下穿輸油管線隧道爆破技術應用實踐

江曉松 鄧偉琳 劉斌

摘要： 針對下穿輸油管線隧道掘進爆破，為控制爆破振動，減弱振動對隧道上部輸油管線影響，同時保證破碎效果、保障施工進度，對振動進行實測并分析波形特征，提出了降振措施。新方案通過改變掏槽方式，采用分級掏槽的方法降低了爆破振動，對比新老方案爆破效果、監測波形表明：兩種方案下隧道成形與爆堆塊度相近；新方案相比原方案爆破振動峰值振速大幅降低，而主振頻率沒有太大差別。

Abstract： Targeting the heading blast of under-cross oil pipeline tunnels， to control the blasting vibration and to reduce the impacts from the vibration on the upper-tunnel oil pipelines while guarantee the breaking effect and the construction progress， the author measured the actual vibration and analyzed the waveform characters， on which the author proposed measures to reduce vibration. By changing the underholing method and adopting the method of graded underholing， the new program successfully reduced blasting vibration. Comparing the old program with the new， the blasting effects and monitored waveforms indicated that： the formation of tunnels and fragmentation of rock blasting under the two programs were close； the new program presented a peak blasting vibration velocity much lower than that of the original program， with no significant difference in driving frequency.

關鍵詞： 隧道；爆破振動；輸油管線；爆破技術

Key words： tunnel；blasting vibration；pipeline；blasting technology

中圖分類號：TE88 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）20-0171-02

1 概述

近年來我國交通建設事業迅速發展，城市公路隧道建設進入高潮期。在某些地區，某些隧道掘進施工前周圍地下就已存在一些建（構）筑物或其他管道、管線設施，施工時必須保證既有設施安全穩定、正常運行，又需要保障新建隧道的施工進度與施工效率。已有部分類似相關工程施工的工程經驗可供參考，劉生秀[1]以溫福鐵路客運專線大斷面硬巖隧道為背景總結了快速掘進爆破經驗，李旭東[2]針對下穿地面建筑物的淺埋隧道采用上下斷面臺階法，控制裝藥量與雷管起爆順序控制了爆破振動。

當前，硬巖隧道掘進廣泛使用工程爆破方式，爆破作用可有效破碎巖石，但破碎巖石同時產生的爆破振動等爆破危害效應不可完全避免[3]。隧道爆破掘進時既要保證被爆巖體有效破碎，又要避免對圍巖及周圍既有建筑、設施造成過大影響。

2 工程概況

某隧道設計斷面寬1370cm、高1187cm，其中某段位于中石化輸油管道正下方，隧道所處環境縱剖面圖如圖1所示。隧道附近屬構造侵蝕、溶蝕中低山地貌，地形起伏不大，地面高程海拔2000～2130m，相對高差約130m，植被較少，緩坡地段多被墾為耕地。隧區上覆第四系全新統沖洪積松軟土、粉質粘土，坡洪積粉質粘土，坡殘積粘土（膨脹土） ，下部基巖為二疊系玄武巖夾灰凝巖。隧道施工采用爆破方式掘進，輸油管線為附近最為需要保護的設施，其中爆破振動最主要控制目對象。

輸油管線一般由鋼結構管道組裝或焊接形成，結構整體具有一定的抗振性、抗彎性，爆破振動控制在合理范圍內，振動本身一般不會直接對管線造成影響，但巖體節理裂隙發育，層理、斷層等地質結構面存在時振動易導致結構面處巖體發生滑移、錯位，易給管線施加一定的土壓力，當土壓力特別是側向土壓力超出輸油管線承受能力時管線彎折、泄露。且爆區爆破是一個長期高頻行為，長期振動影響下巖體在結構面處的損傷逐漸累積[4]，特別是地勢陡峭的結構面處在長期振動下形成累計損傷易產生滑移，進而損傷、損毀輸油管線。為了保護輸油管道，爆破施工時需對爆破振動進行嚴格控制。

3 振動監測與分析

本隧道工程采用三臺階法施工，臺階開挖順序如圖2所示。爆破采用淺孔爆破技術，隧道輪廓線部位采用光面爆破技術。為提高隧道圍巖的安全穩定與質量要求，特別是將爆破振動對石油輸送管道的影響控制在安全允許范圍內，在石油管線處對原方案下施工的爆破振動進行了現場監測。監測表明：上臺階爆破時爆破振速峰值較大，且峰值振速出現在振動開始時刻，上臺階爆破振動監測波形圖如圖3所示，可知爆破前期時刻峰值振速大是最先起爆的掏槽孔爆破造成。

根據《爆破安全規程》[5]推薦，質點振動速度可按照薩道夫斯基公式計算：

式中V為被保護物處的質點振動速度，cm/s；K，α為與地形、地質等條件有關的系數和衰減指數；Q為一次起爆最大藥量，kg；R是爆破地點距離石油天然氣管道線路的最近距離，m。分析可知當R一定時，對爆破振速峰值影響較大的是地形地質影響系數K、α和單響藥量Q，控制峰值振速應著重從這兩方面入手。

4 爆破方案

4.1 原上臺階爆破方案

原方案掏槽孔采用采用垂直V字型掏槽。孔口間距120cm，上下間距40cm，孔底一般超深15cm，孔底距不能小于15cm，共計三排掏槽孔。輔助孔間距為80cm，排距59cm，周邊孔頂孔41cm，底孔76cm。炮孔布置及起爆順序如圖4所示。

4.2 上臺階爆破試驗方案

根據原方案爆破振動監測波形，前期較高振速波段為掏槽孔掏槽爆破所致。原方案同段起爆的掏槽孔數量多、藥量大，不存在側向臨空面，巖石夾制作用強，爆破環境差，巖石難以破碎，能量以振動形式向周圍傳遞、散失比例高。

參考類似工程經驗[6]試驗采用分級復式掏槽方式，即最先起爆中心兩個掏槽孔，降低起始段單響藥量，且為后續掏槽孔提供了臨空面，減少了夾制作用。具體施工中，掏槽孔的首段采用正向裝藥起爆，其他炮孔采用反向裝藥起爆，填塞長度30cm左右，V形復式掏槽。根據相關研究爆后巖體明顯移動的時間在48～96ms之間，因此為保證前期掏槽為后期掏槽孔提供理想的臨空面，兩級掏槽孔爆破間隔時間在100ms以上為宜，試驗中一級掏槽和二級掏槽之間使用MS5（延期時間110ms）段雷管連接。

5 結論

①掏槽孔引起的振動最大，主要因為夾制作用最大、爆破環境差，采用較小藥量分級掏槽可提前爆出臨空面，為后續掏槽孔爆破創造爆破條件，降低振動、提高效果。

②隧道掘進爆破施工，對附近設施應采取保護方式，本文所述方法是改善爆破環境，薩道夫斯基公式中α（衰減系數）值保持不變情況下降低K值，減弱振動，減少對保護物的破壞，α值對照地質情況取值為1.5，經過優化相比原方案K值從200降低到了125，有效降低了爆破振動。

參考文獻：

[1]劉生秀.大斷面硬巖隧道快速掘進施工經驗總結[J].鐵道工程學報，2007，12.

[2]李旭東，白海峰，周志順.地面建筑物控制爆破的淺埋隧道暗挖法研究[J].鐵道工程學報，2011，1.

[3]梁向前，謝明麗，馮啟，等.地下管線的爆破振動安全實驗與監測[J].工程爆破，2009，15（4）.

[4]中國生，敖麗萍，付玉華.循環爆破開挖下隧道圍巖振動效應與損傷演化的模型實驗[J].爆炸與沖擊，2016，36（6）.

[5]國家安全生產監督管理總局. GB 6722-2014爆破安全規程[S]. 北京：中國標準出版社，2014：96-97.

[6]楊年華，張志毅.隧道爆破振動控制技術研究[J].鐵道工程學報，2010，1.