控制爆破技術(shù)在特殊洞段開(kāi)挖施工中的應(yīng)用

鐘 永 兵

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

都江堰灌區(qū)毗河供水一期工程為四川省重點(diǎn)民生工程，其安岳片區(qū)工程全長(zhǎng)76 km，主要分為朝陽(yáng)灌區(qū)、蟠書(shū)灌區(qū)，渠系包括蟠書(shū)補(bǔ)水渠、書(shū)永分干渠、長(zhǎng)河支渠、云峰支渠、龍臺(tái)支渠及千佛分干渠。長(zhǎng)河支渠全長(zhǎng)8.6 km，其中橫山隧洞全長(zhǎng)666.454 m，樁號(hào)為：長(zhǎng)3+801.017～長(zhǎng)4+467.471，洞挖斷面面積為4.87 m2，圍巖以Ⅳ類(lèi)為主。

現(xiàn)場(chǎng)查勘得知，橫山隧洞出口處有天然氣管道與渠道交叉。該天然氣管道隸屬川中油氣礦磨溪開(kāi)發(fā)項(xiàng)目部，管線規(guī)格為DN168.3×7.1 mm-7.2 km，埋深約為1 m；距離橫山隧洞出口掌子面103 m。鑒于該天然氣為高含硫天然氣，如有不慎導(dǎo)致其大量泄漏，將引發(fā)嚴(yán)重的公共安全問(wèn)題。因此，必須嚴(yán)格對(duì)其加以控制。

2 爆破施工方案的制定及參數(shù)

控制爆破是指通過(guò)采取一定的技術(shù)措施嚴(yán)格控制爆炸能量和爆破規(guī)模，使爆破的聲響、震動(dòng)、飛石、傾倒方向、破壞區(qū)域以及破碎物的散坍范圍在規(guī)定限度以?xún)?nèi)的爆破方法。如定向爆破、預(yù)裂爆破、光面爆破等。

為有效保護(hù)天然氣管道的安全，防止因爆破施工使管道受損，同時(shí)確保工程有序進(jìn)行，橫山隧洞爆破施工過(guò)程中須采用控制爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制起爆藥量、合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)。

橫山隧洞鉆爆施工方案主要從所采用的控制爆破技術(shù)、減少洞挖爆破施工的震動(dòng)、保證天然氣管道及施工安全的角度進(jìn)行選擇。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB6722-2011，安全振動(dòng)速度峰值參考同類(lèi)工程爆破對(duì)天然氣管道的影響作用，一般取值不大于2.5 cm/s。為進(jìn)一步降低振速以保證天然氣管道的安全，按照天然氣公司的管道安全保護(hù)要求，取天然氣管道安全振動(dòng)速度峰值V=0.5 cm/s。

2.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)炮孔直徑：42 mm。

(2)確定炸藥單耗q。

根據(jù)修正的普氏公式：

式中f為巖石堅(jiān)固系數(shù)，根據(jù)本流量段的實(shí)際圍巖類(lèi)別情況取f為4～6；s為洞室斷面積，開(kāi)挖斷面面積為4.87 m2。

經(jīng)計(jì)算得q=1.27～1.55 kg/m3。根據(jù)類(lèi)似爆破施工經(jīng)驗(yàn)，小斷面隧洞單耗偏大，取q=1.55 kg/m3。

(3)總裝藥量計(jì)算：

Q=qV=1.55×4.87×1.0=7.55(g)

(4)炮孔布置：

式中q為炸藥單耗量，q=1.55 kg/m3；s為開(kāi)挖面積，s=4.87 m2；γ為每m長(zhǎng)度炸藥的藥量，2#乳化炸藥γ=0.78 kg/m；α為炮眼裝藥系數(shù)(加權(quán)平均值)，α取值情況見(jiàn)表1，Ⅳ類(lèi)圍巖取α=0.48。

為保證天然氣管道及施工安全，根據(jù)“多打孔，少裝藥”的減震措施，取N=26個(gè)。

表1 裝藥系數(shù)α值表

掏槽孔：掏槽孔的主要作用是增加爆破的臨空面。采用楔形掏槽，布置了2組掏槽孔，共4個(gè)，掏槽孔孔深為1.2 m，與開(kāi)挖面夾角為78°，掏槽孔內(nèi)側(cè)設(shè)置3個(gè)空孔，垂直鉆孔，孔深1.5 m，具體布置情況見(jiàn)圖1。周邊孔裝藥情況見(jiàn)圖2。

輔助孔：輔助孔的主要作用是爆落巖體，使其大致均勻地分布在掏槽孔外圍，輔助眼的布置主要是解決炮眼間距和最小抵抗線問(wèn)題，可以由施工經(jīng)驗(yàn)決定，輔助孔間距取55 cm，孔深1.1 m。

底板孔：布置了5個(gè)底板孔，其間距為50 cm，孔深1 m，具體布置情況見(jiàn)圖1。

周邊孔：周邊孔間距取40 cm，最小抵抗線為45 cm，孔深1 m。

具體爆破參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 隧洞圍巖弱爆破參數(shù)表

圖1 隧洞炮孔布置示意圖

2.2 減震措施

為滿足安全要求，采用了減震孔和延長(zhǎng)各炮孔之間起爆間隔時(shí)間的綜合減震措施，降低振動(dòng)速度，將振速控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

減震孔的主要原理是通過(guò)減震孔吸收、消耗大部分振動(dòng)能量，在開(kāi)挖輪廓線內(nèi)布置減震孔，減震孔與周邊孔間隔布置，減震孔孔徑為42 mm，間距45 cn，孔深1.5 m；掏槽孔內(nèi)側(cè)均勻布置3個(gè)減震孔，孔徑42 mm，間距20 cm，孔深1.5 m；

圖2 周邊孔裝藥示意圖

減震孔為空孔。減震孔的情況見(jiàn)圖3。各類(lèi)炮孔的起爆時(shí)間間隔通過(guò)起爆用的非電毫秒雷管進(jìn)行控制。

掏槽孔雷管段位選擇Ms1，輔助孔雷管段位選擇Ms5，底板孔雷管段位選擇Ms9，周邊孔雷管段位選擇Ms11，用以替代正常爆破使用的雷管段位，延長(zhǎng)各炮孔之間的起爆時(shí)間，從而減小對(duì)天然氣管道的影響。

圖3 減震孔布設(shè)示意圖

項(xiàng)目部在采取了以上減震措施后進(jìn)行了爆破安全驗(yàn)算，爆破振動(dòng)安全驗(yàn)算公式為：

式中R為爆破振動(dòng)安全允許距離，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最小距離為10.369 m；Q為炸藥量，延時(shí)爆破為最大段藥量，單響最大藥量為2.4 kg；V為保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，天然氣公司允許振速為0.5 cm/s；K,a為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，參照《爆安全規(guī)程》GB6722-2014及現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，取K=180，a=2.7。K′為修正系數(shù)，考慮不同的減震措施、不同的爆破臨空面數(shù)量以及在爆破施工實(shí)踐中的爆破振動(dòng)衰減，修正系數(shù)K′參照表3、4選取。

表3 爆區(qū)不同巖性K，a值表

表4 爆破振動(dòng)衰減修正系數(shù)表

本工程采取周邊密排空眼的減震措施，修正系數(shù)K′取1.6，計(jì)算得出振動(dòng)速度v=0.47 cm/s，滿足安全要求。

3 施工工藝

施工工藝流程：布孔→鉆孔→裝藥→堵塞→聯(lián)網(wǎng)→設(shè)置防護(hù)→警戒→起爆→爆后檢查→解除警戒。具體施工方式見(jiàn)表5。

表5 施工工藝表

4 爆破效果分析

橫山隧洞受天然氣管道影響，對(duì)特殊洞段洞室開(kāi)挖使用控制爆破，結(jié)合光面爆破和弱爆破，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工，保證了炮孔質(zhì)量及炮眼堵塞質(zhì)量，采取洞口封堵措施，一方面保證了隧洞開(kāi)挖的成型效果，控制了超欠挖，另一方面有效地減少了爆破的振動(dòng)、沖擊波、噪音及飛石等負(fù)面影響的產(chǎn)生，其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

現(xiàn)場(chǎng)兩次檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：本次控制爆破對(duì)天然氣管道產(chǎn)生的振動(dòng)速度峰值均小于0.5 cm/s，處于安全范圍之內(nèi)。

表6 現(xiàn)場(chǎng)兩次檢測(cè)結(jié)果記錄表

5 結(jié) 語(yǔ)

目前國(guó)家大力建設(shè)農(nóng)村飲水工程以解決飲水困難問(wèn)題；但飲水工程大多穿越鄉(xiāng)村并與各種管道交叉布置，爆破作業(yè)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜多變，對(duì)行業(yè)人員的要求也越來(lái)越高。因地制宜地采取合理的爆破方式，對(duì)水利水電工程建設(shè)具有著重要的作用?？刂票萍夹g(shù)作為水利水電工程施工中的常用手段之一，通過(guò)從多方面進(jìn)行調(diào)控，能夠滿足現(xiàn)今爆破工程行業(yè)要求。

通過(guò)運(yùn)用控制爆破技術(shù)，橫山隧洞成功地將爆破振動(dòng)控制在0.5 cm/s安全范圍之內(nèi)，在保證天然氣管道及施工安全的前提下，順利實(shí)現(xiàn)了隧洞貫通。筆者希望本文的論述能對(duì)類(lèi)似工程施工起到一定的參考作用。