山嶺長(zhǎng)大高瓦斯地鐵隧道光面爆破技術(shù)的研究與應(yīng)用

劉 海 濤，羅 世 剛

(成都軌道交通集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031)

1 概 述

光面爆破技術(shù)是提高工程施工質(zhì)量，減小施工成本投入的一種手段。在常規(guī)隧道中，光面爆破技術(shù)相對(duì)成熟。但在油氣田高瓦斯隧道中，由于受瓦斯環(huán)境的影響，常規(guī)光面爆破技術(shù)已不適用，不但制約瓦斯隧道的開挖質(zhì)量，而且增加了施工成本的投入。因此，研究光面爆破技術(shù)在油氣田高瓦斯隧道中的應(yīng)用很有必要，對(duì)類似高瓦斯隧道工程施工亦具有積極的促進(jìn)作用。

龍泉山隧道位于成都軌道交通18號(hào)線工程“天府新站—三岔湖站”區(qū)間，為油氣田高瓦斯穿越山嶺隧道。巖石類別主要為III級(jí)、IV級(jí)、V級(jí)，其中IV級(jí)圍巖占比達(dá)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(zhǎng)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(chǎn)狀，緩傾巖層，傾角在10°左右。

不良地質(zhì)情況：龍泉山隧道主要穿越龍泉驛背斜構(gòu)造，受三大灣氣田影響最大。根據(jù)地勘資料推斷：天然氣總溢出量為700.23×104m3，隧道開挖時(shí)掌子面單位時(shí)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(shè)計(jì)

龍泉山隧道IV級(jí)圍巖占60%，IV級(jí)圍巖施工進(jìn)度控制著整個(gè)工程施工進(jìn)度。為提高工效，對(duì)瓦斯隧道光面爆破技術(shù)進(jìn)行研究很有必要。根據(jù)信息化施工原則，在IV級(jí)圍巖條件下，采用全斷面爆破開挖方式，計(jì)劃每次爆破進(jìn)尺長(zhǎng)度為2.4 m。

開挖爆破時(shí)，預(yù)留仰拱保護(hù)層，待仰拱混凝土施工前進(jìn)行二次爆破開挖。

2.1 鉆 孔

采用YT28鑿巖機(jī)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(jí)掏槽孔鉆孔深度為1.79 m，起鉆點(diǎn)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(jí)掏槽孔的目的是為了進(jìn)一步擴(kuò)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(nèi)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(jí)煤礦許用炸藥以及礦用電雷管，最后一段延期不超過(guò)130 ms，因此，雷管段總共為5段。

掏槽孔：一級(jí)掏槽孔采用孔底連續(xù)耦合裝藥，每孔裝5節(jié)、直徑32 mm藥卷，單孔藥量為1 kg；二級(jí)掏槽孔采用孔底連續(xù)耦合裝藥，每孔裝6節(jié)、直徑32 mm藥卷，單孔藥量為1.2kg；采用孔內(nèi)延期礦用電雷管起爆。

主爆孔：主爆孔采用連續(xù)耦合裝藥，每孔連續(xù)裝6節(jié)、直徑32 mm藥卷，單孔藥量1.2 kg，采用孔內(nèi)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(dǎo)爆管引爆?？椎走B續(xù)裝藥2節(jié)，以后每間隔20 cm間隔裝藥，共裝藥5節(jié)、直徑32 mm藥卷，單孔藥量為1 kg，采用孔外延時(shí)礦用電雷管起爆。

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)，爆破開挖每循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度為2.4 m，每循環(huán)藥量為169.6 kg，每循環(huán)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(yán)格按照高瓦斯隧道爆破施工安全規(guī)范進(jìn)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(jí)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(jìn)行洞內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)，若瓦斯?jié)舛瘸^(guò)0.5%不能進(jìn)行爆破作業(yè)；炮眼需采用泥封堵，未封堵或封堵不嚴(yán)不能進(jìn)行起爆；嚴(yán)禁反向裝藥，采用正向連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，雷管以外不能裝藥卷。

4 爆破效果的檢查

(1)進(jìn)尺深度。

按照爆破設(shè)計(jì)，其進(jìn)尺長(zhǎng)度為2.4 m，實(shí)際進(jìn)尺長(zhǎng)度為2.27 m，進(jìn)尺長(zhǎng)度小于爆破設(shè)計(jì)值2.4 m預(yù)期。根據(jù)分析，其主要原因?yàn)榈谝粚又鞅卓椎椎挚咕€較大，延時(shí)未能有效爆出，需要調(diào)整鉆設(shè)角度。

(2)爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)。

爆破時(shí)，在距起爆點(diǎn)94.72 m處進(jìn)行了爆破振動(dòng)速度的檢測(cè)，檢測(cè)值顯示，最大震速為2.123 cm/s，小于設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(guò)大的情況，最大超挖量達(dá)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(shè)計(jì)優(yōu)化

(1)周邊孔間距的調(diào)整。

由于圍巖巖層為中薄層、緩傾角構(gòu)造，周邊孔間距從原來(lái)的50 cm調(diào)整為45 cm，并在拱肩局部范圍加打輔助導(dǎo)向孔，同時(shí)減小拱肩范圍的裝藥量，將拱肩裝藥量調(diào)整為原來(lái)的80%。

(2)掏槽孔的調(diào)整。

將二級(jí)掏槽孔鉆孔角度調(diào)整為60°，水平間距調(diào)整為4 m，以提高掏槽效果。

(3)主爆孔的調(diào)整。

第一層主爆孔孔底抵抗線較大，導(dǎo)致第二層主爆孔爆破效果不好，在進(jìn)行第一層主爆孔打孔時(shí)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(jīng)爆破設(shè)計(jì)優(yōu)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(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)在瓦斯隧道內(nèi)實(shí)施光面爆破技術(shù)，取得了良好的效果：節(jié)約了炸藥用量；減小了噴護(hù)量；保證了施工安全；縮短了單循環(huán)作業(yè)時(shí)間。

7 結(jié) 語(yǔ)

高瓦斯隧道光面爆破施工技術(shù)在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)及圍巖情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以保證獲得最佳的爆破效果。