大断面瓦斯隧道爆破掘进施工技术

刘军权（中铁二十局集团有限公司，陕西西安　710016）



大断面瓦斯隧道爆破掘进施工技术

刘军权
（中铁二十局集团有限公司，陕西西安710016）

摘要针对在建简浦高速公路长秋山隧道穿越瓦斯频繁突出的龙泉山脉的施工难题，运用现场调查、理论分析、最优化方法等对隧道工程条件和瓦斯涌出风险进行了分析，提出了瓦斯条件下的总体爆破原则、爆破方案及参数，确定了爆破施工工艺。实践表明，所提出的瓦斯隧道爆破施工系列方案及技术可以获得较好的爆破效果并能够确保工程安全和进度。

关键词爆破工程；瓦斯隧道；掘进施工；大断面

1　工程概况

在建的简浦高速公路长秋山隧道穿越瓦斯频繁突出的龙泉山脉，其出口段穿越三叠系须家河组底层的砂岩和粉砂质泥岩夹页岩。根据钻探揭示及调查，该岩层夹煤层，有一定的生烃能力，岩层中古代植物在成煤过程中发生厌氧菌作用并分解产生瓦斯。尽管地质勘探时孔口未见瓦斯溢出，但不排除局部裂隙发育段瓦斯聚集，必须对隧道建设过程中的爆破等施工技术进行详细研究，消除潜在的安全隐患。

长秋山隧道洞身段为分离式隧道，左线全长1 933 m，右线长1 187 m，洞门采用削竹式洞门。长秋山隧道出口明洞地段为崩坡积块石堆积体，边仰坡开挖易使附近的崩坡积块石沿岩土的界面产生土体坍塌，稳定性差。暗洞地段为松散块石结构，隧道开挖易垮塌冒顶，围岩破碎，自稳性差。左右线隧道中间距离为41. 94～59. 05 m，埋深为0～280 m，洞口覆盖层0～30 m，由于右线受洞顶侧冲沟发育影响，轻微偏压。从整体来看，由于山体单薄，岩层单斜，自然坡度大，易于地表水、地下水的迅速排泄，致使地表水入渗量少；岩性以粉砂质泥岩为主夹砂岩，泥岩富水性、透水性差、相对隔水，砂岩为场地的主要含水层，厚度小。勘测显示，隧址所在区地下水不丰富，局部有裂隙型的线状至股状水流，岩层中的地下水受粉砂质泥岩相对隔水作用而具承压性。

2瓦斯涌出可能性分析

左线里程ZK306 + 852. 8下方32. 6 m处有一条老煤窑巷道，老煤窑进口高程为550. 0 m，老煤窑巷道口的水位接近550. 0 m，而长秋山隧道左洞设计标高为521. 72～531. 16 m，使得老煤窑水位高出长秋山隧道底板20～30 m，导致隧道左洞开挖时极可能发生涌水、突水甚至突泥现象。另外，老煤窑巷道底部标高为437. 1 m，远低于长秋山隧道左右洞设计高程，如果老煤窑中聚集的瓦斯不能通过其他通道逸散则会从开挖产生的大量隧道围岩裂隙中溢出，风险极大。

3瓦斯条件下的隧道爆破方案及参数

隧道瓦斯地段的掘进爆破施工中，总体施工原则是“早封堵、短进尺、多循环、快封闭”，防止有害气体的溢出。按隧道及爆破工程技术［1-3］，确定瓦斯洞段爆破方案及参数。

3. 1爆破参数

采用YT28气腿式风动凿岩机钻孔，配用42 mm的钻头，即炮孔孔径为42 mm。孔距一般为0. 8～1. 2 m，取0. 9 m；排距一般为0. 6～1. 0 m，取0. 8 m。另外，结合工程地质及断面条件，充分考虑可能出现的瓦斯情况，确定周边眼隧道爆破参数，如表1所示。

表1　周边眼隧道爆破参数

3. 2爆破器材的选择

根据隧道所穿越围岩的坚固性系数f、岩石纵波波速并结合围岩级别，选用威力适中、匹配性好且易于切割分装成小卷的煤矿许用炸药，其安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。另外，依据电力起爆方法选用煤矿许用电雷管。使用煤矿许用2#岩石乳化炸药和毫秒电雷管，主要爆破材料及规格见表2。

表2　主要爆破材料及规格

3. 3掏槽形式

采用楔形掏槽，具体炮眼布置见图1。

图1　楔形掏槽炮眼（俯视）布置（单位：cm）

3. 4装药结构

采用正向连续装药结构，炮眼深度不足0. 9 m时，装药长度小于炮眼深度的1 /2；炮眼深度为0. 9 m以上时，装药长度小于炮眼深度的2 /3。另外，在煤层中爆破装药长度不大于炮眼深度的1 /2。

3. 5爆破起爆网络

采用串联连接方式，线路所有连接接头应相互扭紧，明线部分应包覆绝缘层并悬空。母线与电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧，若必须在同一侧时，母线必须挂在电缆下方，并应保持0. 3 m以上的间距。母线采用具有良好绝缘性和柔软性的铜芯电缆，并随用随挂，严禁将其固定，母线的长度必须大于规定的爆破安全距离，采用绝缘母线单回路爆破。

3. 6炮眼及起爆网路布置

根据不同围岩级别采用不同的炮眼布置，在此仅对Ⅳ，Ⅴ级围岩爆破设计进行说明，其他不做赘述。Ⅳ，Ⅴ级围岩爆破炮眼及起爆网路布置如图2所示。

图2　围岩爆破炮眼及起爆网路布置（单位：m）

4　爆破施工工艺

依据爆破施工技术［4-5］，掌子面的地质情况，确定围岩类别，选定爆破方案→据爆破设计放线布眼→风钻钻眼→（按规程领取加工爆破火工品）装药→人员设备退场→起爆→排烟→检查爆破效果→修正爆破设计→进入下道工序。

爆破施工过程必须对关键步骤和位置进行必要控制，具体如下：

1）采用光面爆破技术和微震控制爆破技术，严格控制装药量，以减小对围岩的扰动，控制超欠挖，控制洞渣粒径以利于挖掘机和装载机装渣。

2）隧道开挖每个循环都进行施工测量，控制开挖断面，在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线及炮眼位置，误差不超过5 cm，并采用激光准直仪控制开挖方向。

3）钻眼按设计方案进行。钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其他炮眼口比眼底低5 cm，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制在3° ～4°。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其它炮眼深20 cm。

4）装药前炮眼用高压风吹干净，检查炮眼数量。按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，防止雷管段别混乱而影响爆破效果。所有炮眼的剩余部分应用水炮泥和黏土炮泥封堵。

5）起爆采用复式网络导爆管起爆系统，每组控制在12根以内。导爆管连接好后有专人检查，无误后起爆。

尽管现场测试结果表明瓦斯浓度并不高，但在施工过程仍然采用本文提出的爆破施工方案及参数。从实际情况看，爆破效果比较好，岩体破碎程度较好且爆堆形状合理，有利于后续装运工序，除了可以保证生产进度外，对初期支护的爆破振动影响也较低，能够满足工程安全要求，隧道成洞如图3所示。

图3　隧道爆破开挖后成洞效果

5　结论

1）目前在建的大量瓦斯隧道普遍工程地质及围岩条件较差，除了有涌水、突水甚至突泥的可能外，还经常会因老煤窑或瓦斯地层中聚集的瓦斯溢出，致使隧道施工风险极大，必须严密关注以免诱发重大安全事故。

2）结合工程实际提出的“早封堵、短进尺、多循环、快封闭”的瓦斯隧道总体施工原则、爆破方案及参数和施工工艺能够满足长秋山隧道的安全要求，可以获得较好的爆破效果并能保证隧道初期支护不受爆破振动影响。

3）由于瓦斯隧道及龙泉山岩层富含瓦斯的特殊性，必须加强后期瓦斯监测频度，并据此对爆破方案及参数做出动态调整。

参考文献

［1］肖福磊，郭威，赵言洞.大断面高瓦斯隧道爆破与安全［J］.公路交通科技（应用技术版），2008（12）：168-170.

［2］姚旭君.成简快速路龙泉山2#高瓦斯公路隧道爆破施工技术［J］.四川水力发电，2010（增1）：14-16.

［3］赵伟.发耳高瓦斯公路隧道开挖爆破技术［J］.隧道建设，2015（4）：369-372.

［4］刘兴平.梅岭关瓦斯隧道爆破施工安全措施［J］.现代隧道技术，2011（2）：17-19，32.

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

（责任审编赵其文）

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

中图分类号U455. 41

文献标识码A

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

文章编号：1003-1995（2016）06-0055-03

收稿日期：2016-01-16；修回日期：2016-03-18

作者简介：刘军权（1974—），男，高级工程师。