在役管道近距離并行管溝的爆破施工技術

張志強

（中國石油天然氣管道局第三工程分公司，河南中牟451451）

在役管道近距離并行管溝的爆破施工技術

張志強

（中國石油天然氣管道局第三工程分公司，河南中牟451451）

新管道建設中，經常出現與原有的油氣管道并行的情形，在很多地段與原有的在役油氣管道距離很近。當采用爆破作業時，確保在役管道的安全成為關鍵問題。文章根據西氣東輸二線工程的施工作業實踐，總結了在役管道近距離并行管溝施工的爆破作業技術要領，包括爆破作業的方式選擇、參數確定、技術措施和安全要求、爆破網路連接等，為今后類似工作提供參考。

在役管道；并行管溝；爆破作業；近距離施工

0 引言

近年來，隨著我國長輸管道建設速度的加快，國家能源通道已漸成區域化、網絡化之勢。新的管道建設時，經常出現與原有的油氣管道并行的情形。管道施工作業時，在很多地段與原有的油氣管道距離很近，當采用爆破作業時，確保在役管道的安全成為關鍵問題。近年來在西部管道、西氣東輸二線、澀寧蘭復線建設過程中，都有此類情形。如西氣東輸二線工程新疆霍爾果斯—寧夏中衛段，管道長度為2 705.08 km，其中并行管道全長1399.9km，而巖石段管溝長度為549.61km?，F結合西氣東輸二線施工時與在役管道（西氣東輸管道和西部原油成品油管道）近距離并行段管溝爆破作業的具體實踐，談幾點體會。

根據在役管道近距離并行石方段管溝爆破方案審查專家組的意見，先進的爆破器材和毫秒延時爆破技術的綜合應用可以實現近距離（不小于10 m）在役管道爆破作業。為確保在役管道的安全，確定距在役管道20 m以外的管溝采取科學的爆破施工手段，爆破施工時按與在役管道的不同距離對爆破方法、爆破類型、起爆技術、孔網參數、炸藥及起爆器材等因素采取科學、有效的限定措施，可以確保鄰近在役管道的運行安全。

1 爆破方式選擇

1.1 開挖方式

根據設計說明和現場勘探，在役管道鄰近段巖石管溝分兩種情況：一種為土石結合段，上部為土方或機械可以開挖的石方，下部為需爆破巖石；另一種為全巖石段，機械無法開挖。對全巖石段可直接鉆孔爆破；對土石結合段首先用機械開挖管溝至不可開挖時為止，下部巖石出露后再進行鉆孔、爆破。

爆破施工采取機械化、標準化施工手段，采用松動控制爆破方案。

1.2 爆破方式

石方段管溝最小底寬B=2.119 m，按底寬2.2 m設計爆破參數；石方段管溝最小深度H=2.619 m，按深度H=2.7 m設計爆破參數。溝槽爆破特點是巖石夾制作用大，炸藥單耗高。管溝爆破的施工可分為分層臺階爆破法和一次成型爆破法。為保證工期，在滿足安全的條件下采取管溝一次成型爆破法。

2 爆破參數確定

2.1 孔徑Φ

潛孔鉆機鉆孔：Φ=90 mm，64 mm。

鑿巖機鉆孔：Φ=40 mm。

2.2 孔深L

L=H+h

式中H——管溝設計深度/m；

h——超深，全巖石段取h=（8～10）Φ，土石結合段取h=0.3 H。

全巖石段：Φ=90 mm時，h=0.72～0.9 m，按三種巖石分別取h=0.7、0.8、0.9 m；Φ=64 mm時，h=0.51～0.64 m，按三種巖石分別取h=0.5、0.6、0.7 m。

土石結合段：Φ=40 mm時，L=H+0.3 H=1.3 H。

2.3 最小抵抗線W

W=25 Φ

潛孔鉆鉆孔：當Φ=90 mm時，W=2.25 m，取W=2.2 m；當Φ=64 mm時，W=1.6 m。

鑿巖機鉆孔：Φ=40 mm時，W=1.0 m。

2.4 孔距a

a=m×W式中m——炮孔密集系數，管溝爆破取m=1.0。

潛孔鉆鉆孔：Φ=90mm時，a=2.2m；Φ=64mm時，a=1.6 m。

鑿巖機鉆孔：Φ=40 mm時，a=1.0 m。

2.5 排距b

b=0.8 a

潛孔鉆鉆孔：Φ=90mm時，a=2.2m，b=1.76 m，取b=1.8 m；Φ=64 mm時，a=1.6 m，b=1.28 m，取b=1.3m。

鑿巖機鉆孔：Φ=40mm時，a=1.0m，b=0.8 m。

潛孔鉆鉆孔根據孔徑和巖石硬度沿管溝橫向布置1～3排炮孔。

鑿巖機鉆孔根據孔徑和巖石硬度沿管溝橫向布置3～5排炮孔。

炮孔為梅花型布置（見圖1）。

圖1 潛孔鉆炮孔典型布置示意

2.6 單位炸藥消耗量q

管溝松動控制爆破單位炸藥消耗量按表1確定。

表1 管溝松動爆破炸藥單位消耗量

2.7 單孔裝藥量Q

Q=q×H×a×b

式中Q——單孔裝藥量/kg。

2.8 線裝藥密度D（=Q/m）

當炸藥密度為1.0 g/cm3時：

潛孔鉆鉆孔：Φ=90 mm時，D=6.36 kg/m；Φ=64 mm時，D=3.22 kg/m。

鑿巖機鉆孔：Φ=40 mm時，D=1.26 kg/m。

3 確定爆破作業技術措施

對鄰近管道的保護措施，參照解放軍理工大學所編寫的《西部原油、成品油管道工程爆破作業指導書》中爆破施工方法及質點振動速度公式中K、α的相關數據。鄰近管道最大安全振動速度采納2008年10月28日于北京召開的在役管道爆破方案評審會的評審意見：鄰近管道最大安全振速為7 cm/s，以此數值來計算鄰近管道在不同間距上的單次齊爆最大允許裝藥量，即可保證鄰近管道的運營安全。

根據西部原油成品油管道與西氣東輸管道近距離爆破作業積累的成熟的爆破施工經驗，決定分兩個間距范圍對西氣東輸二線工程管溝爆破施工的爆破方法、起爆技術、孔網參數、炸藥及起爆器材等進行限定，即間距大于50m范圍和間距在20～50m范圍。

4 間距大于50 m的爆破施工要求

當西氣東輸二線爆破位置與鄰近管道中心線間距大于50 m時，在該距離范圍內鄰近管道主要受到爆破振動的危害。

4.1 單次齊爆最大允許藥量

按爆破振動公式變形后的單次齊爆最大允許藥量公式：

Qmax=R3×（V/K）3/α

式中Qmax——最大允許藥量/kg；

R——爆源中心到振速控制點距離/m；

V——允許最大振動波速/（cm/s）；

K，α——與地質地形有關的系數。

在該距離范圍內K取值為110，α取值為1.30，鄰近管道最大安全振速Vmax為7 cm/s，鄰近管道在不同間距上的單次齊爆最大允許藥量見表2。

表2 與鄰近管道間距大于50 m時單次齊爆最大允許藥量

4.2 間距大于50 m不同孔徑爆破參數表（見表3、表4）

表3 Φ 90 mm孔徑爆破參數

表4 Φ 40 mm孔徑爆破參數

4.3 間距大于50 m爆破安全要求

在單次齊爆最大允許藥量表中計算出的單次齊爆藥量較大，并不表明在此距離范圍內當單次齊爆藥量小于對應距離單次齊爆最大允許藥量數值時可隨意實施爆破作業。在該范圍內其他爆破參數不合理仍然存在爆破安全隱患，如：單耗過大或孔網參數不合理會產生飛石，飛石在落地時的沖擊作用同樣會對鄰近管道造成危害。

根據溝槽開挖爆破工程的成功經驗，在所有爆破參數中，首先確定鉆孔深度，按鉆孔深度確定飛石在安全范圍內的最大單孔藥量，然后按單孔破壞范圍確定孔距和排距。其中，延時爆破單耗不得大于1.4 kg/m3，電雷管一次性起爆單耗不大于1.0 kg/m3。試爆的炸藥單耗控制在0.7～0.9 kg/m3。

5 間距20～50 m的爆破施工要求

當西氣東輸二線管溝與鄰近管道間距為20～50 m時，在該范圍內鄰近管道主要受到爆破振動及個別飛石沖擊的危害。

（1） 間距20～50 m單次齊爆最大允許藥量。按單次齊爆最大允許藥量公式Qmax=R3×（V/K）3/α，在該距離范圍內K取值為110，α取值為1.3，鄰近管道最大安全振速Vmax為7 cm/s，鄰近管道在不同距離的單次齊爆最大允許藥量見表5。

表5 與鄰近管道間距20～50 m單次齊爆最大允許藥量

（2） 間距20～50 m爆破參數見表6、表7。

表6 Φ 64 mm孔徑爆破參數

（3） 間距20～50 m爆破安全要求。在間距20～50 m范圍內對爆破作業的多個要素都必須實施控制，首先必須控制爆破的單次齊爆最大允許藥量。

表7 Φ 40 mm孔徑爆破參數

管溝和降坡鉆孔孔徑不得超過76 mm，因為孔徑大時勢必造成較大的孔網參數和單孔裝藥量，產生大塊巖石飛濺，將大大提高沖擊管道的概率。

當管道所處位置高于管溝1 m以上時，為防止爆破振動的疊加作用，相應距離的最大允許藥量為單次齊爆最大允許藥量表中所對應項的80%。

為防止爆破振動的疊加，采用導爆管延時起爆技術，規定延時時間間隔不得小于100 ms，最佳延時時間為125～155 ms。

正常設計深度的管溝采用單排3～5孔布孔形式，為提高管溝的成型及較好的溝壁直立性，采用V型網路連接起爆方式，布孔形式及起爆網路的連接方式如圖2所示。

圖2 微差起爆網路示意

在滿足單次齊爆最大允許藥量要求的基礎上，可以采用兩排以上的群孔起爆方式。采用減弱松動爆破，爆破作用指數n＜0.75。在該區段內，無論進行作業帶降坡還是開挖管溝均不得采用擴壺爆破。當采用一段管溝齊爆時，該段管溝最大炸藥單耗不得超過0.9 kg/m3。

6 不合格管溝二次爆破的技術要求

6.1 不合格管溝的施工要求

在管溝經第一次爆破開挖后，若部分地段管溝達不到設計要求，需要進行補充施工。施工中考慮以下兩種情況：

（1） 巖石欠挖深度小于0.5 m零星小范圍的不合格區段管溝，采用液壓鎬或采用以壓縮空氣為動力的手持式破碎機處理。

（2） 巖石厚度大于0.5 m的或雖然巖石欠挖深度較小但面積較大的不合格區段管溝，采用二次爆破法。

6.2 爆破參數

需要二次爆破的不合格管溝由于形成的原因不同、地質條件不同、孔深和孔徑也不同，因此無法給出一個確切的爆破參數表，最有效的方法就是參照第一次爆破時的爆破參數進行調整：如加大單耗、增加孔深、減小孔距和排距、提升裝藥高度、增大單孔藥量等。

7 爆破飛石及防護

7.1 爆破飛石的危害

由于爆破飛石事故往往超過爆破事故總數的25%，因此在設計和施工中必須對爆破飛石進行控制。在管道鄰近地段進行石方管溝爆破作業時，更要避免爆破飛石對鄰近管道的落地沖擊。

7.2 爆破飛石的控制

（1） 設計要求。根據管溝尺寸、地質條件、鉆孔孔徑選擇合理的最小抵抗線、炸藥單耗和孔網參數。

（2） 鉆孔要求。按設計要求的炮孔位置、炮孔角度和鉆孔深度鉆孔。

（3） 裝藥要求。裝藥前認真校核最小抵抗線的方向、大小和炮孔的深度，如有變化，必須修正裝藥量，不準超量裝藥。

（4） 特殊地質處理。設計和施工中避免藥包位于巖石軟弱夾層處、斷層、軟弱帶、張開裂隙、成組發育的節理等地質構造，如果炮孔位于以上的地質構造中可以采取間隔填塞、調整藥量等方式控制飛石產生。

（5） 改變爆破方式。采取低爆速炸藥、不耦合裝藥形式、毫秒延時起爆系統，對于多排爆破選擇合理的延時時間，防止前排炮孔起爆后造成后排炮孔最小抵抗線及方向失控，避免飛石的產生。

7.3 爆破飛石的防護

巖石堅硬的地段，在爆破網路連接完畢并作有效保護的前提下，在管溝爆破范圍內覆蓋0.5～1.0m厚的軟土，增大炮孔的最小抵抗線，對飛石產生緩沖作用。

在表層巖石破碎、極易產生孔口飛石的炮孔上，加壓裝滿軟土的編織袋1～2層。

當開挖深度比較小時，可在開挖范圍內使用專用材料對爆破區域進行覆蓋。管溝表面的覆蓋材料要具有一定的重量、強度和柔性，易于搬動并且耐用，比如草袋、草簾、竹笆、荊笆等；或使用汽車廢舊外胎、膠管、廢傳送膠帶、鐵皮、鐵網等制成專用炮被。

當附近有重要被保護目標時，應采取多種聯合覆蓋方式。覆蓋時的注意事項：覆蓋范圍要大于炮孔的分布范圍；注意保護起爆網路，使用金屬覆蓋物時，應將電爆網路中的接頭用絕緣膠布包裹好，嚴防短路；覆蓋材料間要捆扎牢固，防止分段起爆時覆蓋物拋散。

8 爆破網路

8.1 起爆器材選擇

根據周圍環境情況，本著安全第一、可靠起爆的原則對起爆器材進行選擇，起爆器材包括塑料導爆管雷管、電雷管、導爆索。嚴禁使用火雷管。

8.2 網路連接方式

（1） 導爆管網路的連接形式：在管溝爆破中采用接力式捆聯方式，以延時導爆管雷管作為傳爆元件，將網路順序連接下去，每經過一個連接點，其后連接的藥包起爆時間就滯后一定時間，整個網路的藥包按一定時差一組（個）一組（個）順序起爆（見圖3）。

（2） 電爆網路的連接方式：在管溝爆破中一般采用串聯方式，優點是易于檢查，要求電源功率小，適合于電容式起爆器起爆（見圖4）。

（3） 導爆索網路的連接方式：在管溝爆破中采用串聯方式，使用不同的繼爆管可以合理安排起爆順序和毫秒延時起爆時間（見圖5）。

8.3 爆破網路連接技術

爆破網路的連接必須在爆破區域裝藥堵塞全部完成和無關人員全部遷至安全地點之后，由爆破工程技術人員或有經驗的爆破員進行連接。

8.3.1導爆管爆破網路的連接技術

施工前應對導爆管進行外觀檢查，用于連接的導爆管不允許有破損、拉細、進水、管內雜質、斷藥、塑化不良等現象。

連接時導爆管不允許打結，不能對折，防止管壁破損、管徑拉細和異物入管。

根據炮孔的深度、孔間距確定導爆管長度，炮孔內導爆管不應有接頭。

圖3 導爆管起爆網路示意

圖4 串聯電爆網路示意

圖5 導爆索微差起爆網路

用套管連接兩根導爆管時，兩根導爆管的端面應切成垂直面，接頭用膠布纏緊或加鐵箍夾緊，使之不易被拉開。

孔外相鄰傳爆雷管之間應留有足夠的距離，以免相互錯爆或切斷網路。

用電雷管起爆導爆管網路時，起爆導爆管的電雷管與導爆管捆扎端端頭的距離應不小于15 cm，連接位置要置于平坦的地面，上部加壓不小于20cm厚的軟土，以防止雷管聚能穴炸斷鄰近導爆管。

只有所有人員、設備撤離爆破危險區，具備安全起爆條件時，才能在主起爆導爆管上連接起爆雷管。

8.3.2電爆網路的連接技術

在進行電爆網路施工前，應進行如下準備工作：當爆區附近有各類電源及電力設施，有可能產生雜散電流時，或爆區附近有電臺﹑雷達、電視發射臺等高頻設備時，應對爆區內的雜散電流和射頻電的強度進行檢測；若電流強度超過安全允許值30 mA時，不得采用普通電雷管起爆網路，應采用抗雜電雷管或導爆管、導爆索起爆網路；同一起爆網路中，應使用同廠、同批、同型號的電雷管。

9 爆破振動強度監測

所有在役管道兩側20～500 m范圍內的不同巖性和不同爆破施工單位的第一次爆破都應安排監測單位在管道位置處進行爆破振動速度監測。

正常爆破施工時安排監測單位進行15%～20%爆破次數的飛行抽查監測。

監測單位監測后要填寫爆破振動監測報告，監測報告內容應包括：監測目的和方法、測點布置、實測波形圖及處理方法、各種實測數據判定標準和判定結論。

監測單位要及時將監測報告通知爆破施工單位，以便對爆破方案進行改進優化。

10 結束語

本文結合西部管道、西氣東輸二線、澀寧蘭復線的實踐，總結了在役管道近距離并行石方段管溝爆破作業的經驗，為今后類似爆破作業提供了有效的理論和實踐參考。

[1] 初寶民，王國立.模擬爆破試驗在西部管道工程中的成功應用[J].石油工程建設，2006，32（5）：14-18.

Abstract：A new pipeline project often faces the situation that its route is parallel to an existing oil or gas pipeline and the distance between the two pipelines is very close in some pipeline sections.When explosion operation is applied for trench excavation,the security of the in-service pipeline is essential.Based on—5—the construction practice in Second West to East Gas Pipeline Project,the key techniques of explosion operation for trench excavation near a parallel in-service pipeline are summarized with respect to explosion way selection,parameters determination,technical measures,safety requirement,explosion network connection,and so on.Those key techniques will be helpful to other similar pipeline projects.

Key words:in-service pipeline;explosion operation;construction within short distance

（36）Explosion Technique Used for Trenching near Parallel In-service Pipeline

ZHANG Zhi-qiang（CPP Third Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Zhongmu 451451,China）

U455.6

B

1001－2206（2011）01－0036－06

張志強（1970-），男，河南滎陽人，工程師，1997年畢業于河南省財經學院，一直從事長輸管道施工管理工作。

2010-01-31；

2010-11-02