鉆爆法施工技術(shù)在低瓦斯隧道開挖工程中的應(yīng)用

高勇

（成都華川公路建設(shè)集團有限公司，四川 成都 610000）

1 工程概況

某隧道工程總長1160m，為低瓦斯隧道，包含明挖段、暗挖段、明挖暗埋段3部分。該隧道工程施工遵循因地制宜的原則，根據(jù)現(xiàn)場實際條件選擇合適的施工技術(shù)，其中暗挖段采用鉆爆法，輔以噴錨構(gòu)筑法和濕噴混凝土施工技術(shù)，集多種方法于一體保證隧道施工安全。

2 鉆爆法施工技術(shù)優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)的人工鉆爆法，采用鑿巖臺車機械化鉆爆施工定位精準、鉆進速度快、耗能低，同時能夠達到較高的機械化水平，減少超欠挖等不利情況的出現(xiàn)率。在實施鑿巖臺車進行機械化鉆爆施工的過程中，操作人員可在固定的操作臺上操作臺車，精準開展鉆孔作業(yè)，并且裝藥完畢后操作人員和臺車均能快速退出洞外，距離掌子面距離較遠，受到爆破施工的影響較小。

2.1 鉆爆機械設(shè)備

人工鉆爆法施工采用的鉆爆設(shè)備為手持風動鑿巖機，雖然這種鑿巖設(shè)備具有操作簡單的優(yōu)勢，但鑿巖速度較慢，精度不夠，同時還會產(chǎn)生較大的噪聲，不夠環(huán)保。特別是在面對長隧道鉆爆工程時，需要通過配置多臺大功率空壓為風鉆提供壓力，施工造價較高。相比而言，鑿巖臺車采用機械化液壓鑿巖系統(tǒng)，能夠較好地適應(yīng)大斷面、長隧道和高類圍巖的施工情況，鉆進速度快，精度高，能夠達到較高的機械化水平，預防超欠挖情況，同時采用電力進行控制，污染小，無明顯粉塵，產(chǎn)生的噪聲也相對較小，具有低耗能和環(huán)保性好的優(yōu)勢。川陜高速某隧道鉆爆施工的試驗數(shù)據(jù)表明，在相同硬度的花崗巖（硬度系數(shù)≥18）中，人工鉆爆法對于?42mm的炮孔，每10min鉆爆進尺的深度為1.0m；鑿巖臺車機械化鉆爆打?50mm的炮孔，每1min鉆爆進尺的深度可達2.0m,大大提升了施工效率。

2.2 鉆爆施工質(zhì)量

人工鉆爆法施工主要通過施工人員手持風鉆完成鉆孔作業(yè)，以人工的方式操作鉆桿很難控制鉆桿的鉆進角度與速度，無法確保鉆孔質(zhì)量，一旦出現(xiàn)操作不當極易影響后續(xù)鉆爆施工的效果，導致超欠挖情況的出現(xiàn)。鑿巖臺車采用液壓鑿巖系統(tǒng)，電腦控制推進角度與速度，機械化水平較高，鉆臂反應(yīng)靈敏，能夠?qū)崿F(xiàn)精準定位，可提升鉆孔效果，降低鉆孔和開挖誤差，將超欠挖誤差控制在11～15cm范圍內(nèi)。

2.3 施工人員配備

人工鉆爆法需要配備大量施工人員，以保證鉆孔、裝藥等工序的順利開展，同時人工操作的工序較多，安全隱患較大。而鑿巖臺車施工機械化水平較高，鉆孔和開挖作業(yè)主要由臺車完成，只需要少量的操作人員操作臺車和調(diào)整參數(shù)設(shè)置，操作人員只需要在臺車上就能夠完成操作作業(yè)，節(jié)省了勞動力。加上操作人員距離施工掌子面的距離較遠，臺車也設(shè)置了安全頂棚，大大降低了落石傷人事故率，同時臺車施工產(chǎn)生的粉塵污染和噪聲污染較少，施工人員佩戴防噪聲耳塞和做好其他安全防護即可有效保證人身安全。

3 鉆爆法施工準備工作

隧道施工期間的安全隱患較多，尤其是低瓦斯隧道施工時，開挖難度較大，容易由于方法不合理或控制不當而誘發(fā)安全事故[1]。超前加深鉆孔前校核瓦斯檢測設(shè)備，判斷其運行情況，若有故障則及時處理。加強對作業(yè)面20m范圍內(nèi)及超前鉆孔進行瓦斯?jié)舛葯z測，要求瓦斯?jié)舛取?.5%；為提高安全防控水平，要適配防護救援設(shè)施；全面清理掌子面松散圍巖；安排作業(yè)臺車等設(shè)備就位，檢查瓦斯抽排設(shè)備等各類裝置是否可正常運行。

4 鉆爆法的應(yīng)用

鉆爆法施工工藝流程為：施工準備→超前加深鉆孔→瓦斯檢測→測設(shè)開挖輪廓及炮孔位置→鉆炮孔、清理、質(zhì)量檢查→瓦斯檢測→裝藥、連線、檢查→瓦斯檢測→起爆、通風、清斷面→瓦斯檢測→出碴。需注意的是，每一次瓦斯檢測時必須保證其濃度未超限，否則必須采取處理措施使?jié)舛冉抵涟踩秶鷥?nèi)，方可繼續(xù)施工。

4.1 超前加深鉆孔

4.1.1 作業(yè)要求

鉆頭直徑≥60mm，用ZDY-1250潛孔鉆機以濕式鉆孔的方法施鉆。鉆孔外插角3～5°，每個鉆孔深度為80m，前后兩循環(huán)超前鉆孔搭接長度＞5m。上半斷面鉆孔數(shù)≥4個、下半斷面鉆孔數(shù)≥3個，對于下臺階分區(qū)鉆進的情況（包含左、右兩個部分），要求每邊鉆孔數(shù)至少為2個。

4.1.2 鉆孔孔位布置

孔位布置在隧道輪廓線1m以內(nèi)，孔位數(shù)量為底板兩側(cè)各1個、拱腰處左右各1個、拱頂中線1個，必要時從底板中線開始向兩側(cè)適量增加。

4.1.3 鉆孔流程

鉆探時密切關(guān)注現(xiàn)場是否有動力現(xiàn)象，例如，廢液變化、氣體噴孔，若有則及時處理，全程完整記錄[2]。瓦斯壓力超過0.6MPa時潛在安全隱患，需要加強通風；瓦斯壓力超過1.0MPa時暫停鉆孔施工，并根據(jù)實測濃度在周邊施作適量的排放孔，在該處理方式下，若24h內(nèi)的瓦斯壓力仍無法降低至1.0MPa以內(nèi)，則采取封閉措施，另行處理。實際鉆進速度明顯偏快且漿液變?yōu)楹谏?、夾雜一定量煤屑時，意味著已經(jīng)鉆進至煤層，此時需著重檢測是否有氣體噴孔、有毒氣體涌出等問題。實測結(jié)果顯示鉆孔內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸?.5%、瓦斯壓力小于0.6MPa時要加強局部通風，同時增加瓦斯檢測頻率。著重關(guān)注作業(yè)空間20m內(nèi)的現(xiàn)場環(huán)境。瓦斯?jié)舛瘸^1.5%時不具備繼續(xù)施工的條件，須立即暫停，要查明原因并采取針對性的處理措施。

4.2 鉆炮孔

實測結(jié)果顯示瓦斯?jié)舛缺豢刂圃谠S可范圍后，及時清理掌子面的松散巖體，根據(jù)設(shè)計要求測放孔位。對于工作面20m范圍內(nèi)，在瓦斯?jié)舛鹊玫接行Э刂频那疤嵯虏捎脻袷姐@孔的作業(yè)方法。該方法的優(yōu)勢在于可在一定程度上溶解瓦斯氣體，降低瓦斯?jié)舛龋瑫r有利于提高現(xiàn)場濕度，以免在爆破后出現(xiàn)明顯的粉塵污染。

鉆孔施工全過程中，密切觀察廢液變化及氣體噴孔等情況，若有異常則進行處理，同時記錄各項信息。根據(jù)不同的瓦斯?jié)舛炔扇♂槍π缘膽?yīng)對措施，如前文所述，瓦斯?jié)舛瘸?.6MPa時要加強通風，超1.0MPa時暫停鉆進，并在周邊施作排放孔。當瓦斯?jié)舛瘸^1.5%時，表明現(xiàn)場潛在大量的安全隱患，可能有瓦斯爆炸的可能，應(yīng)立即停工，在有效的調(diào)度下安排施工人員撤離現(xiàn)場，并切斷電源、加強通風，在此期間查明原因，采取有效的方法加以處理。鉆孔后，炮孔內(nèi)存在一定量的廢渣，可用高壓風吹出，使炮孔保持潔凈；檢測炮孔內(nèi)瓦斯的實際情況，若實測結(jié)果顯示釋放壓力為0.6～1MPa，瓦斯?jié)舛瘸^1%，則需設(shè)置準確、醒目的標記，后續(xù)裝藥時結(jié)合實際情況處理。

4.3 裝藥

4.3.1 爆破材料及炸藥用量

（1）爆破材料。專用電橋起爆，以保證爆破效果。根據(jù)鉆孔及作業(yè)面20m以內(nèi)的瓦斯情況選擇相適應(yīng)的爆破材料，若瓦斯?jié)舛染?.5%以內(nèi)同時瓦斯壓力≤6MPa，較為合適的是乳膠炸藥、電雷管、毫秒導爆管雷管；瓦斯?jié)舛葹?.5%～1%時，低瓦斯隧道優(yōu)先考慮煤礦許用炸藥，同時安全等級至少達到二級，高瓦斯隧道的炸藥安全等級則必須達到S級，且不允許使用秒或半秒級電雷管。在應(yīng)用煤礦許用電雷管時，必須保證該裝置的末段延期時間≤130ms。之所以考慮煤礦許用炸藥，是因為其相比漿狀炸藥、水膠炸藥等而言，爆炸時釋放的爆熱、爆壓較小，爆溫相對較低，在取得良好爆破效果的同時可減小對周邊環(huán)境的影響，也能有效控制爆炸時排放的有毒氣體量，符合國家標準，有利于營造安全的隧道施工環(huán)境。

（2）炸藥用量。在選擇合適的炸藥類型后，計算炸藥爆破用量，根據(jù)結(jié)果選取適量的炸藥。

4.3.2 注意事項

裝藥時用木質(zhì)炮棍輔助操作，用串聯(lián)法連接雷管。炸藥要保持一致性，即同一工作面的炸藥品種必須保持一致，且禁止同一串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中毫秒電雷管與瞬發(fā)電雷管共同使用的情況；在同一串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，還需保證各電雷管“同廠、同批、同牌號”。在炸藥的填塞過程中要加強防護，不可損傷起爆線路；裝藥后，用炮泥封堵，不允許用石塊封堵，否則會影響炸藥的正常爆破；對設(shè)置在起爆藥包中的導爆管采取防護措施，禁止拔出或強行拉出。

4.4 起爆前的安全防護及正式起爆

裝藥結(jié)束后要加強對作業(yè)面及20m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊臋z查，超過1%時不允許爆破。正式爆破前，放炮員將警戒牌交給爆破指揮員，由其在現(xiàn)場加強管控，采取有效的警戒措施；在經(jīng)過警戒操作后將放炮命令牌交給瓦斯檢查員，經(jīng)檢測合格后將放炮命令牌交給放炮員，由其發(fā)出爆破口哨，開始爆破，即整個過程實施的是“三人連鎖爆破制”。

4.5 通風

（1）起爆前，仔細檢查送風機和抽風機電路，確保無異常狀況；日常施工中定期檢查風帶，若有受損則修補，有扭曲則理順，以便在爆破后稀釋瓦斯，減少安全隱患。

（2）從隧道施工情況出發(fā)制定具有可行性的通風管理制度，規(guī)范日常工作；組建專業(yè)的管理班組，做好通風機的日常維護工作，同時完整記錄信息，形成養(yǎng)護記錄；注重對備用風機的檢維修，以備不時之需，例如，主風機出現(xiàn)故障后及時啟用備用風機，經(jīng)過維修后，待主風機恢復正常時再撤下備用風機，使施工全程現(xiàn)場均保持良好的通風條件。爆破前，將風帶撤離至距掌子面至少20m的后方區(qū)域，以免因爆破作業(yè)而損傷風帶；待爆破作業(yè)結(jié)束后，將風帶接至距離掌子面5m左右的位置。

（3）建立通風監(jiān)控檢測系統(tǒng)，將隧道施工安全管理落到實處。在隧道施工過程中，應(yīng)保持隧道通風并加強隧道環(huán)境檢測，掌握隧道的氣象參數(shù)、瓦斯?jié)舛取L速等一些參數(shù)，確保隧道內(nèi)任一位置的瓦斯?jié)舛取?.3%，評估隧道施工環(huán)境的安全性。無異常情況不得停風，如遭遇檢修或停電等特殊情況，應(yīng)及時中止隧道施工，并要求施工人員快速撤出隧道，以保證施工人員的安全。此外，通風管道應(yīng)選擇抗靜電、阻燃性能良好的風管，并對風管進行漏風率檢測，確保風管百米漏風率≤1%。

（4）針對一些容易積聚瓦斯的特殊部位，如坍腔、防水板背后、模板臺車處、斷面變化處，應(yīng)根據(jù)不同部位和具體情況靈活選擇消除瓦斯的方法。在處理完特殊情況恢復通風前，工作人員應(yīng)檢測瓦斯?jié)舛?，確定停風區(qū)的瓦斯?jié)舛取?%、壓入式局部通風機及其開關(guān)地點附近10m以內(nèi)風流中瓦斯?jié)舛取?.5%后即可判斷工作的安全系數(shù)，開啟局部通風機，恢復通風。反之，若發(fā)現(xiàn)停風區(qū)的瓦斯?jié)舛龋?%，則先采取排除瓦斯的安全措施，并撤離回風系統(tǒng)中的工作人員，保證施工人員的人身安全。

4.6 瓦斯檢測

定期校正瓦斯檢測儀器，保證此裝置可正常運行，以便獲得準確的瓦斯檢測數(shù)據(jù)[3]。瓦斯檢測時，著重考慮各炮孔作業(yè)面20m以內(nèi)的空氣，尤為關(guān)鍵的是各類聚積瓦斯的死角以及通風不良等區(qū)域。每班進洞前全方位檢查各通風死角，識別瓦斯?jié)舛龋?.3%的施工區(qū)段，加大檢測力度（出于安全考慮，每15min檢測一次）；若瓦斯?jié)舛仍?.5%以上則每5min檢測一次。考慮到檢測結(jié)果的準確性要求，宜在隧道風流的上部檢測，掌握具體的瓦斯?jié)舛?，利用相關(guān)數(shù)據(jù)指導工作開展。

4.7 瓦斯控制措施

瓦斯超限時檢查現(xiàn)場是否存在瓦斯泄漏點，若有則加強通風即可，直至現(xiàn)場的瓦斯情況得到控制為止。炮孔瓦斯?jié)舛瘸?.0%、釋放壓力在1MPa以內(nèi)時禁止裝藥，用水袋和炮泥封堵。經(jīng)過爆破施工后檢查是否有泄漏情況。若炮孔瓦斯?jié)舛瘸^1.0%但不存在釋放壓力的現(xiàn)象，可以向炮孔內(nèi)吹入高壓風，吹散孔內(nèi)瓦斯，經(jīng)處理后再將預先準備好的礦用許可炸藥和毫秒雷管裝在炮孔內(nèi)，及時用炮泥封堵，然后引爆。對于鉆孔內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸?%、釋放壓力超1MPa的情況，不允許對該斷面的各炮孔進行裝藥，此時應(yīng)由專員加強瓦斯觀測，待24h后若無減弱情況，及時抽排瓦斯，具體可以利用專用瓦斯抽排設(shè)備完成，也可以在周邊打設(shè)輔助眼，加速瓦斯釋放?？傊?，控制瓦斯的方法較多，具體應(yīng)根據(jù)實際情況進行合理應(yīng)用。

5 結(jié)語

綜上所述，低瓦斯隧道施工期間可能會由于瓦斯?jié)舛取⑼咚箟毫Ξ惓６T發(fā)安全事故，因此必須加強安全管控，盡可能減小瓦斯對隧道施工的影響。本文以低瓦斯隧道工程為例，重點對鉆爆法施工技術(shù)進行了探討，提出相關(guān)鉆爆方法以及控制措施，為類似施工提供參考。