天然氣管道附近土石方爆破施工技術研究

汪強

（重慶市爆破工程建設有限責任公司，重慶 400020）

1 工程概況[1]

化工新材料二區(qū)平場及附屬工程位于重慶長壽經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)胡家坪區(qū)域晏家棉紡廠旁，北西側鄰319國道及渝宜高速和一天然氣管道，南側鄰污水處理廠，東側緊鄰跳蹬河，東南側緊鄰長江，整個場地地形坡角6°～25°。總面積約1.6km2，平場總挖方量1055.89萬m3，填方量1088.48萬m3，被爆巖石的硬度為軟巖Ⅳ級，泥巖、砂巖組成比為8.0∶2.0，總建設工期為360日歷天。開挖邊線距已建的天然氣管道最近距離約70m。

圖1 爆破區(qū)域平面圖

該燃氣管道是川氣東送管道的一條支線——川維支線，全長152km，管徑559mm，設計壓力8MPa，爆破區(qū)域燃氣管道走向為西南-東北走向，最大和最小埋深分別為1.7m和1.3m，壁厚8.8mm，管道材質為X65。平整場地范圍涉及管道長度爆破區(qū)域長度約1.26km，如圖1。途經(jīng)重慶市梁平縣、墊江縣、長壽區(qū)，于2009年4月投產運行，擔負著給重慶市地區(qū)供氣的重任，目前給重慶市的供氣量已達到400萬m3/天，管道正處于高壓運行狀態(tài)。燃氣管理方根據(jù)《石油天然氣管道保護條例》規(guī)定，在管道中心線兩側50m至500m范圍內進行爆破，應當事先征得管道企業(yè)同意，要求爆破單位在采取安全保護措施后，在土石方作業(yè)前爆破方案須經(jīng)專家評審通過后再實施爆破作業(yè)，在爆破過程中派專人負責天然氣管道的安全工作，并嚴格按照方案實施。為有效保護天然氣管道的安全，防止因石方施工爆破開挖使管道受損，爆破作業(yè)時采用控制爆破施工，需嚴格控制爆破飛石及爆破振動。

2 石方爆破施工

2.1 總體方案

根據(jù)工程施工現(xiàn)場情況，石方開挖施工總體采用控制爆破，朝向為朝場內，采取松動爆破后自上而下、階梯式分層開挖施工方案。在距離管道200m范圍內爆破施工主要采用石方淺孔控制爆破。按照爆破安全規(guī)程規(guī)定及專家論證會的要求，燃氣管線范圍爆破最大振動速度控制在1.5cm/s，確保地震波不會影響管道安全。

為進一步降低爆破地震效應，改變地震波頻率結構，分散能量，在爆破面與燃氣管道間距100m范圍內設置減震溝。具體設置方法在開挖邊線3m處設置一寬度為2m、深度為比管道深1.2m的減震溝，長度比爆破作業(yè)面兩邊各多8m。

2.2 爆破參數(shù)設計[2]

2.2.1 最大允許單響藥量設計

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定計算所允許的爆破安全振動速度Q=R3/(K/V)3/a。選取依據(jù)見表1、表2。

式中：Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；R為爆破振動安全允許距離，m；K，a為與爆源至保護物間地質、地形有關系數(shù)和衰減指數(shù)，該工程K=350，a=1.8；V為保護對象所在質點振動安全允許速度，該工程安全允許速度V≤1.5cm/s，此值根據(jù)2015年12月8日天然氣管道專項防護方案專家評審意見確定。

表1 爆破振動安全允許標準

表2 爆區(qū)不同巖性的K、a值

說明：根據(jù)管道單位提供的信息，該段天然氣管道沒有管道附屬設施，只有管道，所以只考慮管道的振速。由于相關單位對燃氣管道安全保護震速沒有明確規(guī)定，該工程取值參考同類工程爆破對燃氣管道的影響作用試驗及實際施工，一般取值為不大于2 cm/s。

根據(jù)控爆巖地質條件，最小安全距離為70m，理論最大允許單響藥包量為38.7kg。

2.2.2 最大允許單響藥量計算

根據(jù)控爆巖地質條件，計算出理論最大允許單響藥包如表3。

表3 理論最大允許單響藥量

在實際施工過程中，針對不同的爆破施工區(qū)域及安全距離，對單段實際最大藥量進行控制，如表4。

表4 實際的最大單響藥量

選取原則：盡量選取較小數(shù)值（即較大實際距離范圍的齊發(fā)爆破總藥量按較小實際距離范圍校核出來的齊發(fā)爆破總藥量來取值），結合不同巖質的單孔裝藥量，應嚴格控制齊發(fā)爆破總藥量或最大一段藥量。該工程齊發(fā)爆破總藥量或最大一段藥量確定為：

（1）當爆破區(qū)域距離管道70～80m時，齊發(fā)爆破總藥量取不超過38.0kg，即齊發(fā)爆破起爆個數(shù)確定為：淺孔48個；

（2）當爆破區(qū)域距離管道80m或80m以上時，齊發(fā)爆破總藥量取不超過47.0kg，即齊發(fā)爆破起爆個數(shù)確定為：淺孔59個。

A、選取建筑物安全允許振速時，應綜合考慮建筑物的重要性、建筑質量、新舊程度、自振頻率、地基條件等因素；

B、省級以上（含省級）重點保護古建筑與古跡的安全允許振速，應經(jīng)專家論證選取，并報相應文物管理部門批準；

C、選取隧道、巷道安全允許振速時，應綜合考慮建筑物的重要性、圍巖狀況、斷面大小、深埋大小、爆源方向，周邊環(huán)境等；

D、永久性巖石高邊坡，應綜合考慮邊坡的重要性，邊坡的初始穩(wěn)定性、支護狀況、開挖高度等。

2.2.3 爆破設計[3]

本次爆破采用露天淺孔臺階松動爆破，遵循“淺眼、密孔、少藥、分段延期控制爆破”的原則，依據(jù)《化工新材料二區(qū)平場及附屬工程施工圖》《中華人民共和國爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014）、《爆破手冊》和《石油天然氣保護法》，我司根據(jù)以往施工類似該工程的成功經(jīng)驗、資料及施工現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)實際情況，采用連續(xù)裝藥，其爆破參數(shù)選擇如下：

鉆孔直徑D=38mm 鉆孔排距b=0.866a=（0.7～1.2）m，鉆孔間距a=（0.9～1.3）m，鉆孔超深h=0.1L，鉆孔長度L=1.5～2.1m，堵塞長度L2，L2≥W，臺階高度H=L-h=（1.35～1.90）m，最小抵抗線W=b=（0.7～1.2）m，單孔裝藥量Q=qabH。

q：單位耗藥量，松動爆破q=0.2～0.4kg/m3，根據(jù)爆破施工區(qū)域不同的巖體，q值取值為泥巖：q=0.25 kg/m3，砂巖：q=0.35 kg/m3。爆破參數(shù)選擇列表計算見表5、表6所示。

表5 爆體為泥巖的淺孔爆破參數(shù)

表6 爆體為砂巖的淺孔爆破參數(shù)

為了保證爆破施工安全，以上炸藥單耗取值，通過試爆驗證，按照實際施工效果來調整炸藥單耗和單孔裝藥量。

2.2.4 爆破網(wǎng)路設計[4]

該工程引爆炸藥方法為電力起爆法，電爆網(wǎng)路的連接方式為串聯(lián)方式。

最大單響藥量47.0kg，按砂巖較均衡單孔藥量0.8kg計算，其串聯(lián)炮孔最高個數(shù)為47.0kg÷0.8kg/孔=58.75≈59孔。

1）串聯(lián)網(wǎng)路電阻情況

串聯(lián)回線的最大總電阻為：R=R1+nR2+nr。

式中：R1為主線電阻約為10Ω；R2為藥包之間的連接電阻約為3Ω；R為電雷管電阻約為6Ω；n為串聯(lián)回路中最大電雷管數(shù)目，該工程60個。得：R=10+59×3+59×6=541（Ω）

2）電力起爆網(wǎng)路的準爆驗算

采用MFd-200型發(fā)爆器，其脈沖電壓峰值：1900伏。總電壓：V=I·R總電流：I=V/R=1900÷550=3.51A單個雷管電流i=I=3.51A

超過流經(jīng)每個電雷管電流不小于2.5A的標準。電爆網(wǎng)絡完全準爆。該工程起爆網(wǎng)路敷設如圖2。

圖2 起爆網(wǎng)路敷設

2.2.5 施工工藝

1）爆破施工工藝流程：布孔→鉆孔→炮孔檢查裝藥→填塞→聯(lián)網(wǎng)→警戒→起爆→爆后檢查→解除警戒。

2）裝藥按市公安局及專家評審批準后的爆破方案進行炮孔裝藥。各石質連續(xù)裝藥結構如圖3。

圖3 各石質連續(xù)裝藥結構

2.3 爆破施工組織

2.3.1 爆破施工作業(yè)區(qū)及項目組織

1）爆破作業(yè)區(qū)：根據(jù)施工現(xiàn)場爆區(qū)實際情況和施工作業(yè)的需要，分為2個作業(yè)區(qū)塊同時進行鉆爆和運輸作業(yè)。

2）爆破項目組織機構：整個項目設立1個爆破作業(yè)項目部，分成多個作業(yè)面進行鉆、爆、裝運流水線作業(yè)方法，并成立施工現(xiàn)場爆破指揮部，由爆破負責人負責現(xiàn)場內外協(xié)調、組織施工、指揮爆破。

爆破工程指揮部下設爆破技術組、鉆孔施工組、測量驗孔組、裝藥堵塞組、聯(lián)網(wǎng)起爆組、安全警戒組、后勤保障組7個專業(yè)組，分別對爆破實施過程的管理、指揮等各工作進行協(xié)調組織，分工明確，責任到人。

2.3.2 爆炸物品管理

1）根據(jù)現(xiàn)場實際炸藥量不大情況，故現(xiàn)場不設存放倉庫。直接從長壽民爆公司倉庫領取爆破器材。

2）爆破器材存放地距離天然氣管道200m以上，炸藥和雷管須分開存放并警戒。

3）持證上崗，對爆破器材到達施工現(xiàn)場進行入庫、登記檢查，并派專人負責。

2.3.3 天然氣管道保護措施

1）為了確保管道的安全，我們對于管道附近的土石方采用淺孔臺階松動爆破，嚴格控制最大單響藥量，并對不同巖石介質的位置事先做小藥量的試爆；

2）采用規(guī)格為2000x1500x10mm膠皮“炮被”對孔口覆蓋防護，覆蓋范圍大于炮孔的分布范圍；

3）采用挖減震溝主動防護方案，以減少向外輻射的能量，確保爆破不對天然氣管道造成危害。減震溝具體設置為在開挖邊線3m處設置一寬度為2m、深度為比管道深1.2m，長度比爆破作業(yè)面兩邊各多8m。

4）在天然氣管道上設置監(jiān)測點，對振動波速和位移量監(jiān)測，如果監(jiān)測結果超過報警值，應立即暫停施工，調整爆破參數(shù)后再進行爆破作業(yè)。

3 事故預防和處理措施[4]

3.1 盲炮事故的預防措施

（1）炸藥、雷管和其他爆破器材質量合格；

（2）裝藥前清理炮孔積水；

（3）裝藥和堵塞時，必須確保其質量，以防起爆藥包損壞；

（4）正確對孔內、外段位雷管的聯(lián)結，以防雷管接錯而引起串段現(xiàn)象。

3.2 盲炮事故的處理措施

（1）在起爆網(wǎng)路檢查確認無誤后再重新起爆；

（2）在距拒爆炮眼0.3m處打平行孔裝藥再進行起爆；

（3）在當班出現(xiàn)的盲炮當班處理，如不能處理或未處理完畢時，應與下一班將盲炮情況交接清楚后及時處理。

4 應急救援預案

為了確保工程爆破工作的順利進行，項目部切實加強對重特大天然氣安全事故處置工作的領導，保證天然氣管道的安全，項目經(jīng)理部成立天然氣安全生產事故應急救援工作領導小組，規(guī)定其小組相關職責，配備相應的應急設施救護器材和設備，并按照應急預案響應程序進行及時處置和救助。

5 結語

通過試爆和整個天然氣管道沿線范圍的爆破施工，并對其進行全過程的監(jiān)測，其振動安全允許速度小于1.5cm/s，燃氣管道沒有受損，確保了管道的穩(wěn)定和安全運行，使工程得以安全實施完成。在實際爆破施工中加以控制，為以后重要管道附近實施爆破作業(yè)提供了很好的依據(jù)和參考。