管道穿越小斷面隧道爆破掘進難點和關鍵技術

周金順 王洋

摘 要：為解決浙南丘陵地區管道穿越小斷面隧道爆破掘進的施工難點，本文根據金麗溫輸氣管道工程34座隧道的施工經驗，總結出小斷面隧道爆破掘進施工的關鍵技術。

關鍵詞：小斷面隧道;爆破掘進;施工;關鍵技術

0引言

作為高效運輸方式之一，管網建設正在新基建浪潮中得到大力推進。丘陵地區市政管道和油氣管道工程建設需要考慮山嶺和河流的穿越，利用小斷面隧道方式進行管道穿越因其具有經濟適用性被較多采用。針對浙江丘陵地區管道穿越工程建設中大量采用的小斷面隧道施工難點，本文整理了金麗溫輸氣管道工程中鉆爆法掘進的爆破施工經驗，梳理了關鍵技術。

1工程概況及施工難點

金麗溫輸氣管道工程長約220余公里，管徑為DN800，壓力6.3兆帕，設計年輸量44億方，為大型復雜的管道建設項目。其中隧道穿越共34座，隧道總長度約46公里，占比約21%。隧道襯砌后斷面為直墻圓弧拱形，凈寬3.0m，凈高3.0m（其中墻高1.7m，拱高1.3m）。穿越河流的隧道一般采用兩端為斜巷、中間為平巷的形式;穿越山嶺的隧道一般采用“一”字形或“人”字形。

管道穿越小斷面隧道與高鐵、公路交通隧道等大斷面隧道存在較大的差異：隧道斷面小、水下隧道多、坡度大、機械化作業程度低、需考慮管道安裝和運維需要。其爆破掘進施工的難點主要在于[1]：進洞口圍巖穩定性差，隧道洞身一般經過若干斷層破碎帶，掘進風險較大;部分斜巷坡度較大，鉆孔施工勞動強度高、運渣作業風險大;長隧道、斜井隧道施工中若滲水或涌水，排水難度大;穿越河流的隧道洞壁裂隙可能與河水連通，容易造成隧道涌水事故。

2 掘進流程和循環進尺要求

掘進施工流程如下：施工準備→測量放樣→炮眼鉆孔→清理鉆孔（檢查）→裝藥→孔口堵塞→連接起爆網絡→爆破→通風灑水降塵→清危排險→出碴→支護→安全檢查→下道工序

每循環進尺控制在2.0-2.2m（Ⅲ類圍巖段2.2m，Ⅳ類圍巖段2.0m）;Ⅴ類圍巖因巖石比較破碎，采用6眼楔形掏槽的方式，每循環進尺控制在1.0m。

3鉆爆設計

炮眼數量直接影響每一循環鑿巖工作量、爆破效果、循環進尺以及爆碴塊度的大小。先按下式計算炮眼數目，并在施工中據實調整，以達到最佳爆破效果。

Ⅲ～Ⅳ類圍巖炮眼數目N，按下式計算：

N=q·s/（rη）

式中：q—炸藥單耗量，其中Ⅲ類圍巖取q=2.5kg/m3，Ⅳ類圍巖取q=2.0kg/m3。

s—開挖面積， Ⅲ圍巖取S=10.87m2，Ⅳ類圍巖取S=11.59㎡

r—每米長度炸藥的重量，巖石粉狀乳化炸藥r=0.78kg/m

η—炮眼裝藥系數，取η=0.8

經計算，N（Ⅲ類）=44只;N（Ⅳ）=37只。考慮到光面爆破、中空眼影響、排水溝開挖及爆破塊度要求，N（Ⅲ類）合理數值為49只;N（Ⅳ類）合理數值為59只。

Ⅴ類圍巖根據地質情況和圍巖完整性，查詢巖石分類系數表中的巖石普氏系數，暫按巷道斷面和巖石堅固性系數估算炮眼數目，在施工中，根據具體情況再作調整，以達到最佳爆破效果。

N= 3.3（f·S2）1/3

式中 N——巷道全斷面炮孔總數，個;

F——巖石堅固性系數，取f=6-8;

S——巷道掘進斷面積，12.29m2。

經計算，N（Ⅴ類）=35只，考慮到圍巖受斷層裂隙帶影響巖體較破碎、完整性較差條件下光面爆破、排水溝開挖等要求，N（Ⅴ類）合理數值為43只。

4 測量放樣

用全站儀準確繪出開挖輪廓線及周邊眼、掏槽眼和輔助眼的位置，并用激光指向儀控制邊線。距開挖面50m埋設中線樁，每100m設臨時水準點。每次測量放線時，要對上次爆破效果檢查一次，并及時將結果告知技術主管和爆破人員，技術人員將測量數據輸入計算機處理后，及時修正爆破參數，以達到最佳爆破效果。

5鉆孔作業

（1）采用YT-28型氣腿式風動鑿巖機，φ42鉆頭，鉆孔深度根據爆破設計決定，每個工作面配3～4臺風鉆同時作業。

（2）鉆孔孔位應依據測量定出的中線、腰線及開挖輪廓線確定。

（3）炮眼位置及數量嚴格按照光爆設計圖施作。特別是周邊眼和掏槽眼的位置、間距及個數，未經主管技術工程師的許可不得隨意改動。

（4）周邊孔應在開挖輪廓線上，沿輪廓線的調整范圍和掏槽孔的孔位偏差不應大于5cm，其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm。

（5）周邊眼鉆孔外插角度控制在4°以內。

（6）炮孔的孔底應落在爆破圖規定的平面上。

（7）炮孔經檢查合格后，方可裝藥爆破。

6清孔和檢查

裝藥前，必須用由鋼筋彎制的炮鉤和小于炮眼直徑的高壓風管輸入高壓風將炮眼石屑刮出和吹凈，并檢查鉆孔深度和角度。

7裝藥及堵塞

（1）裝藥采用分片分組按炮眼設計圖確定的裝藥量自上而下進行，雷管“對號入座”。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞長度不小于25cm。

（2）周邊眼裝藥結構是實現光面爆破的重要條件，嚴格控制周邊眼裝藥量，采取分段非連續裝藥結構。施工時采用不耦合裝藥結構，不耦合裝藥系數控制在1.4～2.0范圍內。

（3）裝藥要求如下：

1）成立光爆小組，實行定人、定位、定標準、定段別的崗位責任制，不準亂裝藥。

2）裝藥前，仔細檢查炮孔的位置、深度、角度是否符合設計要求，有不正確者采取補救措施或廢棄重鉆。同時認真進行清孔，將所有炮孔中的殘碴積水排除干凈，用高壓風吹凈塵沫。

3）裝藥時嚴格按照設計的裝藥結構和裝藥量施作。

4）掏槽眼和輔助眼采用連續裝藥，周邊眼采用不偶合裝藥，炮眼直徑42 mm，藥卷直徑采用φ25mm的小直徑藥卷，用塑料翼片擴張式套管將藥卷固定在炮孔中央部位，底部裝加強藥卷。

5）無論采取何種形式的裝藥結構形式，都必須堵塞密實。堵塞炮孔所用的材料，結合現場條件用黃泥堵塞，堵塞長度不小于最小抵線。

6）嚴格按設計的聯接網絡實施起爆，注意導爆索的連接方向和聯接點的牢固性。

8聯線起爆

聯線要求保證起爆的可靠性和準確性。具體如下：

1）導爆管不能打結和拉細。

2）各炮眼雷管連接次數應相同。

3）引爆雷管應用黑膠布包扎在離一簇導爆管自由端10cm以上處。

4）網路聯好后，專人負責檢查。且各警戒點人員到位并保證警戒區域內無人員和機械設備后，通知爆破員起爆。

9 炮后檢查

起爆后進行排煙降塵，由爆破技術人員進入爆破現場檢查，發現安全隱患（如盲炮等）立即處理，無安全隱患后進行下道工序施工。

10結語

金麗溫輸氣管道工程從金華經麗水至溫州，50公里的隧道掘進斷面可謂地質博物館，在隧道工程的小斷面細分領域，具有很強的代表性。小斷面隧道因斷面尺寸小，無法采用大型機械化作業;且因坡度大、水下隧道多，勞動強度大施工風險高，需要不斷總結經驗，以實現精細化管理，提高安全和施工效益。

參考文獻

[1] 傅魯婷.天然氣管道穿越小斷面隧道施工的難點及對策[J].天然氣技術與經濟，2015，9（2）：53-54.

作者簡介：周金順（1987年-），男，土木工程學術碩士，從事建設工程管理工作。