管道穿越小断面隧道爆破掘进难点和关键技术

周金顺 王洋

摘 要：为解决浙南丘陵地区管道穿越小断面隧道爆破掘进的施工难点，本文根据金丽温输气管道工程34座隧道的施工经验，总结出小断面隧道爆破掘进施工的关键技术。

关键词：小断面隧道;爆破掘进;施工;关键技术

0引言

作为高效运输方式之一，管网建设正在新基建浪潮中得到大力推进。丘陵地区市政管道和油气管道工程建设需要考虑山岭和河流的穿越，利用小断面隧道方式进行管道穿越因其具有经济适用性被较多采用。针对浙江丘陵地区管道穿越工程建设中大量采用的小断面隧道施工难点，本文整理了金丽温输气管道工程中钻爆法掘进的爆破施工经验，梳理了关键技术。

1工程概况及施工难点

金丽温输气管道工程长约220余公里，管径为DN800，压力6.3兆帕，设计年输量44亿方，为大型复杂的管道建设项目。其中隧道穿越共34座，隧道总长度约46公里，占比约21%。隧道衬砌后断面为直墙圆弧拱形，净宽3.0m，净高3.0m（其中墙高1.7m，拱高1.3m）。穿越河流的隧道一般采用两端为斜巷、中间为平巷的形式;穿越山岭的隧道一般采用“一”字形或“人”字形。

管道穿越小断面隧道与高铁、公路交通隧道等大断面隧道存在较大的差异：隧道断面小、水下隧道多、坡度大、机械化作业程度低、需考虑管道安装和运维需要。其爆破掘进施工的难点主要在于[1]：进洞口围岩稳定性差，隧道洞身一般经过若干断层破碎带，掘进风险较大;部分斜巷坡度较大，钻孔施工劳动强度高、运渣作业风险大;长隧道、斜井隧道施工中若渗水或涌水，排水难度大;穿越河流的隧道洞壁裂隙可能与河水连通，容易造成隧道涌水事故。

2 掘进流程和循环进尺要求

掘进施工流程如下：施工准备→测量放样→炮眼钻孔→清理钻孔（检查）→装药→孔口堵塞→连接起爆网络→爆破→通风洒水降尘→清危排险→出碴→支护→安全检查→下道工序

每循环进尺控制在2.0-2.2m（Ⅲ类围岩段2.2m，Ⅳ类围岩段2.0m）;Ⅴ类围岩因岩石比较破碎，采用6眼楔形掏槽的方式，每循环进尺控制在1.0m。

3钻爆设计

炮眼数量直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果、循环进尺以及爆碴块度的大小。先按下式计算炮眼数目，并在施工中据实调整，以达到最佳爆破效果。

Ⅲ～Ⅳ类围岩炮眼数目N，按下式计算：

N=q·s/（rη）

式中：q—炸药单耗量，其中Ⅲ类围岩取q=2.5kg/m3，Ⅳ类围岩取q=2.0kg/m3。

s—开挖面积， Ⅲ围岩取S=10.87m2，Ⅳ类围岩取S=11.59㎡

r—每米长度炸药的重量，岩石粉状乳化炸药r=0.78kg/m

η—炮眼装药系数，取η=0.8

经计算，N（Ⅲ类）=44只;N（Ⅳ）=37只。考慮到光面爆破、中空眼影响、排水沟开挖及爆破块度要求，N（Ⅲ类）合理数值为49只;N（Ⅳ类）合理数值为59只。

Ⅴ类围岩根据地质情况和围岩完整性，查询岩石分类系数表中的岩石普氏系数，暂按巷道断面和岩石坚固性系数估算炮眼数目，在施工中，根据具体情况再作调整，以达到最佳爆破效果。

N= 3.3（f·S2）1/3

式中 N——巷道全断面炮孔总数，个;

F——岩石坚固性系数，取f=6-8;

S——巷道掘进断面积，12.29m2。

经计算，N（Ⅴ类）=35只，考虑到围岩受断层裂隙带影响岩体较破碎、完整性较差条件下光面爆破、排水沟开挖等要求，N（Ⅴ类）合理数值为43只。

4 测量放样

用全站仪准确绘出开挖轮廓线及周边眼、掏槽眼和辅助眼的位置，并用激光指向仪控制边线。距开挖面50m埋设中线桩，每100m设临时水准点。每次测量放线时，要对上次爆破效果检查一次，并及时将结果告知技术主管和爆破人员，技术人员将测量数据输入计算机处理后，及时修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。

5钻孔作业

（1）采用YT-28型气腿式风动凿岩机，φ42钻头，钻孔深度根据爆破设计决定，每个工作面配3～4台风钻同时作业。

（2）钻孔孔位应依据测量定出的中线、腰线及开挖轮廓线确定。

（3）炮眼位置及数量严格按照光爆设计图施作。特别是周边眼和掏槽眼的位置、间距及个数，未经主管技术工程师的许可不得随意改动。

（4）周边孔应在开挖轮廓线上，沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不应大于5cm，其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm。

（5）周边眼钻孔外插角度控制在4°以内。

（6）炮孔的孔底应落在爆破图规定的平面上。

（7）炮孔经检查合格后，方可装药爆破。

6清孔和检查

装药前，必须用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净，并检查钻孔深度和角度。

7装药及堵塞

（1）装药采用分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管“对号入座”。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于25cm。

（2）周边眼装药结构是实现光面爆破的重要条件，严格控制周边眼装药量，采取分段非连续装药结构。施工时采用不耦合装药结构，不耦合装药系数控制在1.4～2.0范围内。

（3）装药要求如下：

1）成立光爆小组，实行定人、定位、定标准、定段别的岗位责任制，不准乱装药。

2）装药前，仔细检查炮孔的位置、深度、角度是否符合设计要求，有不正确者采取补救措施或废弃重钻。同时认真进行清孔，将所有炮孔中的残碴积水排除干净，用高压风吹净尘沫。

3）装药时严格按照设计的装药结构和装药量施作。

4）掏槽眼和辅助眼采用连续装药，周边眼采用不偶合装药，炮眼直径42 mm，药卷直径采用φ25mm的小直径药卷，用塑料翼片扩张式套管将药卷固定在炮孔中央部位，底部装加强药卷。

5）无论采取何种形式的装药结构形式，都必须堵塞密实。堵塞炮孔所用的材料，结合现场条件用黄泥堵塞，堵塞长度不小于最小抵线。

6）严格按设计的联接网络实施起爆，注意导爆索的连接方向和联接点的牢固性。

8联线起爆

联线要求保证起爆的可靠性和准确性。具体如下：

1）导爆管不能打结和拉细。

2）各炮眼雷管连接次数应相同。

3）引爆雷管应用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。

4）网路联好后，专人负责检查。且各警戒点人员到位并保证警戒区域内无人员和机械设备后，通知爆破员起爆。

9 炮后检查

起爆后进行排烟降尘，由爆破技术人员进入爆破现场检查，发现安全隐患（如盲炮等）立即处理，无安全隐患后进行下道工序施工。

10结语

金丽温输气管道工程从金华经丽水至温州，50公里的隧道掘进断面可谓地质博物馆，在隧道工程的小断面细分领域，具有很强的代表性。小断面隧道因断面尺寸小，无法采用大型机械化作业;且因坡度大、水下隧道多，劳动强度大施工风险高，需要不断总结经验，以实现精细化管理，提高安全和施工效益。

参考文献

[1] 傅鲁婷.天然气管道穿越小断面隧道施工的难点及对策[J].天然气技术与经济，2015，9（2）：53-54.

作者简介：周金顺（1987年-），男，土木工程学术硕士，从事建设工程管理工作。