靜態(tài)爆破技術(shù)在并行管道施工中的應(yīng)用

馬學(xué)海，許研新

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊065000）

靜態(tài)爆破技術(shù)在并行管道施工中的應(yīng)用

馬學(xué)海，許研新

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊065000）

新建管道與在役管道近距離并行敷設(shè)時(shí)，管溝開挖往往采用機(jī)械或人工方式，效率低、費(fèi)用高，且容易擾動(dòng)在役管道。文章結(jié)合靜態(tài)爆破的特點(diǎn)，深入討論了采用靜態(tài)爆破方式開挖管溝的方法及技術(shù)要求，并以蘭成原油管道與蘭成渝成品油管道并行段為例，介紹了靜態(tài)爆破的施工方式及相關(guān)參數(shù)。

靜態(tài)爆破；并行管道；方案設(shè)計(jì)

0 引言

根據(jù)《石油天然氣管道保護(hù)條例》，管道中線兩側(cè)各50 m內(nèi)禁止爆破。但隨著管道建設(shè)的發(fā)展，我國(guó)正逐步形成全國(guó)性的天然氣管道、成品油管道網(wǎng)絡(luò)，在很多地區(qū)出現(xiàn)了多條管道并行敷設(shè)的情況。由于地形原因或受城鎮(zhèn)規(guī)劃限制，很多山區(qū)石方段并行間距都難以滿足50 m要求，例如西氣東輸二線有2 500 km與已建管道并行敷設(shè)，其中間距小于50 m的石方段長(zhǎng)達(dá)192 km。為了解決管溝開挖問題，制訂了間距大于20 m時(shí)的爆破工藝規(guī)程，但對(duì)于間距小于20 m的地段要求采用人工開挖或機(jī)械開挖，當(dāng)間距小于5 m時(shí)必須采用人工開挖。

人工開挖的效率很低，對(duì)于中等堅(jiān)硬的巖石，一個(gè)工人一天只能開挖1m3左右，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)用高。如果兩條管道大段近距離并行，人工開挖既不安全也不經(jīng)濟(jì)，靜態(tài)爆破是一個(gè)很好的選擇。

1 靜態(tài)爆破工作原理

靜態(tài)爆破是一種不用炸藥就能使巖石、混凝土破裂的施工方式。與普通爆破技術(shù)相比，靜態(tài)爆破技術(shù)具有安全、無(wú)噪音、無(wú)震動(dòng)、無(wú)飛石、無(wú)硝煙、無(wú)污染、不影響周圍環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)產(chǎn)靜態(tài)破碎劑最大膨脹力可達(dá)到122 MPa，反應(yīng)時(shí)間可在10 min以內(nèi)。

采用靜態(tài)爆破時(shí)，需有臨空面，臨空面越多、單位破石量越大、效率越高。施工時(shí)首先在臨空面后側(cè)鉆膨脹孔，鉆孔方向應(yīng)盡量與臨空面平行，孔距和排距與巖石硬度有關(guān)，硬度越大，孔距與排距越小。鉆孔直徑直接影響破碎效果，鉆孔過(guò)小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔，推薦孔徑為38～42 mm。鉆孔完成后，即向孔內(nèi)注入破碎劑。將藥劑與水?dāng)嚢璩闪髻|(zhì)狀態(tài)后，迅速倒入孔內(nèi)并確保藥劑在孔內(nèi)處于密實(shí)狀態(tài)。也可采用藥卷裝填鉆孔?？卓诹? cm用黃泥封堵保證水分藥劑不流出。巖石剛開裂后，可向裂縫中加水，支持藥劑持續(xù)反應(yīng)，可獲得更好效果。

靜態(tài)爆破的工作原理是利用靜態(tài)破碎劑水化膨脹后對(duì)孔壁產(chǎn)生的徑向壓力，當(dāng)徑向壓力在孔壁切向上引起的拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石就被破碎，因此可以在無(wú)震動(dòng)、無(wú)沖擊條件下破碎巖石，具有較高的安全性[1]。

靜態(tài)爆破技術(shù)在管道施工中已有過(guò)成功應(yīng)用。如蘭成渝管道滑坡治理時(shí)，需在距管道邊坡下方6 m左右打一排抗滑樁，樁徑為1.8 m×1.8 m，樁基嵌入基巖5 m，該處為砂巖。為了確保蘭成渝管道安全，樁基開挖時(shí)采用了靜態(tài)爆破技術(shù)，形成的基坑完全滿足設(shè)計(jì)要求。忠武線在山區(qū)段穿越一條大口徑輸氣管道時(shí)，也采用了靜態(tài)爆破技術(shù)，該處為微風(fēng)化砂巖，采用常規(guī)方式很難施工，通過(guò)靜態(tài)爆破方式，順利地開挖了管溝。

2 靜態(tài)爆破方案及參數(shù)設(shè)計(jì)

在山區(qū)石方段，當(dāng)新建管道與在役管道并行敷設(shè)時(shí)，若并行間距小于20 m，一般不允許采用常規(guī)爆破方式，此時(shí)可以考慮靜態(tài)爆破。下面以蘭成原油管道與蘭成渝成品油管道并行段為例，討論其靜態(tài)爆破方案及參數(shù)設(shè)計(jì)。

蘭成渝成品油管道于2002年建成投產(chǎn)，全長(zhǎng)1 247 km，設(shè)計(jì)最高壓力14.6 MPa，全線包括D 508、D 457、D 323.9 mm三種管徑，沿線經(jīng)過(guò)黃土高原、秦巴山區(qū)和四川盆地。擬建的蘭成原油管道大致與蘭成渝管道并行，起點(diǎn)為西部原油管道蘭州末站，終點(diǎn)為四川彭州煉廠，線路全長(zhǎng)878 km，管徑610 mm，設(shè)計(jì)壓力8～13.4 MPa。

原油管道選線時(shí)，對(duì)于開闊的河谷地，盡量并行敷設(shè)，間距一般不小于10 m；對(duì)于山區(qū)石方段盡量分離敷設(shè)，從而避免管道施工對(duì)在役管道的影響。但由于地形限制，個(gè)別地段是無(wú)法避繞的，如廣元市劍閣縣境內(nèi)的姚家壩—三叉河段，該段為一谷地，谷地內(nèi)分布有綿廣高速公路、蘭成渝管道、青廣天然氣管道、軍用光纜等，原油管道只能沿蘭成渝管道敷設(shè)，并行段長(zhǎng)度2.5 km，間距8 m左右。該段為砂巖，中風(fēng)化～微風(fēng)化，普氏系數(shù)F為6～8。

2.1 管溝參數(shù)

由于地形限制，管道需采用溝下焊接方式。根據(jù)GB 50253-2003《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，溝底寬1.5 m，溝深1.8 m，坡比考慮為0。為了提高施工效率，統(tǒng)一藥效，管溝應(yīng)采用分段開挖的方式，每段長(zhǎng)度以2～5 m為宜。

2.2 鉆孔布置方案

對(duì)于靜態(tài)爆破，臨空面越多，施工效率越高。因此在初始破碎時(shí)，主要是創(chuàng)造臨空面。管溝開挖前只有一個(gè)臨空面，為了順利成型且向上出渣，先在管溝中心鉆兩排斜孔，相交成V型，交角30°，裝藥破碎后，將碎石掏出，形成一V型溝槽。為了達(dá)到管溝規(guī)定深度，需將V型槽放大，在現(xiàn)有溝槽外側(cè)再鉆兩排斜孔，孔深超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高5 cm，交角30°，破碎后形成一大的V型溝。然后在V型溝外緣各鉆一排垂直孔，將管溝切割成矩形。最后按照規(guī)定的管溝寬度來(lái)鉆邊孔，孔深超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高5 cm。鉆孔布置方案見圖1。

2.3 鉆孔參數(shù)

圖1 管溝靜態(tài)爆破鉆孔布置/cm

（1） 孔距與排距?？拙嗯c排距的大小與巖石硬度有直接關(guān)系，硬度越大，孔距與排距越小，反之則越大。對(duì)于一般巖石，破碎深度在2 m以內(nèi)時(shí)，孔距與排距的經(jīng)驗(yàn)值見表1[2]?？梢酝ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整鉆孔參數(shù)，以達(dá)到最佳破碎效果。本工程巖石普氏系數(shù)F為6～8，破碎初始只有一個(gè)臨空面，因此孔距選30 cm，第一個(gè)V型槽排距為50 cm，其余鉆孔排距均為25 cm。

表1 孔距與排距經(jīng)驗(yàn)值

（2） 孔徑。鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，孔徑過(guò)小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；孔徑太大，易沖孔。根據(jù)蘭成渝管道施工經(jīng)驗(yàn)，鉆孔孔徑選為42 mm。

（3） 鉆孔深度與裝藥深度。由于鉆孔破碎后，底部有少量的基巖殘留，為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求的管溝深度，所有垂直鉆孔應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高加深5 cm。全孔長(zhǎng)裝藥。

2.4 裝藥、破碎

首先將鉆孔內(nèi)粉塵和余水吹掃干凈，將藥劑加30%左右的水（重量比）攪拌成流質(zhì)狀，迅速倒入孔內(nèi)并用略小于孔徑的木棒搗實(shí)捅緊。裝藥完畢后，用濕麻袋蓋住鉆孔，以防發(fā)生沖孔傷害施工人員。巖石開裂后，立即向裂縫中加水，以支持藥劑持續(xù)反應(yīng)。

2.5 施工注意事項(xiàng)

（1） 施工單位應(yīng)提前向在役管道運(yùn)營(yíng)單位提出施工申請(qǐng)，并簽署安全生產(chǎn)管理協(xié)議后方可施工，運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)派人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督。

（2） 作業(yè)帶掃線前，應(yīng)探明在役管道準(zhǔn)確位置，作出明顯標(biāo)識(shí)，并設(shè)置隔離帶。

（3） 施工作業(yè)帶應(yīng)在隔離帶以外，靠近在役管道一側(cè)作為堆土場(chǎng)地，另一側(cè)用于施工機(jī)具通行。

（4） 當(dāng)兩管道并行間距較小時(shí)，應(yīng)采用小排距、多層次破碎，以免一次進(jìn)尺過(guò)大，造成巖體向相反方向移動(dòng)，擠壓在役管道。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)中國(guó)石油總體規(guī)劃，2008-2015年，國(guó)內(nèi)油氣管道建設(shè)總里程將達(dá)到3.7萬(wàn)km，逐步形成全國(guó)性的天然氣管道、成品油網(wǎng)絡(luò)。隨著管道建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，多條管道并行情況將普遍存在。受地形限制或規(guī)劃原因，并行間距往往只有5～10 m，極困難地段甚至需同溝敷設(shè)。對(duì)于山區(qū)石方段，靜態(tài)爆破技術(shù)可以很好地解決管溝開挖問題，確保在役管道的安全。

［1］魏承景，謝逢午.靜態(tài)破碎技術(shù)[M].南寧：廣西科學(xué)技術(shù)出版社，1989.30-31.

［2］劉鍵.靜態(tài)爆破研究、爆破與安全[M].武漢：湖北科技出版社，1984.20-21.

Abstract：When a new pipeline laid near a parallel in-service pipeline,mechanical or manual trenching methods are often used in the construction,which have the disadvantages of low efficiency,high costs and easily interfering with the in-service pipeline.This paper discusses the characteristics of static explosion,the trenching method and technical requirements of using static explosion way.It takes the parallel section of Lan-Cheng crude oil pipeline to LAN-Cheng-Wu product pipeline as an example to introduce the construction method and the relevant parameters of static explosion.

Key words:static explosion;parallel pipelines;scheme design

（34）Application of Static Explosion Technique in Parallel Pipeline Construction

MA Xue-hai（China Petroleum Pipeline Engineering Co.,Ltd.,Langfang 065000,China）,XU Yan-xin

U455.6

B

1001－2206（2011）01－0034－03

馬學(xué)海（1975-），男，天津人，工程師，1998年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)從事管道線路工程設(shè)計(jì)工作。

2010-04-27