大断面瓦斯隧道钻爆开挖施工技术

杨 凯

(中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250002)



大断面瓦斯隧道钻爆开挖施工技术

杨 凯

(中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250002)

针对新建简蒲高速大断面低瓦斯的二峨山隧道钻爆开挖施工难题，通过现场勘探及理论分析，论述了瓦斯涌出的可能性，并从爆破参数、安全验算及施工工艺等方面，提出了合理的爆破方案及参数，确保了瓦斯隧道钻爆开挖工程的质量及安全，达到了良好的爆破施工效果。

大断面，瓦斯隧道，爆破参数，施工工艺

0 引言

瓦斯是地下土壤中分布的一氧化碳、甲烷等易燃易爆气体，如果在矿井或岩洞中，没有较好的通风条件，长时间就会大量积聚这些气体，一旦遇到明火或静电就会迅速燃烧而产生大量气体，形成爆炸。隧道施工最容易引起瓦斯爆炸的就是电火花和爆破火焰。电火花可通过选用防爆型设备进行防治，爆破火焰必须在爆破设计、施工及管理方面加以研究后，采取相应的防治措施，提前消除潜在不安全因素，才能保证施工质量及安全。

1 工程概况

四川成都经济区环线高速公路简阳至蒲江段控制性工程之一的二峨山隧道全长为2 282 m，设计为双线分离式三车道大跨度低瓦斯隧道，主洞最大建筑界限17 m×5 m，最大开挖断面208 m2，断面之大为国内罕见。隧道位于四川盆地西部仁寿县境内的龙泉山南段，为浅～中切构造剥蚀低山地貌，岩体主要为Ⅳ级，Ⅴ级粉质泥、砂岩，岩体破碎、裂隙较发育，属软岩。

2 瓦斯涌出可能性分析

隧址位于四川盆地西部红层低山区，岩性以泥岩为主夹砂岩，但隧道穿越龙泉山箱型大背斜(储存条件)，两侧有区域性断裂发育(运移—通道条件)，是油气聚集的有利地段。在隧道进口外农民钻水井发现有气体逸出，在初勘时有气体逸出，可点燃，火苗高出孔口约20 cm～30 cm，持续约5 min后自熄；详勘时K255+700里程下128 m处有气体逸出，测得钻孔气压为0.12 MPa，成分以甲烷(CH4)为主，组分高达78.53%。勘探显示瓦斯一般于厚层砂岩、岩体裂隙中聚集，但不排除在局部裂隙发育段聚集。开挖时瓦斯可能会从围岩裂隙发育较好地段逸出，施工风险较大。

3 爆破参数及施工工艺

瓦斯隧道钻爆开挖施工中坚持：“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤通风”的原则，防止有害气体逸出。在确保安全施工前提下确定洞身爆破参数及开挖施工工艺。

3.1 爆破参数选择

炮眼钻孔采用YT28型气腿式凿岩机，钻头直径32 mm。掏槽眼采用楔形布置方式，爆破器材采用乳化炸药，均采用φ32药卷。孔距一般为0.6 m～1.0 m，取0.8 m。根据地质情况及可能逸出的瓦斯情况，装药不耦合系数宜为1.0～2.0；周边眼间距一般为炮眼直径的8倍～15倍，Ⅳ级围岩整体稳定取50 cm；最小抵抗线一般不小于光面炮眼间距，取60 cm。

3.2 爆破设计

1)掏槽孔装药量。

Q=γ·L·R。

式中：γ——炮孔装药系数，取0.9；L——孔深，L=2.0 m；R——每米长度炸药量，R=0.78 kg/m。

经计算QⅣ=1.404 kg，取1.4 kg。

掏槽孔示意图见图1。

2)辅助孔装药量。

QⅣ=γ·L·R=0.8×2.0×0.6=0.96 kg，取QⅣ=1 kg。

3)光爆孔装药量。

通常为辅助孔的1/3～1/4，QⅣ=0.4 kg。

3.3 起爆网路

采用塑料导爆管非电复式微差起爆网路，每个炮孔内均装双发非电毫秒雷管。炮孔装药堵塞完毕后，在孔外用双发非电雷管将各炮孔导爆管连接起来，组成孔外复式起爆网路，最后将主线导爆管绑双发电雷管后，用爆破导线引至起爆点，使用起爆器引爆。

3.4 炮眼及起爆网路布置

根据不同围岩采用不同的炮眼布置，本文针对Ⅳ级围岩两台阶爆破设计说明。

Ⅳ级围岩爆破炮眼及起爆网路布置图见图2。

上台阶总用量:

Q=16.2×2+39+30.8×2=133 kg。

下台阶周边眼每孔装药量0.2 kg，底眼每孔装药量1.0 kg，辅助眼每孔装药量0.7 kg。

下台阶总药量:

Q=50 kg。

Ⅳ级围岩双台阶单循环总装药量:

Q总=133+50=183 kg。

4 爆破安全验算

4.1 爆破飞石的安全距离

岩石爆破时可能产生的最远飞石距离由瑞典德汤尼克公式求之：

R=K×D。

式中：R——爆破时可能产生的最远飞石距离，m；K——安全系数，取K=1.57；D——炮孔直径，取D=40。

对于隧道，将以上数字代入公式为：

R=1.57×40=62.8 m。

4.2 爆破冲击波安全距离

根据GB 6722—2003爆破安全规程的规定，对人员、建(构)筑物冲击波超压限值为：

ΔPmax<0.02×105Pa。本工程暗挖隧道在洞内施工，应考虑空气冲击波的危害，空气冲击波对隧道内施工人员的最小允许距离，根据以下公式得出:

式中：R——空气冲击波对隧道内施工人员的最小安全距离，m； Q——每次爆破所需炸药量，毫秒延时爆破则按一次爆破的总药量计算，取QⅣ=183kg；

K——对于爆破作业人员取K=25。

代入计算得：R=142 m，起爆作业时，所有人员均需撤离超过本距离起爆。

5 爆破施工工艺

隧道钻爆开挖施工时严格执行一炮三检制度及炮后通风制度，同时加强瓦斯监测，提高爆破作业要求，控制开挖作业顺序，加强洞内通风，确保施工安全。

5.1 爆破设计

采用光面爆破及微震控制爆破技术，控制每次装药量，减小每榀进尺，加强炮后通风。

5.2 标定孔位钻孔及验收

钻孔前通过测量定出孔位，并用红油漆标注在施工区域内，误差不超过5 cm。钻孔时炮孔间距、长度、角度等要符合设计要求。炮孔成型后用高压风枪将孔内岩屑吹干净，并慢慢将钻机提出。封堵炮孔前清理炮孔口，用编织袋等封堵并做好标记，以便于在装药前再次验孔。

5.3 装药及堵塞

装药前验孔，检查炮眼数量等。装药时前节炸药装到位后才能开始装下一节，严禁前节炸药未到位时连续装下一节炸药。装药分组分片进行，防止雷管段别混乱影响爆破效果。

装药检查质量合格后，进行炮孔堵塞。堵塞材料为炮泥或钻孔岩粉，严禁使用碎石块或易燃易爆材料堵塞。堵塞长度要符合设计要求，并保证堵塞质量。

5.4 起爆网路的联接

簇联时要防止出现导爆管漏绑现象，连接后需经爆破技术人员检查。簇联时原则上每簇不大于20根导爆管，每根统一绑两发非电雷管，雷管聚能穴必须与传爆方向相反，雷管设在导爆管中间，四周用绝缘胶带缠紧。

网路联接按照规定的接法进行，施工时保护好线路，线头搭接正确。操作过程中特别要防止损伤导爆管造成断爆。

5.5 爆破后通风及检查

爆破后，检查人员必须在隧道通风30 min且有毒气体含量低于规程规定值后进入爆破地点，检查有无危石和盲炮等现象，发现问题应及时处理。

6 结语

在隧道钻爆开挖施工中瓦斯并未达到燃爆浓度，且未发生较大安全事故。但施工中仍按设计爆破施工方案及参数施工，结合工程所处环境及现场实际情况所提出的“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤通风”的瓦斯隧道施工原则，针对大断面瓦斯隧道设计的爆破参数及施工工艺满足二峨山隧道安全施工要求，从施工情况看，爆破效果较明显，岩体破碎程度好，超欠挖控制较好，对初期支护影响震动低，满足工程质量及安全要求。

[1] 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(S1):14-16.

[2] 刘军权.大断面瓦斯隧道爆破掘进施工技术[J].铁道建筑，2016(6):55-57.

[3] 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):168-171.

[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.

[5] 赵 伟.发耳高瓦斯隧道开挖爆破技术[J].隧道建设，2015(4)：369-372.

On drill-blast tunneling technique of large-section gas tunnels

Yang Kai

(No.4 Engineering Company, China Railway 14th Bureau Group, Jinan 250002, China)

According to the construction difficulties of the drill-blast tunneling at the large-section low-gas Er’eshan Tunnel along Jianyang-Pujiang Expressway, the paper indicates the feasibility for the gas emission from the site survey and theoretic analysis, points out the reasonable blasting scheme and parameter from the blasting parameter, safety calculation, and construction craft, and ensures the quality and safety of the drill-blast tunneling of the gas tunnels, so as to achieve better blasting effect.

large-section, gas tunnel, blasting parameter, construction craft

1009-6825(2016)30-0180-02

2016-08-16

杨 凯(1987- )，男，助理工程师

U455.6

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