大斷面瓦斯隧道爆破掘進施工技術

劉軍權（中鐵二十局集團有限公司，陜西西安　710016）

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大斷面瓦斯隧道爆破掘進施工技術

劉軍權
（中鐵二十局集團有限公司，陜西西安710016）

摘要針對在建簡浦高速公路長秋山隧道穿越瓦斯頻繁突出的龍泉山脈的施工難題，運用現場調查、理論分析、最優化方法等對隧道工程條件和瓦斯涌出風險進行了分析，提出了瓦斯條件下的總體爆破原則、爆破方案及參數，確定了爆破施工工藝。實踐表明，所提出的瓦斯隧道爆破施工系列方案及技術可以獲得較好的爆破效果并能夠確保工程安全和進度。

關鍵詞爆破工程；瓦斯隧道；掘進施工；大斷面

1　工程概況

在建的簡浦高速公路長秋山隧道穿越瓦斯頻繁突出的龍泉山脈，其出口段穿越三疊系須家河組底層的砂巖和粉砂質泥巖夾頁巖。根據鉆探揭示及調查，該巖層夾煤層，有一定的生烴能力，巖層中古代植物在成煤過程中發生厭氧菌作用并分解產生瓦斯。盡管地質勘探時孔口未見瓦斯溢出，但不排除局部裂隙發育段瓦斯聚集，必須對隧道建設過程中的爆破等施工技術進行詳細研究，消除潛在的安全隱患。

長秋山隧道洞身段為分離式隧道，左線全長1 933 m，右線長1 187 m，洞門采用削竹式洞門。長秋山隧道出口明洞地段為崩坡積塊石堆積體，邊仰坡開挖易使附近的崩坡積塊石沿巖土的界面產生土體坍塌，穩定性差。暗洞地段為松散塊石結構，隧道開挖易垮塌冒頂，圍巖破碎，自穩性差。左右線隧道中間距離為41. 94～59. 05 m，埋深為0～280 m，洞口覆蓋層0～30 m，由于右線受洞頂側沖溝發育影響，輕微偏壓。從整體來看，由于山體單薄，巖層單斜，自然坡度大，易于地表水、地下水的迅速排泄，致使地表水入滲量少；巖性以粉砂質泥巖為主夾砂巖，泥巖富水性、透水性差、相對隔水，砂巖為場地的主要含水層，厚度小。勘測顯示，隧址所在區地下水不豐富，局部有裂隙型的線狀至股狀水流，巖層中的地下水受粉砂質泥巖相對隔水作用而具承壓性。

2瓦斯涌出可能性分析

左線里程ZK306 + 852. 8下方32. 6 m處有一條老煤窯巷道，老煤窯進口高程為550. 0 m，老煤窯巷道口的水位接近550. 0 m，而長秋山隧道左洞設計標高為521. 72～531. 16 m，使得老煤窯水位高出長秋山隧道底板20～30 m，導致隧道左洞開挖時極可能發生涌水、突水甚至突泥現象。另外，老煤窯巷道底部標高為437. 1 m，遠低于長秋山隧道左右洞設計高程，如果老煤窯中聚集的瓦斯不能通過其他通道逸散則會從開挖產生的大量隧道圍巖裂隙中溢出，風險極大。

3瓦斯條件下的隧道爆破方案及參數

隧道瓦斯地段的掘進爆破施工中，總體施工原則是“早封堵、短進尺、多循環、快封閉”，防止有害氣體的溢出。按隧道及爆破工程技術［1-3］，確定瓦斯洞段爆破方案及參數。

3. 1爆破參數

采用YT28氣腿式風動鑿巖機鉆孔，配用42 mm的鉆頭，即炮孔孔徑為42 mm。孔距一般為0. 8～1. 2 m，取0. 9 m；排距一般為0. 6～1. 0 m，取0. 8 m。另外，結合工程地質及斷面條件，充分考慮可能出現的瓦斯情況，確定周邊眼隧道爆破參數，如表1所示。

表1　周邊眼隧道爆破參數

3. 2爆破器材的選擇

根據隧道所穿越圍巖的堅固性系數f、巖石縱波波速并結合圍巖級別，選用威力適中、匹配性好且易于切割分裝成小卷的煤礦許用炸藥，其安全等級不低于三級的煤礦許用含水炸藥。另外，依據電力起爆方法選用煤礦許用電雷管。使用煤礦許用2#巖石乳化炸藥和毫秒電雷管，主要爆破材料及規格見表2。

表2　主要爆破材料及規格

3. 3掏槽形式

采用楔形掏槽，具體炮眼布置見圖1。

圖1　楔形掏槽炮眼（俯視）布置（單位：cm）

3. 4裝藥結構

采用正向連續裝藥結構，炮眼深度不足0. 9 m時，裝藥長度小于炮眼深度的1 /2；炮眼深度為0. 9 m以上時，裝藥長度小于炮眼深度的2 /3。另外，在煤層中爆破裝藥長度不大于炮眼深度的1 /2。

3. 5爆破起爆網絡

采用串聯連接方式，線路所有連接接頭應相互扭緊，明線部分應包覆絕緣層并懸空。母線與電纜、電線、信號線應分別掛在巷道的兩側，若必須在同一側時，母線必須掛在電纜下方，并應保持0. 3 m以上的間距。母線采用具有良好絕緣性和柔軟性的銅芯電纜，并隨用隨掛，嚴禁將其固定，母線的長度必須大于規定的爆破安全距離，采用絕緣母線單回路爆破。

3. 6炮眼及起爆網路布置

根據不同圍巖級別采用不同的炮眼布置，在此僅對Ⅳ，Ⅴ級圍巖爆破設計進行說明，其他不做贅述。Ⅳ，Ⅴ級圍巖爆破炮眼及起爆網路布置如圖2所示。

圖2　圍巖爆破炮眼及起爆網路布置（單位：m）

4　爆破施工工藝

依據爆破施工技術［4-5］，掌子面的地質情況，確定圍巖類別，選定爆破方案→據爆破設計放線布眼→風鉆鉆眼→（按規程領取加工爆破火工品）裝藥→人員設備退場→起爆→排煙→檢查爆破效果→修正爆破設計→進入下道工序。

爆破施工過程必須對關鍵步驟和位置進行必要控制，具體如下：

1）采用光面爆破技術和微震控制爆破技術，嚴格控制裝藥量，以減小對圍巖的擾動，控制超欠挖，控制洞渣粒徑以利于挖掘機和裝載機裝渣。

2）隧道開挖每個循環都進行施工測量，控制開挖斷面，在掌子面上用紅油漆畫出隧道開挖輪廓線及炮眼位置，誤差不超過5 cm，并采用激光準直儀控制開挖方向。

3）鉆眼按設計方案進行。鉆眼時掘進眼保持與隧道軸線平行，除底眼外，其他炮眼口比眼底低5 cm，以便鉆孔時的巖粉自然流出，周邊眼外插角控制在3° ～4°。掏槽眼嚴禁互相打穿相交，眼底比其它炮眼深20 cm。

4）裝藥前炮眼用高壓風吹干凈，檢查炮眼數量。按爆破設計順序裝藥，裝藥作業分組分片進行，定人定位，確保裝藥作業有序進行，防止雷管段別混亂而影響爆破效果。所有炮眼的剩余部分應用水炮泥和黏土炮泥封堵。

5）起爆采用復式網絡導爆管起爆系統，每組控制在12根以內。導爆管連接好后有專人檢查，無誤后起爆。

盡管現場測試結果表明瓦斯濃度并不高，但在施工過程仍然采用本文提出的爆破施工方案及參數。從實際情況看，爆破效果比較好，巖體破碎程度較好且爆堆形狀合理，有利于后續裝運工序，除了可以保證生產進度外，對初期支護的爆破振動影響也較低，能夠滿足工程安全要求，隧道成洞如圖3所示。

圖3　隧道爆破開挖后成洞效果

5　結論

1）目前在建的大量瓦斯隧道普遍工程地質及圍巖條件較差，除了有涌水、突水甚至突泥的可能外，還經常會因老煤窯或瓦斯地層中聚集的瓦斯溢出，致使隧道施工風險極大，必須嚴密關注以免誘發重大安全事故。

2）結合工程實際提出的“早封堵、短進尺、多循環、快封閉”的瓦斯隧道總體施工原則、爆破方案及參數和施工工藝能夠滿足長秋山隧道的安全要求，可以獲得較好的爆破效果并能保證隧道初期支護不受爆破振動影響。

3）由于瓦斯隧道及龍泉山巖層富含瓦斯的特殊性，必須加強后期瓦斯監測頻度，并據此對爆破方案及參數做出動態調整。

參考文獻

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［3］趙偉.發耳高瓦斯公路隧道開挖爆破技術［J］.隧道建設，2015（4）：369-372.

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［5］卿光全.鐵路瓦斯隧道爆破施工技術［J］.爆破，1993（4）：48-50.

（責任審編趙其文）

Construction Technology of Large Cross Section Gas Tunnel Driving by Drill and Blast Method

LIU Junquan
（China Railway 20th Bureau Group Corporation，Xi'an Shaanxi 710016，China）

AbstractAccording to the construction difficulty of Jianpu expressway Changqiushan tunnel passing through Longquan mountains where gas frequently happens，the tunnel engineering conditions and gas emission risk were analyzed by using the method of field investigation，theoretical analysis and optimization method. T he general blasting principle，blasting scheme and parameters in gas condition were presented and the blasting construction technology was determined. T he results showed that the series of blasting and construction schemes for gas tunnel could obtain good blasting effect and ensure the safety and progress of the project.

Key wordsBlasting engineering；Gas tunnel；Driving construction；Large cross section

中圖分類號U455. 41

文獻標識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 15

文章編號：1003-1995（2016）06-0055-03

收稿日期：2016-01-16；修回日期：2016-03-18

作者簡介：劉軍權（1974—），男，高級工程師。