山嶺高瓦斯隧道鉆爆開挖控制要點的分析

胡小剛 周遠毅

（中交二航局第二工程有限公司）

1 工程概況

南充某園區鐵路項目位于西南地區南充境內，從蘭渝鐵路廣安支線接軌，橫穿凌云山區，全線長28km。該項目隧道為共8座，全部為單洞單線隧道，圍巖級別為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，其中粟家灣隧道、單碑石隧道長度別為2.5km和2.7km，均為高瓦斯隧道。Ⅲ級、Ⅳ級圍巖段最大開挖寬度為6.4m，高度為9.4m，斷面面積為52m3。隧道最大埋深約200m。

兩座隧區周邊均無較大的地表水系，水流主要為進出口的自然降水。隧道內含有毒有害氣體。根據《淺層天然氣分布特征咨詢研究》報告（由西南石油大學提供），該項目隧道位于川東北油氣田區范圍內，油氣層埋深約為2000～2800m。由于該地區地質特征，瓦斯等有害氣體會順著巖層構造裂隙上溢，并在基巖裂隙中游散富集，局部形成天然氣囊。該地區有害氣體具有隨機性和不均勻性的特點，瓦斯突出是該項目隧道施工主要的安全隱患。

兩座高瓦斯隧道隧區位于西北山脈的單斜構造中，巖層較為穩定。地層為水平狀，未見斷層構造，巖層傾角一般3～8°，局部4～10°。隧道施工臺階法施工，分上下臺階，淺埋地段開挖時采用機械開挖，其它地段采用鉆爆開挖。其余施工技術采用錨噴支護初襯、自卸汽車出渣、軸流風機通風等。

2 高瓦斯隧道爆破要求

（1）《煤規》第295條規定：在有瓦斯或有煤塵爆炸危險的區域，必須采用煤礦許用炸藥及煤礦許用電雷管，嚴禁使用導爆雷管或普通導爆索，并且要求煤礦許用電雷管時最后1段的延期時間應≤130ms。該項目兩座高瓦斯隧道施工中，嚴格執行上述規定，確保施工安全。

（2）施工規定按要求凡是在高瓦斯隧道中采用鉆爆開挖時，應一律采用正向裝藥，正向起爆。目的是使發爆時震波傳導方向朝內，對阻擋、封堵瓦斯泄漏或防止溢出較為有利，而且還可以保持開挖掌子面上的圍巖穩定。

（3）在堵塞炮眼時，一般炮眼堵塞長度大于炮眼裝藥長度，直至堵塞滿為止。其目的為了防止爆破瞬間火焰外噴，同時還可提高爆破威力與效果等。

（4）按要求嚴格執行《煤規》、《安規》、《鐵規》安全監督制度，堅決執行相關安全制度即：“一炮三檢制”、“三專兩閉鎖“制、“三人連鎖放炮制”。

一炮三檢制：在每一次爆破過程中的三個時間段進行瓦斯監測，即裝藥前、緊接放炮前、爆破后。

三人連鎖放炮制：放炮前，起爆器鑰匙由瓦斯監測人員遞交給班組長，在由班組長遞交給爆破員，有爆破員準備起爆，以做到萬無一失，確保安全。

三專兩閉鎖：三專是指采用專用的變壓器、開關、電氣線路；兩閉鎖分別為通風與電氣閉鎖和瓦斯與電氣閉鎖。通風與電氣閉鎖簡稱風電閉鎖，是指在特殊原因造成臨時停電的情況下，風機停止工作時，其他設備停止工作；風機啟動時，其他動力設備不會隨風機同時啟動，在確保安全后由人工啟動其他設備。瓦斯與電氣閉鎖簡稱瓦電閉鎖，是指當瓦斯超過濃度限值時，斷電儀啟動迅速切斷電源，停止供電，確保隧道內施工安全。

3 鉆爆開挖施工技術

3.1 鉆眼機械與爆破器材

上臺階開挖中，鉆眼采用自制兩層式開挖臺車，采用12臺YT-28鑿巖鉆機同時開鉆，鉆頭采用φ40mm六角鉆桿和合金鉆頭，炸藥選用3#煤礦許用炸藥，雷管選用 1、3、5、7、9、11 段煤礦許用毫秒電雷管。

3.2 鉆眼

在Ⅲ、Ⅳ級圍巖中，按經驗公式，周邊炮眼間距為炮眼直徑的15倍，周邊眼距按60cm控制布置。周邊眼的布置平行于隧道開挖軸線，由測量人員精確放樣，并作明顯標識。影響開挖及爆破效果的關鍵為周邊眼外插角的大小，在實際施工中，外插角大小的控制有一定的難度，根據施工經驗，由眼底向外傾斜控制在10cm內時，爆破效果較好。

合理布置掏槽眼。掏槽眼的作用為為其余炮孔爆破創造臨空面，掏槽眼的布置對光面爆破效果和爆破進尺有決定性作用。合理布置掏槽眼有利于提高爆破效率和光面爆破效果。隧道開挖掘進中根據斷面及圍巖情況，采用直眼掏槽，掏槽眼布置成矩形以充分擴大爆破臨空面。在掏槽眼鉆眼時，必須保證同·組的掏槽眼之間深度和夾角一致且水平對稱布置，眼底最小抵抗線控制在30～55cm之間。

輔助眼的作用主要是起爆時崩落大量巖石和擴大掏槽范圍。輔助眼的布置要求為：在周邊眼和掏槽眼之間均勻布置，在周邊眼的內側形成臨空光面層。輔助眼間距離控制在70cm左右，平行于隧道軸線，眼深一致。

底部炮眼布置要求為：在底板以上10cm處，均勻整齊。底眼采用俯角鉆孔。底眼的俯角會影響爆破后底板的平整度和超欠挖工作量。根據實際施工經驗，眼底在底板下10cm左右爆破效果最好。鉆爆開挖炮眼布置圖詳見圖1。

圖1 炮眼布置圖

爆破參數表如表1。

表1 爆破參數表

3.3 裝藥

高瓦斯隧道開挖鉆爆施工時，不同于非電爆破的裝藥結構，采用正向裝藥，其裝藥結構示意圖如圖2所示。藥量的控制因嚴格按照設計及經驗計算，一般情況下，掏槽眼由于掏槽區域較大，按眼深的70%左右裝藥；輔助眼的裝藥深度為眼深的50%；周邊眼根據圍巖的硬度、整體性情況而定。不同圍巖的裝藥量不相同，裝藥量要根據圍巖等級的變化及時進行調整。

圖2 反向裝藥示意圖

3.4 爆破

高瓦斯隧道爆破施工時，應控制好爆破順序，掏槽眼使用段位較低的電雷段，周邊眼使用電雷管段位采用相對較高的段位。所有雷管必須滿足《煤規》中延期時間不超過130ms的規定。

放炮母線與其相連接的雷管腳線組成的網絡叫做電爆網絡。為取得較好爆破效果，電爆網絡采用串并聯敷設，即將若干個電雷管串聯起來，再將若干個串聯成組的電雷管并聯起來，再與母線進行連接。

3.5 鉆爆技術控制

（1）爆破設計為一個動態工程，相關參數需進行動態調整和優化。鉆爆參數和單炸藥耗量要根據圍巖地質狀況進行動態調整，合理選取，并根據實際效果不斷修正優化。

（2）周邊眼采用不耦合間隔裝藥，炸藥均勻分布于炮眼全長，采用毫秒微差起爆。周邊眼均勻布置于斷面輪廓邊線上，相對位置可適度調整，調整幅度需≤5cm，眼底超出開挖面輪廓邊線需＜9cm；嚴格控制起爆順序，減少爆破振動造成的超挖量；若掌子面凸凹較大時，為保證所有炮眼（掏槽眼除外）眼底在同一垂直面上，可適當調整炮眼深度。

（3）爆破施工嚴格按施工方案執行，鉆孔、裝藥、聯線、填塞等過程應嚴格按現場爆破員的技術交底進行。鉆孔前先由專業測量人員定出開挖面的中線、水平線和斷面輪廓線，標出炮眼位置，檢驗合格后方可開始鉆眼；實際施工中通常采用水平尺和自制光學輔助尺進行鉆孔精度控制。鉆孔人員分配根據炮眼類型進行區分，定人定崗定位并嚴格執行“三檢”制度。

（4）做好施工量測工作。在鉆爆循環過程中，需對以下項目進行觀測和量測：

①爆破震動速度；

②炮痕保留率；

③超欠挖；

④炮眼利用率；

⑤裝藥量；

⑥殘眼深度及數量；

⑦拋碴距離；

⑧碴塊大小等。

將以上項目量測數據進行對比分析，不斷修正相關參數和爆破方案設計，以達到最優的爆破效果。

4 結束語

該鐵路項目中的高瓦斯隧道施工工期短，作業面小，難度大，安全風險高，加上使用的煤礦炸藥感度低、爆力低、爆速低等特點，爆破效果的控制對施工進度、質量安全起著關鍵性的作用。本文通過對高瓦斯隧道鉆爆開挖技術進行總結分析，提煉相關施工經驗以對以后類似項目提供幫助。

[1]瓦斯隧道施工技術與管理.

[2]鐵路瓦斯隧道技術規范.

[3]鐵路瓦斯隧道安全技術規范.

[4]鐵路隧道施工技術指南.

[5]煤礦安全規程.