控制爆破技术在特殊洞段开挖施工中的应用

钟 永 兵

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

都江堰灌区毗河供水一期工程为四川省重点民生工程，其安岳片区工程全长76 km，主要分为朝阳灌区、蟠书灌区，渠系包括蟠书补水渠、书永分干渠、长河支渠、云峰支渠、龙台支渠及千佛分干渠。长河支渠全长8.6 km，其中横山隧洞全长666.454 m，桩号为：长3+801.017～长4+467.471，洞挖断面面积为4.87 m2，围岩以Ⅳ类为主。

现场查勘得知，横山隧洞出口处有天然气管道与渠道交叉。该天然气管道隶属川中油气矿磨溪开发项目部，管线规格为DN168.3×7.1 mm-7.2 km，埋深约为1 m；距离横山隧洞出口掌子面103 m。鉴于该天然气为高含硫天然气，如有不慎导致其大量泄漏，将引发严重的公共安全问题。因此，必须严格对其加以控制。

2 爆破施工方案的制定及参数

控制爆破是指通过采取一定的技术措施严格控制爆炸能量和爆破规模，使爆破的声响、震动、飞石、倾倒方向、破坏区域以及破碎物的散坍范围在规定限度以内的爆破方法。如定向爆破、预裂爆破、光面爆破等。

为有效保护天然气管道的安全，防止因爆破施工使管道受损，同时确保工程有序进行，横山隧洞爆破施工过程中须采用控制爆破技术，严格控制起爆药量、合理设计爆破参数。

横山隧洞钻爆施工方案主要从所采用的控制爆破技术、减少洞挖爆破施工的震动、保证天然气管道及施工安全的角度进行选择。

根据《爆破安全规程》GB6722-2011，安全振动速度峰值参考同类工程爆破对天然气管道的影响作用，一般取值不大于2.5 cm/s。为进一步降低振速以保证天然气管道的安全，按照天然气公司的管道安全保护要求，取天然气管道安全振动速度峰值V=0.5 cm/s。

2.1 爆破参数设计

(1)炮孔直径：42 mm。

(2)确定炸药单耗q。

根据修正的普氏公式：

式中f为岩石坚固系数，根据本流量段的实际围岩类别情况取f为4～6；s为洞室断面积，开挖断面面积为4.87 m2。

经计算得q=1.27～1.55 kg/m3。根据类似爆破施工经验，小断面隧洞单耗偏大，取q=1.55 kg/m3。

(3)总装药量计算：

Q=qV=1.55×4.87×1.0=7.55(g)

(4)炮孔布置：

式中q为炸药单耗量，q=1.55 kg/m3；s为开挖面积，s=4.87 m2；γ为每m长度炸药的药量，2#乳化炸药γ=0.78 kg/m；α为炮眼装药系数(加权平均值)，α取值情况见表1，Ⅳ类围岩取α=0.48。

为保证天然气管道及施工安全，根据“多打孔，少装药”的减震措施，取N=26个。

表1 装药系数α值表

掏槽孔：掏槽孔的主要作用是增加爆破的临空面。采用楔形掏槽，布置了2组掏槽孔，共4个，掏槽孔孔深为1.2 m，与开挖面夹角为78°，掏槽孔内侧设置3个空孔，垂直钻孔，孔深1.5 m，具体布置情况见图1。周边孔装药情况见图2。

辅助孔：辅助孔的主要作用是爆落岩体，使其大致均匀地分布在掏槽孔外围，辅助眼的布置主要是解决炮眼间距和最小抵抗线问题，可以由施工经验决定，辅助孔间距取55 cm，孔深1.1 m。

底板孔：布置了5个底板孔，其间距为50 cm，孔深1 m，具体布置情况见图1。

周边孔：周边孔间距取40 cm，最小抵抗线为45 cm，孔深1 m。

具体爆破参数见表2。

表2 隧洞围岩弱爆破参数表

图1 隧洞炮孔布置示意图

2.2 减震措施

为满足安全要求，采用了减震孔和延长各炮孔之间起爆间隔时间的综合减震措施，降低振动速度，将振速控制在规范要求的范围内。

减震孔的主要原理是通过减震孔吸收、消耗大部分振动能量，在开挖轮廓线内布置减震孔，减震孔与周边孔间隔布置，减震孔孔径为42 mm，间距45 cn，孔深1.5 m；掏槽孔内侧均匀布置3个减震孔，孔径42 mm，间距20 cm，孔深1.5 m；

图2 周边孔装药示意图

减震孔为空孔。减震孔的情况见图3。各类炮孔的起爆时间间隔通过起爆用的非电毫秒雷管进行控制。

掏槽孔雷管段位选择Ms1，辅助孔雷管段位选择Ms5，底板孔雷管段位选择Ms9，周边孔雷管段位选择Ms11，用以替代正常爆破使用的雷管段位，延长各炮孔之间的起爆时间，从而减小对天然气管道的影响。

图3 减震孔布设示意图

项目部在采取了以上减震措施后进行了爆破安全验算，爆破振动安全验算公式为：

式中R为爆破振动安全允许距离，根据现场实际情况，最小距离为10.369 m；Q为炸药量，延时爆破为最大段药量，单响最大药量为2.4 kg；V为保护对象所在地安全允许质点振速，天然气公司允许振速为0.5 cm/s；K,a为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，参照《爆安全规程》GB6722-2014及现场爆破试验，取K=180，a=2.7。K′为修正系数，考虑不同的减震措施、不同的爆破临空面数量以及在爆破施工实践中的爆破振动衰减，修正系数K′参照表3、4选取。

表3 爆区不同岩性K，a值表

表4 爆破振动衰减修正系数表

本工程采取周边密排空眼的减震措施，修正系数K′取1.6，计算得出振动速度v=0.47 cm/s，满足安全要求。

3 施工工艺

施工工艺流程：布孔→钻孔→装药→堵塞→联网→设置防护→警戒→起爆→爆后检查→解除警戒。具体施工方式见表5。

表5 施工工艺表

4 爆破效果分析

横山隧洞受天然气管道影响，对特殊洞段洞室开挖使用控制爆破，结合光面爆破和弱爆破，通过合理地设计爆破参数，严格按照设计方案施工，保证了炮孔质量及炮眼堵塞质量，采取洞口封堵措施，一方面保证了隧洞开挖的成型效果，控制了超欠挖，另一方面有效地减少了爆破的振动、冲击波、噪音及飞石等负面影响的产生，其检测结果见表6。

现场两次检测数据表明：本次控制爆破对天然气管道产生的振动速度峰值均小于0.5 cm/s，处于安全范围之内。

表6 现场两次检测结果记录表

5 结 语

目前国家大力建设农村饮水工程以解决饮水困难问题；但饮水工程大多穿越乡村并与各种管道交叉布置，爆破作业环境越来越复杂多变，对行业人员的要求也越来越高。因地制宜地采取合理的爆破方式，对水利水电工程建设具有着重要的作用。控制爆破技术作为水利水电工程施工中的常用手段之一，通过从多方面进行调控，能够满足现今爆破工程行业要求。

通过运用控制爆破技术，横山隧洞成功地将爆破振动控制在0.5 cm/s安全范围之内，在保证天然气管道及施工安全的前提下，顺利实现了隧洞贯通。笔者希望本文的论述能对类似工程施工起到一定的参考作用。