油氣田高瓦斯地鐵隧道光面爆破參數(shù)現(xiàn)場優(yōu)化試驗(yàn)

郭 建 祥， 胡 慧 慧

(1.成都軌道交通集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031；2.中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

油氣田高瓦斯地鐵隧道光面爆破參數(shù)現(xiàn)場優(yōu)化試驗(yàn)

郭 建 祥1， 胡 慧 慧2

(1.成都軌道交通集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031；2.中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

光面爆破技術(shù)在礦山法施工的隧道建設(shè)中起著舉足輕重的作用，是安全高效施工的重要技術(shù)手段。依托成都地鐵18號線龍泉山隧道工程項(xiàng)目，針對油氣田高瓦斯隧道施工的局限性，在分析隧道內(nèi)施工區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，開展了瓦斯隧道光面爆破施工參數(shù)的現(xiàn)場優(yōu)化試驗(yàn)，通過多次調(diào)整鉆爆參數(shù)和工藝，提出了適用于瓦斯隧道光面爆破的鉆爆參數(shù)，優(yōu)化了施工，指導(dǎo)了龍泉山隧道其他工區(qū)的光面爆破施工，可為其他瓦斯隧道爆破施工提供參考。

油氣田瓦斯；地鐵隧道；光面爆破；參數(shù)優(yōu)化

1 概 述

光面爆破是為了控制周邊輪廓并能維持圍巖穩(wěn)定的一種科學(xué)的施工技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是在隧道設(shè)計(jì)斷面的輪廓線上布置加密的周邊孔，減小藥包直徑，減少裝藥量，采用低密度和低爆速的炸藥，以控制炸藥爆炸的能量及其作用，降低爆炸沖擊波的峰值壓力，削弱其在巖石中引起的應(yīng)力波強(qiáng)度，避免在炮孔周圍產(chǎn)生壓碎區(qū)，使爆破作用集中到需要爆落的一側(cè)巖體上，減弱對原巖體的破壞作用。

良好的光面爆破效果可以減小對圍巖的擾動范圍，可以有效地減少應(yīng)力集中所引起的塌方現(xiàn)象，有利于圍巖穩(wěn)定，控制超欠挖，可以確保工期、提高安全性等。

龍泉山隧道1號斜井工區(qū)在施工期間，針對瓦斯隧道施工的局限性，綜合研究了如何更好地使用光面爆破，經(jīng)過現(xiàn)場多次參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，總結(jié)出瓦斯隧道自有的爆破特征，合理優(yōu)化了爆破設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了安全、質(zhì)量、進(jìn)度等多目標(biāo)施工控制的目的。

成都軌道交通18號線工程起于火車南站，沿天府大道向南以地下線方式敷設(shè)，經(jīng)環(huán)球中心、世紀(jì)城、麓山至天府新區(qū)博覽城片區(qū)，之后沿三岔湖旅游快速路向東，經(jīng)合江鎮(zhèn)后下穿龍泉山脈至天府國際機(jī)場。

龍泉山隧道位于成都軌道交通18號線天府新站～三岔湖站區(qū)間，主要為泥巖夾砂巖的高瓦斯隧道，巖石類別主要為IV類圍巖，采用雙洞分修方案(線間距為30 m)，礦山法施工，全長9.6 km，最大埋深為285 m。

龍泉山隧道主要不良地質(zhì)條件為淺層天然氣，根據(jù)地勘資料推斷，天然氣溢出總量為700.23×104m3，隧道開挖時掌子面單位時間最大天然氣涌出量為1.23 m3/min。

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120-2002)規(guī)定，龍泉山隧道施工必須采用煤礦許用炸藥，采用電力起爆并使用煤礦許用電雷管。

龍泉山隧道共設(shè)2座斜井，均為主、副斜井。1#主井長400 m，副井長362 m；2#主井長297 m，副井長275 m，其中主井內(nèi)凈空尺寸為5 m(寬)×6.8 m(高)，副井內(nèi)凈空尺寸為5 m(寬)×6.8 m(高)。

2 施工前期采用普通爆破的情況

龍泉山1號斜井之主井自2016年8月10日正式開工后，前期主要采用機(jī)械分臺階法開挖。因圍巖較堅(jiān)硬，機(jī)械開挖進(jìn)尺緩慢，遂于9月20日開始進(jìn)行分臺階爆破施工。

前期爆破試驗(yàn)分別就鉆孔深度、循環(huán)進(jìn)場、崩落孔、周邊光爆孔的鉆爆參數(shù)及起爆網(wǎng)路等進(jìn)行了試驗(yàn)與優(yōu)化，但爆破效果仍有待加強(qiáng)。

普通爆破采用集中裝藥，對圍巖損傷較大，施工人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行鉆孔裝藥，每茬炮進(jìn)尺為2.8～3 m，孔口欠挖，表現(xiàn)為拱頂及兩側(cè)拱肩欠挖，孔底超挖，平均超挖30 cm，導(dǎo)致處理超欠挖花費(fèi)了大量時間，拉長了工序循環(huán)時間，且部分危石等不安全因素也亟需解決(圖1、2)。

圖1 前期爆破主井拱頂欠挖情況

圖2 前期爆破兩側(cè)拱肩部位欠挖情況

3 超欠挖產(chǎn)生的原因及影響分析

3.1 隧道鉆爆施工超欠挖產(chǎn)生的原因

隧道鉆爆施工中其鉆孔、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件等均可能引起超欠挖問題。首先，周邊炮眼應(yīng)布設(shè)在設(shè)計(jì)輪廓線上，但測量定位偏差直接影響超欠挖；由于受到開挖巖壁的阻礙，鑿巖機(jī)鉆眼時要向輪廓線外側(cè)偏出一個小角度，此為方向偏差；當(dāng)鑿巖機(jī)開眼存在偏差時，將進(jìn)一步增加孔位的附加偏差。鉆孔方向偏差是引起超挖的主要因素之一，并隨鉆孔深度增加而增大；其次，爆破藥量及裝藥結(jié)構(gòu)的控制：周邊眼量過大，或者周邊眼炮孔間距與裝藥結(jié)構(gòu)不合理，爆破時將產(chǎn)生圍巖大塊坍落，易引起超挖或欠挖。此外，圍巖節(jié)理發(fā)育、斷層、地下水發(fā)育等地質(zhì)因素造成爆破達(dá)不到預(yù)期目的，或爆破后排除危石造成局部超挖。

3.2 鉆爆施工超欠挖產(chǎn)生的影響

隧道超欠挖直接影響到工程安全、經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度、噴混凝土材料用量等方面，其中光爆效果的好壞主要體現(xiàn)在隧道結(jié)構(gòu)可靠度和隧道經(jīng)濟(jì)效益等方面。對于隧道結(jié)構(gòu)可靠度，超欠挖易引起隧道局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致圍巖松動圈顯著增大，襯砌時因超挖大、回填不密實(shí)，致使結(jié)構(gòu)受力處于不利狀態(tài)而造成質(zhì)量隱患。從隧道光爆經(jīng)濟(jì)效益方面分析，爆破造成的超挖增加了爆破費(fèi)用及出渣量，出渣作業(yè)時間延長，超挖回填混凝土增加了額外的工程量；欠挖處理同樣增加施工成本，耽誤施工時間。

4 光面爆破試驗(yàn)

隧道開挖爆破前，需根據(jù)開挖段圍巖的地質(zhì)條件、開挖斷面、開挖方法、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺確定爆破設(shè)計(jì)參數(shù)。爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的主要內(nèi)容包括炮眼布置、數(shù)目、深度和角度、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方法和爆破順序等。爆破人員應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖表及說明施工，并根據(jù)爆破效果及時修正有關(guān)參數(shù)，以達(dá)到理想的爆破效果。

按照爆破設(shè)計(jì)內(nèi)容，遵守爆破作業(yè)規(guī)程，對爆破器材、鉆孔、裝藥、填塞、連線、爆破等每一道工序進(jìn)行嚴(yán)格控制，瓦斯隧道爆破施工嚴(yán)格遵守“一炮三檢制”，最終實(shí)現(xiàn)安全爆破。

2016年12月19日，按照班組經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行爆破施工(圖3)，爆破實(shí)際進(jìn)尺為2.8 m(Z1XJK0+155.7～152.9)，炮孔間距不合理，局部間距過大，左側(cè)起拱線位置爆破效果差，存在欠挖現(xiàn)象，周邊孔集中裝藥，對圍巖損傷較大。

20日，按照爆破專家指導(dǎo)，重新調(diào)整炮孔數(shù)量及孔位布置(圖4)，調(diào)整周邊孔及掏槽孔裝藥量，在原有掏槽孔基礎(chǔ)上增加了4對小掏槽孔，周邊孔采用安全導(dǎo)爆索起爆，串聯(lián)連線，相鄰周邊孔導(dǎo)爆索采用“T”型連接以保證周邊孔全部起爆；本次爆破實(shí)際進(jìn)尺3.2 m(Z1XJK0+152.9～149.7)，但孔底超挖較大，左側(cè)光面效果較差，右側(cè)半孔可見，光面效果較好，局部周邊間距不均勻影響光面效果，分析其原因?yàn)樘筒劭卓椎拙嗥?，影響掏槽效果?/p>

21日，依據(jù)20日光爆效果，主要調(diào)整了掏槽孔孔底距(圖5)，本次爆破實(shí)際進(jìn)尺3.4 m(Z1XJK0+149.7～146.3)，掌子面光面效果明顯，但局部仍然存在周邊孔間距不均勻問題；經(jīng)過調(diào)整掏槽孔雷管段數(shù)，保證了光爆效果。后續(xù)光爆效果和光爆參數(shù)基本穩(wěn)定，現(xiàn)場爆破工程師駐場，隨時依據(jù)爆破效果進(jìn)行微調(diào)以保證光面爆破效果(圖6)，從而使得1號斜井較正常工期提前進(jìn)入正洞。同時將所取得的經(jīng)驗(yàn)推廣至2號斜井工區(qū)、出口工區(qū)，確保了整個龍泉山隧道安全高效施工。

圖3 2016年6月19日光面爆破孔布置圖

圖4 2016年6月20日光面爆破孔布置圖

圖5 2016年6月21日光面爆破孔布置圖

5 結(jié) 語

(1)光面爆破的實(shí)質(zhì)是：隧道掘進(jìn)爆破后，在隧道周邊形成一個光滑平整的邊壁，使隧道斷面既符合設(shè)計(jì)輪廓要求，又使隧道圍巖不產(chǎn)生損傷。結(jié)合油氣田高瓦斯地鐵隧道具體的地質(zhì)條件及施工要求進(jìn)行光爆試驗(yàn)，優(yōu)化爆破參數(shù)，對瓦斯隧道安全高效施工發(fā)揮著極為重要的作用。

圖6 調(diào)整參數(shù)后的光爆效果

(2)通過油氣田高瓦斯地鐵隧道光面爆破參數(shù)優(yōu)化，大大減少了隧道爆破施工時的超欠挖現(xiàn)象，加快了施工進(jìn)度，保證了工程質(zhì)量，降低了成本，并為其他瓦斯隧道工程施工的推廣應(yīng)用提供了參考。

[1] GB6722-2014,爆破安全規(guī)程[S].

[2] 汪旭光,鄭炳旭,張正忠.爆破手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010.

[3] 張繼春,工程控制爆破[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2001.

郭建祥(1969- )，男，重慶銅梁人，PPP管理中心室經(jīng)理，高級工程師，從事軌道交通及地下工程建設(shè)技術(shù)與管理工作；

胡慧慧(1990- )，女，河南濮陽人，技術(shù)員，碩士，從事軌道交通建設(shè)技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017- 06- 10

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