張志強(qiáng)
(中國(guó)石油天然氣管道局第三工程分公司,河南中牟451451)
在役管道近距離并行管溝的爆破施工技術(shù)
張志強(qiáng)
(中國(guó)石油天然氣管道局第三工程分公司,河南中牟451451)
新管道建設(shè)中,經(jīng)常出現(xiàn)與原有的油氣管道并行的情形,在很多地段與原有的在役油氣管道距離很近。當(dāng)采用爆破作業(yè)時(shí),確保在役管道的安全成為關(guān)鍵問(wèn)題。文章根據(jù)西氣東輸二線工程的施工作業(yè)實(shí)踐,總結(jié)了在役管道近距離并行管溝施工的爆破作業(yè)技術(shù)要領(lǐng),包括爆破作業(yè)的方式選擇、參數(shù)確定、技術(shù)措施和安全要求、爆破網(wǎng)路連接等,為今后類似工作提供參考。
在役管道;并行管溝;爆破作業(yè);近距離施工
近年來(lái),隨著我國(guó)長(zhǎng)輸管道建設(shè)速度的加快,國(guó)家能源通道已漸成區(qū)域化、網(wǎng)絡(luò)化之勢(shì)。新的管道建設(shè)時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)與原有的油氣管道并行的情形。管道施工作業(yè)時(shí),在很多地段與原有的油氣管道距離很近,當(dāng)采用爆破作業(yè)時(shí),確保在役管道的安全成為關(guān)鍵問(wèn)題。近年來(lái)在西部管道、西氣東輸二線、澀寧蘭復(fù)線建設(shè)過(guò)程中,都有此類情形。如西氣東輸二線工程新疆霍爾果斯—寧夏中衛(wèi)段,管道長(zhǎng)度為2 705.08 km,其中并行管道全長(zhǎng)1399.9km,而巖石段管溝長(zhǎng)度為549.61km?,F(xiàn)結(jié)合西氣東輸二線施工時(shí)與在役管道(西氣東輸管道和西部原油成品油管道)近距離并行段管溝爆破作業(yè)的具體實(shí)踐,談幾點(diǎn)體會(huì)。
根據(jù)在役管道近距離并行石方段管溝爆破方案審查專家組的意見(jiàn),先進(jìn)的爆破器材和毫秒延時(shí)爆破技術(shù)的綜合應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)近距離(不小于10 m)在役管道爆破作業(yè)。為確保在役管道的安全,確定距在役管道20 m以外的管溝采取科學(xué)的爆破施工手段,爆破施工時(shí)按與在役管道的不同距離對(duì)爆破方法、爆破類型、起爆技術(shù)、孔網(wǎng)參數(shù)、炸藥及起爆器材等因素采取科學(xué)、有效的限定措施,可以確保鄰近在役管道的運(yùn)行安全。
根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明和現(xiàn)場(chǎng)勘探,在役管道鄰近段巖石管溝分兩種情況:一種為土石結(jié)合段,上部為土方或機(jī)械可以開(kāi)挖的石方,下部為需爆破巖石;另一種為全巖石段,機(jī)械無(wú)法開(kāi)挖。對(duì)全巖石段可直接鉆孔爆破;對(duì)土石結(jié)合段首先用機(jī)械開(kāi)挖管溝至不可開(kāi)挖時(shí)為止,下部巖石出露后再進(jìn)行鉆孔、爆破。
爆破施工采取機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化施工手段,采用松動(dòng)控制爆破方案。
石方段管溝最小底寬B=2.119 m,按底寬2.2 m設(shè)計(jì)爆破參數(shù);石方段管溝最小深度H=2.619 m,按深度H=2.7 m設(shè)計(jì)爆破參數(shù)。溝槽爆破特點(diǎn)是巖石夾制作用大,炸藥單耗高。管溝爆破的施工可分為分層臺(tái)階爆破法和一次成型爆破法。為保證工期,在滿足安全的條件下采取管溝一次成型爆破法。
潛孔鉆機(jī)鉆孔:Φ=90 mm,64 mm。
鑿巖機(jī)鉆孔:Φ=40 mm。
L=H+h
式中H——管溝設(shè)計(jì)深度/m;
h——超深,全巖石段取h=(8~10)Φ,土石結(jié)合段取h=0.3 H。
全巖石段:Φ=90 mm時(shí),h=0.72~0.9 m,按三種巖石分別取h=0.7、0.8、0.9 m;Φ=64 mm時(shí),h=0.51~0.64 m,按三種巖石分別取h=0.5、0.6、0.7 m。
土石結(jié)合段:Φ=40 mm時(shí),L=H+0.3 H=1.3 H。
W=25 Φ
潛孔鉆鉆孔:當(dāng)Φ=90 mm時(shí),W=2.25 m,取W=2.2 m;當(dāng)Φ=64 mm時(shí),W=1.6 m。
鑿巖機(jī)鉆孔:Φ=40 mm時(shí),W=1.0 m。
a=m×W式中m——炮孔密集系數(shù),管溝爆破取m=1.0。
潛孔鉆鉆孔:Φ=90mm時(shí),a=2.2m;Φ=64mm時(shí),a=1.6 m。
鑿巖機(jī)鉆孔:Φ=40 mm時(shí),a=1.0 m。
b=0.8 a
潛孔鉆鉆孔:Φ=90mm時(shí),a=2.2m,b=1.76 m,取b=1.8 m;Φ=64 mm時(shí),a=1.6 m,b=1.28 m,取b=1.3m。
鑿巖機(jī)鉆孔:Φ=40mm時(shí),a=1.0m,b=0.8 m。
潛孔鉆鉆孔根據(jù)孔徑和巖石硬度沿管溝橫向布置1~3排炮孔。
鑿巖機(jī)鉆孔根據(jù)孔徑和巖石硬度沿管溝橫向布置3~5排炮孔。
炮孔為梅花型布置(見(jiàn)圖1)。
圖1 潛孔鉆炮孔典型布置示意
管溝松動(dòng)控制爆破單位炸藥消耗量按表1確定。
表1 管溝松動(dòng)爆破炸藥單位消耗量
Q=q×H×a×b
式中Q——單孔裝藥量/kg。
當(dāng)炸藥密度為1.0 g/cm3時(shí):
潛孔鉆鉆孔:Φ=90 mm時(shí),D=6.36 kg/m;Φ=64 mm時(shí),D=3.22 kg/m。
鑿巖機(jī)鉆孔:Φ=40 mm時(shí),D=1.26 kg/m。
對(duì)鄰近管道的保護(hù)措施,參照解放軍理工大學(xué)所編寫的《西部原油、成品油管道工程爆破作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》中爆破施工方法及質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度公式中K、α的相關(guān)數(shù)據(jù)。鄰近管道最大安全振動(dòng)速度采納2008年10月28日于北京召開(kāi)的在役管道爆破方案評(píng)審會(huì)的評(píng)審意見(jiàn):鄰近管道最大安全振速為7 cm/s,以此數(shù)值來(lái)計(jì)算鄰近管道在不同間距上的單次齊爆最大允許裝藥量,即可保證鄰近管道的運(yùn)營(yíng)安全。
根據(jù)西部原油成品油管道與西氣東輸管道近距離爆破作業(yè)積累的成熟的爆破施工經(jīng)驗(yàn),決定分兩個(gè)間距范圍對(duì)西氣東輸二線工程管溝爆破施工的爆破方法、起爆技術(shù)、孔網(wǎng)參數(shù)、炸藥及起爆器材等進(jìn)行限定,即間距大于50m范圍和間距在20~50m范圍。
當(dāng)西氣東輸二線爆破位置與鄰近管道中心線間距大于50 m時(shí),在該距離范圍內(nèi)鄰近管道主要受到爆破振動(dòng)的危害。
按爆破振動(dòng)公式變形后的單次齊爆最大允許藥量公式:
Qmax=R3×(V/K)3/α
式中Qmax——最大允許藥量/kg;
R——爆源中心到振速控制點(diǎn)距離/m;
V——允許最大振動(dòng)波速/(cm/s);
K,α——與地質(zhì)地形有關(guān)的系數(shù)。
在該距離范圍內(nèi)K取值為110,α取值為1.30,鄰近管道最大安全振速Vmax為7 cm/s,鄰近管道在不同間距上的單次齊爆最大允許藥量見(jiàn)表2。
表2 與鄰近管道間距大于50 m時(shí)單次齊爆最大允許藥量
表3 Φ 90 mm孔徑爆破參數(shù)
表4 Φ 40 mm孔徑爆破參數(shù)
在單次齊爆最大允許藥量表中計(jì)算出的單次齊爆藥量較大,并不表明在此距離范圍內(nèi)當(dāng)單次齊爆藥量小于對(duì)應(yīng)距離單次齊爆最大允許藥量數(shù)值時(shí)可隨意實(shí)施爆破作業(yè)。在該范圍內(nèi)其他爆破參數(shù)不合理仍然存在爆破安全隱患,如:?jiǎn)魏倪^(guò)大或孔網(wǎng)參數(shù)不合理會(huì)產(chǎn)生飛石,飛石在落地時(shí)的沖擊作用同樣會(huì)對(duì)鄰近管道造成危害。
根據(jù)溝槽開(kāi)挖爆破工程的成功經(jīng)驗(yàn),在所有爆破參數(shù)中,首先確定鉆孔深度,按鉆孔深度確定飛石在安全范圍內(nèi)的最大單孔藥量,然后按單孔破壞范圍確定孔距和排距。其中,延時(shí)爆破單耗不得大于1.4 kg/m3,電雷管一次性起爆單耗不大于1.0 kg/m3。試爆的炸藥單耗控制在0.7~0.9 kg/m3。
當(dāng)西氣東輸二線管溝與鄰近管道間距為20~50 m時(shí),在該范圍內(nèi)鄰近管道主要受到爆破振動(dòng)及個(gè)別飛石沖擊的危害。
(1) 間距20~50 m單次齊爆最大允許藥量。按單次齊爆最大允許藥量公式Qmax=R3×(V/K)3/α,在該距離范圍內(nèi)K取值為110,α取值為1.3,鄰近管道最大安全振速Vmax為7 cm/s,鄰近管道在不同距離的單次齊爆最大允許藥量見(jiàn)表5。
表5 與鄰近管道間距20~50 m單次齊爆最大允許藥量
(2) 間距20~50 m爆破參數(shù)見(jiàn)表6、表7。
表6 Φ 64 mm孔徑爆破參數(shù)
(3) 間距20~50 m爆破安全要求。在間距20~50 m范圍內(nèi)對(duì)爆破作業(yè)的多個(gè)要素都必須實(shí)施控制,首先必須控制爆破的單次齊爆最大允許藥量。
表7 Φ 40 mm孔徑爆破參數(shù)
管溝和降坡鉆孔孔徑不得超過(guò)76 mm,因?yàn)榭讖酱髸r(shí)勢(shì)必造成較大的孔網(wǎng)參數(shù)和單孔裝藥量,產(chǎn)生大塊巖石飛濺,將大大提高沖擊管道的概率。
當(dāng)管道所處位置高于管溝1 m以上時(shí),為防止爆破振動(dòng)的疊加作用,相應(yīng)距離的最大允許藥量為單次齊爆最大允許藥量表中所對(duì)應(yīng)項(xiàng)的80%。
為防止爆破振動(dòng)的疊加,采用導(dǎo)爆管延時(shí)起爆技術(shù),規(guī)定延時(shí)時(shí)間間隔不得小于100 ms,最佳延時(shí)時(shí)間為125~155 ms。
正常設(shè)計(jì)深度的管溝采用單排3~5孔布孔形式,為提高管溝的成型及較好的溝壁直立性,采用V型網(wǎng)路連接起爆方式,布孔形式及起爆網(wǎng)路的連接方式如圖2所示。
圖2 微差起爆網(wǎng)路示意
在滿足單次齊爆最大允許藥量要求的基礎(chǔ)上,可以采用兩排以上的群孔起爆方式。采用減弱松動(dòng)爆破,爆破作用指數(shù)n<0.75。在該區(qū)段內(nèi),無(wú)論進(jìn)行作業(yè)帶降坡還是開(kāi)挖管溝均不得采用擴(kuò)壺爆破。當(dāng)采用一段管溝齊爆時(shí),該段管溝最大炸藥單耗不得超過(guò)0.9 kg/m3。
在管溝經(jīng)第一次爆破開(kāi)挖后,若部分地段管溝達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,需要進(jìn)行補(bǔ)充施工。施工中考慮以下兩種情況:
(1) 巖石欠挖深度小于0.5 m零星小范圍的不合格區(qū)段管溝,采用液壓鎬或采用以壓縮空氣為動(dòng)力的手持式破碎機(jī)處理。
(2) 巖石厚度大于0.5 m的或雖然巖石欠挖深度較小但面積較大的不合格區(qū)段管溝,采用二次爆破法。
需要二次爆破的不合格管溝由于形成的原因不同、地質(zhì)條件不同、孔深和孔徑也不同,因此無(wú)法給出一個(gè)確切的爆破參數(shù)表,最有效的方法就是參照第一次爆破時(shí)的爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整:如加大單耗、增加孔深、減小孔距和排距、提升裝藥高度、增大單孔藥量等。
由于爆破飛石事故往往超過(guò)爆破事故總數(shù)的25%,因此在設(shè)計(jì)和施工中必須對(duì)爆破飛石進(jìn)行控制。在管道鄰近地段進(jìn)行石方管溝爆破作業(yè)時(shí),更要避免爆破飛石對(duì)鄰近管道的落地沖擊。
(1) 設(shè)計(jì)要求。根據(jù)管溝尺寸、地質(zhì)條件、鉆孔孔徑選擇合理的最小抵抗線、炸藥單耗和孔網(wǎng)參數(shù)。
(2) 鉆孔要求。按設(shè)計(jì)要求的炮孔位置、炮孔角度和鉆孔深度鉆孔。
(3) 裝藥要求。裝藥前認(rèn)真校核最小抵抗線的方向、大小和炮孔的深度,如有變化,必須修正裝藥量,不準(zhǔn)超量裝藥。
(4) 特殊地質(zhì)處理。設(shè)計(jì)和施工中避免藥包位于巖石軟弱夾層處、斷層、軟弱帶、張開(kāi)裂隙、成組發(fā)育的節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造,如果炮孔位于以上的地質(zhì)構(gòu)造中可以采取間隔填塞、調(diào)整藥量等方式控制飛石產(chǎn)生。
(5) 改變爆破方式。采取低爆速炸藥、不耦合裝藥形式、毫秒延時(shí)起爆系統(tǒng),對(duì)于多排爆破選擇合理的延時(shí)時(shí)間,防止前排炮孔起爆后造成后排炮孔最小抵抗線及方向失控,避免飛石的產(chǎn)生。
巖石堅(jiān)硬的地段,在爆破網(wǎng)路連接完畢并作有效保護(hù)的前提下,在管溝爆破范圍內(nèi)覆蓋0.5~1.0m厚的軟土,增大炮孔的最小抵抗線,對(duì)飛石產(chǎn)生緩沖作用。
在表層巖石破碎、極易產(chǎn)生孔口飛石的炮孔上,加壓裝滿軟土的編織袋1~2層。
當(dāng)開(kāi)挖深度比較小時(shí),可在開(kāi)挖范圍內(nèi)使用專用材料對(duì)爆破區(qū)域進(jìn)行覆蓋。管溝表面的覆蓋材料要具有一定的重量、強(qiáng)度和柔性,易于搬動(dòng)并且耐用,比如草袋、草簾、竹笆、荊笆等;或使用汽車廢舊外胎、膠管、廢傳送膠帶、鐵皮、鐵網(wǎng)等制成專用炮被。
當(dāng)附近有重要被保護(hù)目標(biāo)時(shí),應(yīng)采取多種聯(lián)合覆蓋方式。覆蓋時(shí)的注意事項(xiàng):覆蓋范圍要大于炮孔的分布范圍;注意保護(hù)起爆網(wǎng)路,使用金屬覆蓋物時(shí),應(yīng)將電爆網(wǎng)路中的接頭用絕緣膠布包裹好,嚴(yán)防短路;覆蓋材料間要捆扎牢固,防止分段起爆時(shí)覆蓋物拋散。
根據(jù)周圍環(huán)境情況,本著安全第一、可靠起爆的原則對(duì)起爆器材進(jìn)行選擇,起爆器材包括塑料導(dǎo)爆管雷管、電雷管、導(dǎo)爆索。嚴(yán)禁使用火雷管。
(1) 導(dǎo)爆管網(wǎng)路的連接形式:在管溝爆破中采用接力式捆聯(lián)方式,以延時(shí)導(dǎo)爆管雷管作為傳爆元件,將網(wǎng)路順序連接下去,每經(jīng)過(guò)一個(gè)連接點(diǎn),其后連接的藥包起爆時(shí)間就滯后一定時(shí)間,整個(gè)網(wǎng)路的藥包按一定時(shí)差一組(個(gè))一組(個(gè))順序起爆(見(jiàn)圖3)。
(2) 電爆網(wǎng)路的連接方式:在管溝爆破中一般采用串聯(lián)方式,優(yōu)點(diǎn)是易于檢查,要求電源功率小,適合于電容式起爆器起爆(見(jiàn)圖4)。
(3) 導(dǎo)爆索網(wǎng)路的連接方式:在管溝爆破中采用串聯(lián)方式,使用不同的繼爆管可以合理安排起爆順序和毫秒延時(shí)起爆時(shí)間(見(jiàn)圖5)。
爆破網(wǎng)路的連接必須在爆破區(qū)域裝藥堵塞全部完成和無(wú)關(guān)人員全部遷至安全地點(diǎn)之后,由爆破工程技術(shù)人員或有經(jīng)驗(yàn)的爆破員進(jìn)行連接。
8.3.1導(dǎo)爆管爆破網(wǎng)路的連接技術(shù)
施工前應(yīng)對(duì)導(dǎo)爆管進(jìn)行外觀檢查,用于連接的導(dǎo)爆管不允許有破損、拉細(xì)、進(jìn)水、管內(nèi)雜質(zhì)、斷藥、塑化不良等現(xiàn)象。
連接時(shí)導(dǎo)爆管不允許打結(jié),不能對(duì)折,防止管壁破損、管徑拉細(xì)和異物入管。
根據(jù)炮孔的深度、孔間距確定導(dǎo)爆管長(zhǎng)度,炮孔內(nèi)導(dǎo)爆管不應(yīng)有接頭。
圖3 導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路示意
圖4 串聯(lián)電爆網(wǎng)路示意
圖5 導(dǎo)爆索微差起爆網(wǎng)路
用套管連接兩根導(dǎo)爆管時(shí),兩根導(dǎo)爆管的端面應(yīng)切成垂直面,接頭用膠布纏緊或加鐵箍夾緊,使之不易被拉開(kāi)。
孔外相鄰傳爆雷管之間應(yīng)留有足夠的距離,以免相互錯(cuò)爆或切斷網(wǎng)路。
用電雷管起爆導(dǎo)爆管網(wǎng)路時(shí),起爆導(dǎo)爆管的電雷管與導(dǎo)爆管捆扎端端頭的距離應(yīng)不小于15 cm,連接位置要置于平坦的地面,上部加壓不小于20cm厚的軟土,以防止雷管聚能穴炸斷鄰近導(dǎo)爆管。
只有所有人員、設(shè)備撤離爆破危險(xiǎn)區(qū),具備安全起爆條件時(shí),才能在主起爆導(dǎo)爆管上連接起爆雷管。
8.3.2電爆網(wǎng)路的連接技術(shù)
在進(jìn)行電爆網(wǎng)路施工前,應(yīng)進(jìn)行如下準(zhǔn)備工作:當(dāng)爆區(qū)附近有各類電源及電力設(shè)施,有可能產(chǎn)生雜散電流時(shí),或爆區(qū)附近有電臺(tái)﹑雷達(dá)、電視發(fā)射臺(tái)等高頻設(shè)備時(shí),應(yīng)對(duì)爆區(qū)內(nèi)的雜散電流和射頻電的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè);若電流強(qiáng)度超過(guò)安全允許值30 mA時(shí),不得采用普通電雷管起爆網(wǎng)路,應(yīng)采用抗雜電雷管或?qū)П堋?dǎo)爆索起爆網(wǎng)路;同一起爆網(wǎng)路中,應(yīng)使用同廠、同批、同型號(hào)的電雷管。
所有在役管道兩側(cè)20~500 m范圍內(nèi)的不同巖性和不同爆破施工單位的第一次爆破都應(yīng)安排監(jiān)測(cè)單位在管道位置處進(jìn)行爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)。
正常爆破施工時(shí)安排監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行15%~20%爆破次數(shù)的飛行抽查監(jiān)測(cè)。
監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)后要填寫爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)告,監(jiān)測(cè)報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包括:監(jiān)測(cè)目的和方法、測(cè)點(diǎn)布置、實(shí)測(cè)波形圖及處理方法、各種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)和判定結(jié)論。
監(jiān)測(cè)單位要及時(shí)將監(jiān)測(cè)報(bào)告通知爆破施工單位,以便對(duì)爆破方案進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
本文結(jié)合西部管道、西氣東輸二線、澀寧蘭復(fù)線的實(shí)踐,總結(jié)了在役管道近距離并行石方段管溝爆破作業(yè)的經(jīng)驗(yàn),為今后類似爆破作業(yè)提供了有效的理論和實(shí)踐參考。
[1] 初寶民,王國(guó)立.模擬爆破試驗(yàn)在西部管道工程中的成功應(yīng)用[J].石油工程建設(shè),2006,32(5):14-18.
Abstract:A new pipeline project often faces the situation that its route is parallel to an existing oil or gas pipeline and the distance between the two pipelines is very close in some pipeline sections.When explosion operation is applied for trench excavation,the security of the in-service pipeline is essential.Based on—5—the construction practice in Second West to East Gas Pipeline Project,the key techniques of explosion operation for trench excavation near a parallel in-service pipeline are summarized with respect to explosion way selection,parameters determination,technical measures,safety requirement,explosion network connection,and so on.Those key techniques will be helpful to other similar pipeline projects.
Key words:in-service pipeline;explosion operation;construction within short distance
(36)Explosion Technique Used for Trenching near Parallel In-service Pipeline
ZHANG Zhi-qiang(CPP Third Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Zhongmu 451451,China)
U455.6
B
1001-2206(2011)01-0036-06
張志強(qiáng)(1970-),男,河南滎陽(yáng)人,工程師,1997年畢業(yè)于河南省財(cái)經(jīng)學(xué)院,一直從事長(zhǎng)輸管道施工管理工作。
2010-01-31;
2010-11-02