控制爆破技術在特殊洞段開挖施工中的應用

鐘 永 兵

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

都江堰灌區毗河供水一期工程為四川省重點民生工程，其安岳片區工程全長76 km，主要分為朝陽灌區、蟠書灌區，渠系包括蟠書補水渠、書永分干渠、長河支渠、云峰支渠、龍臺支渠及千佛分干渠。長河支渠全長8.6 km，其中橫山隧洞全長666.454 m，樁號為：長3+801.017～長4+467.471，洞挖斷面面積為4.87 m2，圍巖以Ⅳ類為主。

現場查勘得知，橫山隧洞出口處有天然氣管道與渠道交叉。該天然氣管道隸屬川中油氣礦磨溪開發項目部，管線規格為DN168.3×7.1 mm-7.2 km，埋深約為1 m；距離橫山隧洞出口掌子面103 m。鑒于該天然氣為高含硫天然氣，如有不慎導致其大量泄漏，將引發嚴重的公共安全問題。因此，必須嚴格對其加以控制。

2 爆破施工方案的制定及參數

控制爆破是指通過采取一定的技術措施嚴格控制爆炸能量和爆破規模，使爆破的聲響、震動、飛石、傾倒方向、破壞區域以及破碎物的散坍范圍在規定限度以內的爆破方法。如定向爆破、預裂爆破、光面爆破等。

為有效保護天然氣管道的安全，防止因爆破施工使管道受損，同時確保工程有序進行，橫山隧洞爆破施工過程中須采用控制爆破技術，嚴格控制起爆藥量、合理設計爆破參數。

橫山隧洞鉆爆施工方案主要從所采用的控制爆破技術、減少洞挖爆破施工的震動、保證天然氣管道及施工安全的角度進行選擇。

根據《爆破安全規程》GB6722-2011，安全振動速度峰值參考同類工程爆破對天然氣管道的影響作用，一般取值不大于2.5 cm/s。為進一步降低振速以保證天然氣管道的安全，按照天然氣公司的管道安全保護要求，取天然氣管道安全振動速度峰值V=0.5 cm/s。

2.1 爆破參數設計

(1)炮孔直徑：42 mm。

(2)確定炸藥單耗q。

根據修正的普氏公式：

式中f為巖石堅固系數，根據本流量段的實際圍巖類別情況取f為4～6；s為洞室斷面積，開挖斷面面積為4.87 m2。

經計算得q=1.27～1.55 kg/m3。根據類似爆破施工經驗，小斷面隧洞單耗偏大，取q=1.55 kg/m3。

(3)總裝藥量計算：

Q=qV=1.55×4.87×1.0=7.55(g)

(4)炮孔布置：

式中q為炸藥單耗量，q=1.55 kg/m3；s為開挖面積，s=4.87 m2；γ為每m長度炸藥的藥量，2#乳化炸藥γ=0.78 kg/m；α為炮眼裝藥系數(加權平均值)，α取值情況見表1，Ⅳ類圍巖取α=0.48。

為保證天然氣管道及施工安全，根據“多打孔，少裝藥”的減震措施，取N=26個。

表1 裝藥系數α值表

掏槽孔：掏槽孔的主要作用是增加爆破的臨空面。采用楔形掏槽，布置了2組掏槽孔，共4個，掏槽孔孔深為1.2 m，與開挖面夾角為78°，掏槽孔內側設置3個空孔，垂直鉆孔，孔深1.5 m，具體布置情況見圖1。周邊孔裝藥情況見圖2。

輔助孔：輔助孔的主要作用是爆落巖體，使其大致均勻地分布在掏槽孔外圍，輔助眼的布置主要是解決炮眼間距和最小抵抗線問題，可以由施工經驗決定，輔助孔間距取55 cm，孔深1.1 m。

底板孔：布置了5個底板孔，其間距為50 cm，孔深1 m，具體布置情況見圖1。

周邊孔：周邊孔間距取40 cm，最小抵抗線為45 cm，孔深1 m。

具體爆破參數見表2。

表2 隧洞圍巖弱爆破參數表

圖1 隧洞炮孔布置示意圖

2.2 減震措施

為滿足安全要求，采用了減震孔和延長各炮孔之間起爆間隔時間的綜合減震措施，降低振動速度，將振速控制在規范要求的范圍內。

減震孔的主要原理是通過減震孔吸收、消耗大部分振動能量，在開挖輪廓線內布置減震孔，減震孔與周邊孔間隔布置，減震孔孔徑為42 mm，間距45 cn，孔深1.5 m；掏槽孔內側均勻布置3個減震孔，孔徑42 mm，間距20 cm，孔深1.5 m；

圖2 周邊孔裝藥示意圖

減震孔為空孔。減震孔的情況見圖3。各類炮孔的起爆時間間隔通過起爆用的非電毫秒雷管進行控制。

掏槽孔雷管段位選擇Ms1，輔助孔雷管段位選擇Ms5，底板孔雷管段位選擇Ms9，周邊孔雷管段位選擇Ms11，用以替代正常爆破使用的雷管段位，延長各炮孔之間的起爆時間，從而減小對天然氣管道的影響。

圖3 減震孔布設示意圖

項目部在采取了以上減震措施后進行了爆破安全驗算，爆破振動安全驗算公式為：

式中R為爆破振動安全允許距離，根據現場實際情況，最小距離為10.369 m；Q為炸藥量，延時爆破為最大段藥量，單響最大藥量為2.4 kg；V為保護對象所在地安全允許質點振速，天然氣公司允許振速為0.5 cm/s；K,a為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，參照《爆安全規程》GB6722-2014及現場爆破試驗，取K=180，a=2.7。K′為修正系數，考慮不同的減震措施、不同的爆破臨空面數量以及在爆破施工實踐中的爆破振動衰減，修正系數K′參照表3、4選取。

表3 爆區不同巖性K，a值表

表4 爆破振動衰減修正系數表

本工程采取周邊密排空眼的減震措施，修正系數K′取1.6，計算得出振動速度v=0.47 cm/s，滿足安全要求。

3 施工工藝

施工工藝流程：布孔→鉆孔→裝藥→堵塞→聯網→設置防護→警戒→起爆→爆后檢查→解除警戒。具體施工方式見表5。

表5 施工工藝表

4 爆破效果分析

橫山隧洞受天然氣管道影響，對特殊洞段洞室開挖使用控制爆破，結合光面爆破和弱爆破，通過合理地設計爆破參數，嚴格按照設計方案施工，保證了炮孔質量及炮眼堵塞質量，采取洞口封堵措施，一方面保證了隧洞開挖的成型效果，控制了超欠挖，另一方面有效地減少了爆破的振動、沖擊波、噪音及飛石等負面影響的產生，其檢測結果見表6。

現場兩次檢測數據表明：本次控制爆破對天然氣管道產生的振動速度峰值均小于0.5 cm/s，處于安全范圍之內。

表6 現場兩次檢測結果記錄表

5 結 語

目前國家大力建設農村飲水工程以解決飲水困難問題；但飲水工程大多穿越鄉村并與各種管道交叉布置，爆破作業環境越來越復雜多變，對行業人員的要求也越來越高。因地制宜地采取合理的爆破方式，對水利水電工程建設具有著重要的作用。控制爆破技術作為水利水電工程施工中的常用手段之一，通過從多方面進行調控，能夠滿足現今爆破工程行業要求。

通過運用控制爆破技術，橫山隧洞成功地將爆破振動控制在0.5 cm/s安全范圍之內，在保證天然氣管道及施工安全的前提下，順利實現了隧洞貫通。筆者希望本文的論述能對類似工程施工起到一定的參考作用。