若瓦斯濃度超過0.5%不能進行爆破作業；炮眼需采用泥封堵，未封堵或封堵不嚴不能進行起爆；嚴禁反向裝藥，采用正向連續裝藥結構，雷管以外不能裝藥卷。

4 爆破效果的檢查

(1)進尺深度。

按照爆破設計，其進尺長度為2.4 m，實際進尺長度為2.27 m，進尺長度小于爆破設計值2.4 m預期。根據分析，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，需要調整鉆設角度。

(2)爆破震動監測。

爆破時，在距起爆點94.72 m處進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。

5 爆破設計優化

(1)周邊孔間距的調整。

由于圍巖巖層為中薄層、緩傾角構造，周邊孔間距從原來的50 cm調整為45 cm，并在拱肩局部范圍加打輔助導向孔，同時減小拱肩范圍的裝藥量，將拱肩裝藥量調整為原來的80%。

(2)掏槽孔的調整。

將二級掏槽孔鉆孔角度調整為60°，水平間距調整為4 m，以提高掏槽效果。

(3)主爆孔的調整。

第一層主爆孔孔底抵抗線較大，導致第二層主爆孔爆破效果不好，在進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。

經爆破設計優化，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。

6 經濟效益分析

通過在瓦斯隧道內實施光面爆破技術，取得了良好的效果：節約了炸藥用量；減小了噴護量；保證了施工安全；縮短了單循環作業時間。

7 結 語

高瓦斯隧道光面爆破施工技術在實際實施過程中應根據地質及圍巖情況進行動態調整，以保證獲得最佳的爆破效果。