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摘要：随着我国经济的飞速发展，越来越多的工程向西部地区迁移，而西部地区复杂的地质构造条件势必会使得工程在修建时面临各种问题，比如煤层瓦斯突出、采空区、岩溶空腔、岩爆、大断层破碎带、软岩大变形等。本文以我国第一条全区段瓦斯隧道宝鼎2号隧道为例，介绍了全区段瓦斯隧道施工爆破时所需要注意的问题，可以为工程人员提供相应参考和借鉴。
关键词：瓦斯；高速公路；隧道施工；爆破技术
一.引言
随着我国经济的飞速发展，越来越多的交通建设向西部地区迁移，长大隧道及路桥的修建给西部地区人民带来了极大的便利，而西部地区由于地形陡峭，地质构造条件复杂，修建例如长大隧道等交通构筑物的过程中会面临各种各样的严峻复杂问题，例如煤层瓦斯突出、采空区、岩溶空腔、岩爆、大断层破碎带、软岩大变形等。本文主要介绍在高瓦斯隧道内的爆破技术，针对该问题，国内已有不少的科研工作者及工程师提出了相应的解决措施，卿光全[1]介绍了铁路瓦斯隧道爆破的施工技术；李开言[2]以家竹箐隧道为例，介绍了高瓦斯隧道煤层深孔爆破技术；高波[3]介绍了通渝隧道出口段瓦斯施工技术；丁尧[4]研究了瓦斯隧道的瓦斯涌突机制和预测预警机制；赵伟[5]以发耳斯隧道为例，介绍了高瓦斯隧道的施工爆破技术。
二.工程概况
宝鼎2号隧道是攀大高速公路上的重点控制性工程。攀大高速是国家高速公路网的新增线路，其与京昆高速和杭瑞高速互通。宝鼎2号隧道左右线分别长8775m和8762m，最大埋深约647m。整个隧道低瓦斯区段占35.4%，高瓦斯区段占50.6%，瓦斯突出区段占14%。该隧道是国内第一条全区段瓦斯高速公路隧道，是国内最长的瓦斯突出高速公路隧道，是国内高瓦斯区段最长的高速公路隧道。针对全区段高瓦斯隧道，国内还没有相应的爆破先例，因此本文对全区段高瓦斯隧道的爆破进行相应的介绍。
图1 宝鼎2号隧道位置
三.爆破技术介绍
1.隧道掘进爆破的弱扰动降振技术
宝鼎2号隧道围岩以三叠系大荞地组砾岩、砂岩及粉砂质泥岩为主，围岩较软、且岩体破碎，节理裂隙较发育，为了减小爆破对围岩的扰动（避免在围岩较大范围内产生爆破裂缝）、尽量减小爆破带来的振动影响，保证爆破之后的洞壁平顺、光滑。因此，在隧道的开挖过程中，采用以下主要技术措施进行爆破设计：
①隧道向前掘进爆破时，首先要确定正确的单循环进尺，从而可以提高施工效率，减少并控制爆破对围岩带来的扰动。根据本隧道的地勘报告，隧道主要为IV级围岩，稳定性较好，同时隧道断面的在最大开挖宽度为12.64m，根据以上条件，确定单循环进尺为3m。
②确定合理的掏槽方式以及该方式所对应的爆破技术参数。在爆破自由面条件的限制下，隧道掘进爆破的炮孔类型中掏槽孔受围岩的夹制作用最大。由于掏槽孔四周均被围岩所夹，因此掏槽孔爆破时对围岩产生的地震效应也最为强烈。为最大可能地利用好掌子面的自由空间，削减四周围岩对掏槽孔的夹制作用，从而减小围岩爆破后的地震效应，应最大可能地减小掏槽孔的轴线与掌子面的夹角，也就是掏槽角。本隧道最大开挖宽度达到12.6m，采用楔形掏槽方式，同时掏槽角定为45~55°。
③考虑到一次掘进爆破的炮孔数较多（多达100个以上），为了减小爆破后的振动，本隧道中采用毫秒延迟的爆破方式来起爆炸药。通常把不同种类炮孔之间或同一种类炮孔中不同圈层炮孔之间的起爆间隔时差控制在25~50ms之间，但在瓦斯隧道必须采用煤矿许用起爆雷管，而煤矿许用起爆雷管段别数目较少，因此在本隧道掘进爆破时同一种类掘进炮孔不同圈可同时起爆。
④在开挖边界时，采用光面爆破的方式起爆隧道，可以减小爆破对围岩的扰动，同时光面爆破还可以使开挖后隧道轮廓线平整，避免产生超挖和欠挖。本隧道围岩较软，现场中存在易凿难爆的情形，设计中，孔距定在45~55cm范围内，同时设置较大的线装药密度，将线装药密度定在0.20~0.25kg/m之间。
⑤施工中雷管采用煤矿许用毫秒电雷管，炸药选用安全炸药。周边孔爆破时应选用小直径的煤矿专用光面爆破药卷，药卷直径为22~26mm，装药时采用径向不耦合和轴向不耦合共有的装药结构，这种装药方式可以削弱爆炸后的气体对炮孔壁围岩的强冲击作用，避免粉碎压缩圈在爆炸后的炮孔周围产生，减小爆破对围岩的影响。
⑥为了达到较好的光面爆破效果，采用同时起爆周边眼的方式。周边眼采用光面爆破时，选用安全导爆索起爆炮孔。
2.隧道开挖掘进时采用的爆破技术
宝鼎2号隧道主要采用全断面掘进爆破方案，具体技术措施如下：
（1）炮孔布置
开挖掘进爆破时，掏槽眼及辅助眼采用矩形排列的方式布置，孔距方向为铅锤方向，排距方向为水平方向。掏槽眼深度为2.2m。各个掏槽眼之间的排列距离为0.5m，各个掏槽孔的孔口距离为5.5m，掏槽角达到42°。各个辅助眼之间的排列距离为0.7 m，各个辅助眼孔口距离为6.9m，与掌子面夹角为依次为50°、60°、70°、80°。掏槽眼和辅助眼从隧道底板0.8m以上处就开始布置。
掘进眼采用弧形方式排列布置，排列方式与隧道外轮廓线相同，即也为圆弧状。掘进眼同一断面相邻孔距为1.0m，前后两个断面掘进眼距离为为0.85m，掘进眼深2.2m；所有掘进孔垂直掌子面钻进。掘进眼炮孔与周边眼的光面爆破炮孔相邻时，应布置在开挖边界内侧75~80cm处，即最外层掘进孔的连线与隧道开挖边界相距75~80cm，这样子用来保证周边眼光面爆破的最小抵抗线相等。
周边眼的掏槽角为1~2°，向外侧倾斜，孔底落后于开挖边界外5~10cm处。
底部的炮眼布置在全断面开挖面底板的开挖边界上，孔距约为1.0m，孔底落于开挖底板下方10cm处，两侧与边墙相连的周边眼炮孔需要以底板眼的要求向前钻进。
隧道向前开挖爆破时，允许炮眼的位置发生调整。其中，掘进眼的位置调整允许值最大，为5~10cm范围，而其余炮眼的间距调整值则不宜大于5cm。
（2）装药结构与炮孔堵塞
设计选用可用于地下工程的岩石安全乳化炸药。但是，当隧道内检测出瓦斯时，必须使用煤矿许用的安全炸药。
为保证掘进爆破的爆破效果，在本隧道中除了周边眼外，其余的各炮眼均采用Φ32mm、长度为200mm的药卷，单卷药卷装药量200g。
每个掏槽眼设计装药量为2.2kg，共装11个药卷；每个辅助眼设计装药量为1.0~1.4kg，共装2~7个药卷。
每个掘进眼设计药量为1.0kg，共装5个药卷；底板眼设计装药量为1.2kg，共装6个药卷（包括与隧道边墙相邻接的2个炮孔）。
每个周边眼设计装药量为0.5kg，药卷规格为φ25mm-200mm-100g，装药时采用轴向空气间隔装药，起爆时用导爆索引爆，每一节药卷之间相隔20cm。
为了提高爆破后的效果，需要将起爆时的药卷放置于炮孔的底部，并且采用正向起爆方法起爆炮孔内的炸药。
如果在爆破时采用导爆索，那么就十分适用于周边孔起爆的条件，这可以保证所有周边孔可以同时爆破，提高爆破后的质量。其装药结构如图2所示。
图2 隧道全断面掘进炮孔布置立面图
（3）垂直于掌子面的掘进炮孔爆破
为缩短钻孔长度，确保钻孔后的精确度，提高爆破后的质量，同时使得炮孔轴线与掏槽后的空腔尽可能平行，除掏槽眼和辅助眼之外，所有掘进眼均沿着垂直于掌子面的方向钻孔。
（4）周边眼光面爆破
为了保证证隧道轮廓线周边平整，同时为了减小爆破后对隧道围岩的扰动，采用光面爆破的方式起爆周边眼，，用以减少超欠挖。
参考文献：
[1]卿光全.铁路瓦斯隧道爆破施工技术[J].爆破，1993（04）：48-50
[2]李开言.家竹箐高瓦斯隧道煤层深孔爆破技术[J].铁道工程学报，2002（02）：38-41+37
[3]高波.通渝隧道出口煤层瓦斯段施工技术[J].隧道建设，2004（04）：37-40.
[4]丁尧. 公路隧道瓦斯涌突机制与预测预警研究[D].成都理工大学，2011.
[5]赵伟.发耳高瓦斯公路隧道开挖爆破技术[J].隧道建设，2015，35（04）：369-372.
论文作者:方烨
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/4
标签：隧道论文; 瓦斯论文; 围岩论文; 区段论文; 光面论文; 药量论文; 断面论文; 《防护工程》2019年12期论文;