天然氣管道附近土石方爆破施工技術(shù)研究

汪強(qiáng)

（重慶市爆破工程建設(shè)有限責(zé)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(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)胡家坪區(qū)域晏家棉紡廠旁，北西側(cè)鄰319國道及渝宜高速和一天然氣管道，南側(cè)鄰污水處理廠，東側(cè)緊鄰跳蹬河，東南側(cè)緊鄰長江，整個場地地形坡角6°～25°?？偯娣e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(shè)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?xì)夤艿朗谴鈻|送管道的一條支線——川維支線，全長152km，管徑559mm，設(shè)計壓力8MPa，爆破區(qū)域燃?xì)夤艿雷呦驗槲髂?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(zhì)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(chǎn)運行，擔(dān)負(fù)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(dá)到400萬m3/天，管道正處于高壓運行狀態(tài)。燃?xì)夤芾矸礁鶕?jù)《石油天然氣管道保護(hù)條例》規(guī)定，在管道中心線兩側(cè)50m至500m范圍內(nèi)進(jìn)行爆破，應(yīng)當(dāng)事先征得管道企業(yè)同意，要求爆破單位在采取安全保護(hù)措施后，在土石方作業(yè)前爆破方案須經(jīng)專家評審?fù)ㄟ^后再實施爆破作業(yè)，在爆破過程中派專人負(fù)責(zé)天然氣管道的安全工作，并嚴(yán)格按照方案實施。為有效保護(hù)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(yán)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(nèi)，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(nèi)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?xì)夤芫€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(jìn)一步降低爆破地震效應(yīng)，改變地震波頻率結(jié)構(gòu)，分散能量，在爆破面與燃?xì)夤艿篱g距100m范圍內(nèi)設(shè)置減震溝。具體設(shè)置方法在開挖邊線3m處設(shè)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(shè)計[2]

2.2.1 最大允許單響藥量設(shè)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(hù)物間地質(zhì)、地形有關(guān)系數(shù)和衰減指數(shù)，該工程K=350，a=1.8；V為保護(hù)對象所在質(zhì)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(hù)方案專家評審意見確定。

表1 爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)

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(shè)施，只有管道，所以只考慮管道的振速。由于相關(guān)單位對燃?xì)夤艿腊踩Ｗo(hù)震速沒有明確規(guī)定，該工程取值參考同類工程爆破對燃?xì)夤艿赖挠绊懽饔迷囼灱皩嶋H施工，一般取值為不大于2 cm/s。

根據(jù)控爆巖地質(zhì)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(zhì)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(jìn)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(jié)合不同巖質(zhì)的單孔裝藥量，應(yīng)嚴(yán)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(dāng)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(dāng)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(yīng)綜合考慮建筑物的重要性、建筑質(zhì)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(hù)古建筑與古跡的安全允許振速，應(yīng)經(jīng)專家論證選取，并報相應(yīng)文物管理部門批準(zhǔn)；

C、選取隧道、巷道安全允許振速時，應(yīng)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(yīng)綜合考慮邊坡的重要性，邊坡的初始穩(wěn)定性、支護(hù)狀況、開挖高度等。

2.2.3 爆破設(shè)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(hù)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(diào)整炸藥單耗和單孔裝藥量。

2.2.4 爆破網(wǎng)路設(shè)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。電爆網(wǎng)絡(luò)完全準(zhǔn)爆。該工程起爆網(wǎng)路敷設(shè)如圖2。

圖2 起爆網(wǎng)路敷設(shè)

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(zhǔn)后的爆破方案進(jìn)行炮孔裝藥。各石質(zhì)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 各石質(zhì)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)

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(jìn)行鉆爆和運輸作業(yè)。

2）爆破項目組織機(jī)構(gòu)：整個項目設(shè)立1個爆破作業(yè)項目部，分成多個作業(yè)面進(jìn)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(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)現(xiàn)場內(nèi)外協(xié)調(diào)、組織施工、指揮爆破。

爆破工程指揮部下設(shè)爆破技術(shù)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(jìn)行協(xié)調(diào)組織，分工明確，責(zé)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(shè)存放倉庫。直接從長壽民爆公司倉庫領(lǐng)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(dá)施工現(xiàn)場進(jìn)行入庫、登記檢查，并派專人負(fù)責(zé)。

2.3.3 天然氣管道保護(hù)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(yán)格控制最大單響藥量，并對不同巖石介質(zhì)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(hù)，覆蓋范圍大于炮孔的分布范圍；

3）采用挖減震溝主動防護(hù)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(shè)置為在開挖邊線3m處設(shè)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(shè)置監(jiān)測點，對振動波速和位移量監(jiān)測，如果監(jiān)測結(jié)果超過報警值，應(yīng)立即暫停施工，調(diào)整爆破參數(shù)后再進(jìn)行爆破作業(yè)。

3 事故預(yù)防和處理措施[4]

3.1 盲炮事故的預(yù)防措施

（1）炸藥、雷管和其他爆破器材質(zhì)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(zhì)量，以防起爆藥包損壞；

（4）正確對孔內(nèi)、外段位雷管的聯(lián)結(jié)，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(rèn)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(jìn)行起爆；

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

4 應(yīng)急救援預(yù)案

為了確保工程爆破工作的順利進(jìn)行，項目部切實加強(qiáng)對重特大天然氣安全事故處置工作的領(lǐng)導(dǎo)，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(chǎn)事故應(yīng)急救援工作領(lǐng)導(dǎo)小組，規(guī)定其小組相關(guān)職責(zé)，配備相應(yīng)的應(yīng)急設(shè)施救護(hù)器材和設(shè)備，并按照應(yīng)急預(yù)案響應(yīng)程序進(jìn)行及時處置和救助。

5 結(jié)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(jìn)行全過程的監(jiān)測，其振動安全允許速度小于1.5cm/s，燃?xì)夤艿罌]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。