靜態爆破技術在并行管道施工中的應用

馬學海，許研新

（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊065000）

靜態爆破技術在并行管道施工中的應用

馬學海，許研新

（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊065000）

新建管道與在役管道近距離并行敷設時，管溝開挖往往采用機械或人工方式，效率低、費用高，且容易擾動在役管道。文章結合靜態爆破的特點，深入討論了采用靜態爆破方式開挖管溝的方法及技術要求，并以蘭成原油管道與蘭成渝成品油管道并行段為例，介紹了靜態爆破的施工方式及相關參數。

靜態爆破；并行管道；方案設計

0 引言

根據《石油天然氣管道保護條例》，管道中線兩側各50 m內禁止爆破。但隨著管道建設的發展，我國正逐步形成全國性的天然氣管道、成品油管道網絡，在很多地區出現了多條管道并行敷設的情況。由于地形原因或受城鎮規劃限制，很多山區石方段并行間距都難以滿足50 m要求，例如西氣東輸二線有2 500 km與已建管道并行敷設，其中間距小于50 m的石方段長達192 km。為了解決管溝開挖問題，制訂了間距大于20 m時的爆破工藝規程，但對于間距小于20 m的地段要求采用人工開挖或機械開挖，當間距小于5 m時必須采用人工開挖。

人工開挖的效率很低，對于中等堅硬的巖石，一個工人一天只能開挖1m3左右，而且勞動強度大，費用高。如果兩條管道大段近距離并行，人工開挖既不安全也不經濟，靜態爆破是一個很好的選擇。

1 靜態爆破工作原理

靜態爆破是一種不用炸藥就能使巖石、混凝土破裂的施工方式。與普通爆破技術相比，靜態爆破技術具有安全、無噪音、無震動、無飛石、無硝煙、無污染、不影響周圍環境等優點。目前國產靜態破碎劑最大膨脹力可達到122 MPa，反應時間可在10 min以內。

采用靜態爆破時，需有臨空面，臨空面越多、單位破石量越大、效率越高。施工時首先在臨空面后側鉆膨脹孔，鉆孔方向應盡量與臨空面平行，孔距和排距與巖石硬度有關，硬度越大，孔距與排距越小。鉆孔直徑直接影響破碎效果，鉆孔過小，不利于藥劑充分發揮效力；鉆孔太大，易沖孔，推薦孔徑為38～42 mm。鉆孔完成后，即向孔內注入破碎劑。將藥劑與水攪拌成流質狀態后，迅速倒入孔內并確保藥劑在孔內處于密實狀態。也可采用藥卷裝填鉆孔?？卓诹? cm用黃泥封堵保證水分藥劑不流出。巖石剛開裂后，可向裂縫中加水，支持藥劑持續反應，可獲得更好效果。

靜態爆破的工作原理是利用靜態破碎劑水化膨脹后對孔壁產生的徑向壓力，當徑向壓力在孔壁切向上引起的拉應力大于巖石的抗拉強度時，巖石就被破碎，因此可以在無震動、無沖擊條件下破碎巖石，具有較高的安全性[1]。

靜態爆破技術在管道施工中已有過成功應用。如蘭成渝管道滑坡治理時，需在距管道邊坡下方6 m左右打一排抗滑樁，樁徑為1.8 m×1.8 m，樁基嵌入基巖5 m，該處為砂巖。為了確保蘭成渝管道安全，樁基開挖時采用了靜態爆破技術，形成的基坑完全滿足設計要求。忠武線在山區段穿越一條大口徑輸氣管道時，也采用了靜態爆破技術，該處為微風化砂巖，采用常規方式很難施工，通過靜態爆破方式，順利地開挖了管溝。

2 靜態爆破方案及參數設計

在山區石方段，當新建管道與在役管道并行敷設時，若并行間距小于20 m，一般不允許采用常規爆破方式，此時可以考慮靜態爆破。下面以蘭成原油管道與蘭成渝成品油管道并行段為例，討論其靜態爆破方案及參數設計。

蘭成渝成品油管道于2002年建成投產，全長1 247 km，設計最高壓力14.6 MPa，全線包括D 508、D 457、D 323.9 mm三種管徑，沿線經過黃土高原、秦巴山區和四川盆地。擬建的蘭成原油管道大致與蘭成渝管道并行，起點為西部原油管道蘭州末站，終點為四川彭州煉廠，線路全長878 km，管徑610 mm，設計壓力8～13.4 MPa。

原油管道選線時，對于開闊的河谷地，盡量并行敷設，間距一般不小于10 m；對于山區石方段盡量分離敷設，從而避免管道施工對在役管道的影響。但由于地形限制，個別地段是無法避繞的，如廣元市劍閣縣境內的姚家壩—三叉河段，該段為一谷地，谷地內分布有綿廣高速公路、蘭成渝管道、青廣天然氣管道、軍用光纜等，原油管道只能沿蘭成渝管道敷設，并行段長度2.5 km，間距8 m左右。該段為砂巖，中風化～微風化，普氏系數F為6～8。

2.1 管溝參數

由于地形限制，管道需采用溝下焊接方式。根據GB 50253-2003《輸油管道工程設計規范》要求，溝底寬1.5 m，溝深1.8 m，坡比考慮為0。為了提高施工效率，統一藥效，管溝應采用分段開挖的方式，每段長度以2～5 m為宜。

2.2 鉆孔布置方案

對于靜態爆破，臨空面越多，施工效率越高。因此在初始破碎時，主要是創造臨空面。管溝開挖前只有一個臨空面，為了順利成型且向上出渣，先在管溝中心鉆兩排斜孔，相交成V型，交角30°，裝藥破碎后，將碎石掏出，形成一V型溝槽。為了達到管溝規定深度，需將V型槽放大，在現有溝槽外側再鉆兩排斜孔，孔深超過設計標高5 cm，交角30°，破碎后形成一大的V型溝。然后在V型溝外緣各鉆一排垂直孔，將管溝切割成矩形。最后按照規定的管溝寬度來鉆邊孔，孔深超過設計標高5 cm。鉆孔布置方案見圖1。

2.3 鉆孔參數

圖1 管溝靜態爆破鉆孔布置/cm

（1） 孔距與排距。孔距與排距的大小與巖石硬度有直接關系，硬度越大，孔距與排距越小，反之則越大。對于一般巖石，破碎深度在2 m以內時，孔距與排距的經驗值見表1[2]?？梢酝ㄟ^現場試驗適當調整鉆孔參數，以達到最佳破碎效果。本工程巖石普氏系數F為6～8，破碎初始只有一個臨空面，因此孔距選30 cm，第一個V型槽排距為50 cm，其余鉆孔排距均為25 cm。

表1 孔距與排距經驗值

（2） 孔徑。鉆孔直徑與破碎效果有直接關系，孔徑過小，不利于藥劑充分發揮效力；孔徑太大，易沖孔。根據蘭成渝管道施工經驗，鉆孔孔徑選為42 mm。

（3） 鉆孔深度與裝藥深度。由于鉆孔破碎后，底部有少量的基巖殘留，為了達到設計要求的管溝深度，所有垂直鉆孔應比設計標高加深5 cm。全孔長裝藥。

2.4 裝藥、破碎

首先將鉆孔內粉塵和余水吹掃干凈，將藥劑加30%左右的水（重量比）攪拌成流質狀，迅速倒入孔內并用略小于孔徑的木棒搗實捅緊。裝藥完畢后，用濕麻袋蓋住鉆孔，以防發生沖孔傷害施工人員。巖石開裂后，立即向裂縫中加水，以支持藥劑持續反應。

2.5 施工注意事項

（1） 施工單位應提前向在役管道運營單位提出施工申請，并簽署安全生產管理協議后方可施工，運營單位應派人現場監督。

（2） 作業帶掃線前，應探明在役管道準確位置，作出明顯標識，并設置隔離帶。

（3） 施工作業帶應在隔離帶以外，靠近在役管道一側作為堆土場地，另一側用于施工機具通行。

（4） 當兩管道并行間距較小時，應采用小排距、多層次破碎，以免一次進尺過大，造成巖體向相反方向移動，擠壓在役管道。

3 結束語

根據中國石油總體規劃，2008-2015年，國內油氣管道建設總里程將達到3.7萬km，逐步形成全國性的天然氣管道、成品油網絡。隨著管道建設規模的擴大，多條管道并行情況將普遍存在。受地形限制或規劃原因，并行間距往往只有5～10 m，極困難地段甚至需同溝敷設。對于山區石方段，靜態爆破技術可以很好地解決管溝開挖問題，確保在役管道的安全。

［1］魏承景，謝逢午.靜態破碎技術[M].南寧：廣西科學技術出版社，1989.30-31.

［2］劉鍵.靜態爆破研究、爆破與安全[M].武漢：湖北科技出版社，1984.20-21.

Abstract：When a new pipeline laid near a parallel in-service pipeline,mechanical or manual trenching methods are often used in the construction,which have the disadvantages of low efficiency,high costs and easily interfering with the in-service pipeline.This paper discusses the characteristics of static explosion,the trenching method and technical requirements of using static explosion way.It takes the parallel section of Lan-Cheng crude oil pipeline to LAN-Cheng-Wu product pipeline as an example to introduce the construction method and the relevant parameters of static explosion.

Key words:static explosion;parallel pipelines;scheme design

（34）Application of Static Explosion Technique in Parallel Pipeline Construction

MA Xue-hai（China Petroleum Pipeline Engineering Co.,Ltd.,Langfang 065000,China）,XU Yan-xin

U455.6

B

1001－2206（2011）01－0034－03

馬學海（1975-），男，天津人，工程師，1998年畢業于西南石油學院油氣儲運專業，現從事管道線路工程設計工作。

2010-04-27