重庆某高速公路低瓦斯隧道爆破施工工艺

重庆某高速公路低瓦斯隧道爆破施工工艺

詹东集

中交四航局第一工程有限公司广东广州510000

摘要：本文介绍某高速公路低瓦斯隧道爆破施工工艺，通过瓦斯通风稀释，浓度监测，采用瓦斯用炸药及雷管保证低瓦斯隧道爆破施工的安全。

关键词：低瓦斯隧道；爆破；施工工艺

0、项目概况

项目位于重庆市忠县西沱镇，为双向四车道高速公路，设计速度为80Km/h，全长1045m，为小净距+分离式隧道。隧道主要穿越三叠系上统须家河组地层，据区调资料，须家河组底部为页岩夹薄煤层。根据地面调查，隧道区须家河组地层中煤层厚度变化大，局部呈鸡窝状，无工业储量及开采价值，详勘调查没有发现煤层开采的痕迹。根据钻探揭露，隧道穿越含煤层，煤层厚度50～100mm。

根据收集万石二级路走马岭隧道报告：须家河组煤系地层虽无厚煤层，其煤层灰分高达66.6%，最低也为58.71%，均属高炭质泥岩。煤层爆炸试验，其火焰长度为0，无自燃及煤尘爆炸危险。上述煤层根据化验成果判定虽属炭质泥岩，但其挥分含量较高，可达17.6%，具有较强的生烃能力，含有一定的瓦斯量，应采用动态设计，在隧道开挖施工时，要求对瓦斯气体浓度等加强监测，通过加强通风降低有害气体浓度，以避免瓦斯局部集中，生燃烧、爆炸等危害。同时，瓦斯地层分布应全封闭施工，以阻止瓦斯气体进入隧道要不酿成灾害。

1、技术标准

（1）、公路等级：双向四车道高速公路

（2）、隧道设计速度：80km/h

（3）、隧道主洞建筑限界：

（4）、隧道路面横坡：单向坡2%（直线段）。

（5）、隧道内最大纵坡：±3%；最小纵坡：±0.3%。

（6）、设计荷载：公路～I级。

（7）、隧道防水等级：二级；二衬砼抗渗等级不小于S6。

2、危险源识别及控制措施

2.2风险识别

隧道为低瓦斯隧道，属于危险性较大的分部工程，施工过程中存在的风险包括：物体打击、火药爆炸、爆炸伤害、拱顶掉块、爆破装药量过大以及由瓦斯气体引起的爆炸等方面的风险。

2.3对风险控制和保证技术措施

1、前期资料收集

根据地形、地质资料收集周边可燃性气体信息：收集周边已完工或在建隧道工程无然气体的产生状况、气体爆炸事故、气体爆炸的对策措施等资料。

2、施工中调查

根据开挖面的观察结果，进行钻探或超前地质预报，对气体的涌出量、气体压力、成分等进行调查。

3、可燃气体检测

瓦斯检测采用便携式和固定式检测器配合使用。

（1）、检测设备：制定检测器的检查、标定要求。

（2）、检测方法：在开挖面顶端、隧道中间、模板台车、电气设备等附近，设定检测可燃性气体浓度的位置，由瓦检员进行检测。

（3）、信息沟通机制：确定检测结果的信息沟通机制。特别应明确出现异常值时，向现场负责人报告的渠道和机制。

（4）、记录及保存：记录并整理施工中的各种检测结果，分析可燃气体的变化趋势。

4、通风：选定适合隧道断面、长度的通风方式。在可能产生可燃性气体的施工区域，设置能充分稀释气体的换气设备。

5、警报装置

（1）、设置自动警报装置，该装置发现瓦斯异常能迅速通知附近作业人员。

（2）、制定警报的标准、拉响警报时的行动要求，并向相关人员公告。

（3）、制定警报装置的检查、维护标准。

（4）、制定检查员，在每天作业前对警报装置进行检查。

6、火源管理

（1）、制定隧道内用火标准，并向相关人员公告。

（2）、将香烟、火柴、打火机、普通灯、相机用闪光灯等可能成为火源的物品在洞口标示，向相关人员公告，禁止将上述物品带入隧道内。另外，还应实施进洞前随身物品检查等具体措施。

8、电气设备防爆

在可燃性气体浓度可能达到爆炸极限范围场合使用的电气设备应具有防爆性能。制定防爆设备维护、检查的标准，以维持防爆性能。

9、电气设备绝缘

（1）、为防止放电、电火花的发生，定期检查电气设备的绝缘情况。

（2）、使用耐火性电缆。

10、爆破

爆破作业，采用一级煤矿须用炸药。

11、静电

为防止服装、通风管等的静电，采取防止带电、接地等措施。

12、应急措施

（1）、应急工具：在必要的场所设置应急处理用具，向相关人员公示设置场所和使用方法。

（2）、应急演练：模拟发生紧急事件，实施应急避难演练。

3、施工工艺方案

3.2.1爆破总体方案

本方案针对隧道不同的围岩类别，后行洞需特别注意利用先行洞开挖时测定的震动数据对后行洞的爆破参数进行设计。具体实施的爆破方法为：V级围岩洞口浅埋段岩层风化破碎程度严重，自稳能力较差，为减小爆破扰动，采用光面爆破或预裂爆破单侧壁导坑法开挖；IV级围岩及Ⅴ级围岩深埋段采用光面爆破或预裂爆破台阶法（环形导坑法）开挖，爆破设计参数为：周边眼间距40-50cm，最小抵抗线取65cm，装药集中度q=0.25kg/m。

3.2.1.1开挖工序

1、台阶法（环形导坑法）适用于Ⅴ级围岩深埋段及Ⅳ级围埋段。该法施工工序见图3.2-1台阶法（环形导坑法）横向施工工序示意图，图3.2-2台阶法（环形导坑法）纵向施工工序示意图。

台阶法（环形导坑法）开挖施工工序如下：

（1）、施工中先按I、II、III顺序环形开挖上断面，施作初期支护①，然后开挖上断面核心土IV，下断面V、VI采用跳槽开挖，开挖后及时施作相应的初期支护②、③，全断面开挖完成后及时施作仰拱④并进行仰拱回填⑤，然后整体模筑二次衬砌⑥。下断面跳槽开挖时，初期支护双侧交错落底，避免上半断面两侧拱脚同时悬空，单侧每次落底长度一般不大于3m。

（2）、开挖采用手持风镐配合挖机代替钻爆法开挖，充分减小开挖工序对围岩的扰动，开挖每循环进尺0.5～1.0m。对局部机械无法开挖的地段采用人工手持风动凿岩机钻孔，松动预裂爆破。出碴采用挖机及装载机装车、自卸式汽车运输。

3.2.1.2爆破工艺流程

1、瓦斯工区爆破施工流程

测量放样→超前支护→瓦斯浓度检查→钻眼→瓦斯浓度检查→装药、连线→瓦斯浓度检查→爆破→通风→瓦斯浓度检查→洒水装岩→初喷→系统锚杆→挂网→安装钢架→复喷。

2、钻孔

低瓦斯隧道必须采用湿式钻孔。风枪开口时缓慢推进，并特别注意钻杆方向与隧道中线的夹角是否符合设计外插角。

钻好一个炮孔进行下一炮孔钻进时，要做到“准、顺、平、齐”。准：按周边孔参数要求，孔位要选准；顺：侧墙孔孔口要顺开挖轮廓线布置，使孔底均位于开挖允许的超欠范围内；平：各炮眼相互平行（孔口和孔底距相等）；齐：孔底要落在同一平面上，爆出的断面要整齐，便于下一循环作业。装药前，用炮钩和高压风将炮眼内石屑刮出吹净。

炸药爆炸产生的空气冲击波、炽热的固体微粒和爆炸生成的高温气体可能引爆瓦斯，变质的炸药因爆炸不完全而产生游离氧、氧化氮、一氧化碳等不良气体可以缩短瓦斯氧化的感应期而起催化作用；普通岩石炸药爆炸后其所含的铝、镁等金属粉末的增温作用很大，超过瓦斯的最小点燃能量和长于感应期，能引发瓦斯爆炸。因此，在瓦斯隧道实际爆破中选用煤矿许用安全炸药，禁止使用普通岩石炸药，更不能使用变质炸药。本方案采用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药。炮眼直径为42mm，采用Φ32药卷。周边眼采用不偶合装药，其它眼采用连续装药。

起爆电源在含瓦斯的隧道环境中爆破，通电时间必须小于6ms，使用线路电源放炮，由于无法控制通电时间，电路被炸断时可能产生电火花，引爆瓦斯。因此只能采用MFBB型煤矿发爆器作为起爆电源。

引爆前必须检查距掌子面20m内的瓦斯浓度，当瓦斯浓度（体积百分比）大于1.5时，须加强通风降低浓度后才能引爆。引爆前非点炮人员撤离至安全区，爆破后，如有瞎炮，要进行专门处理，并及时检查光爆效果，分析原因，调整爆破设计。

瓦斯隧道通风采用压入式通风机。通风机设在洞外15m处，以避免污风循环。通风机高两路电源，并装设风电闭锁装置，当一路电源停止供电时，另一路电源在15min内接通，保证风机正常运转。瓦斯隧道钻爆过程中要保证掌子面20m范围内浓度小于1.5%，掌子面爆破后须马上加大通风，迅速排除洞内洞内瓦斯气体。下道工序开工前须检测瓦斯浓度，浓度小于1.5%后才开始下道工序施工。

3.2.2钻爆设计

隧道围岩较差，且爆破断面面积较小，故本方案均采用光面爆破设计。控制爆破的关键在于钻爆设计及现场的调整和实施的精确性。钻爆设计的关键在于掏槽方式的选定和爆破参数的确定。

3.2.2.1爆破参数的选定

选择适当的爆破参数，布置合理的炮眼孔位和炮眼数量可以保证爆破效果，保证安全生产，节约成本，提高经济效益，而单位炸药消耗量是计算炮眼数目的重要依据。爆破参数的确定根据计算、规范参考，最终通过现场试验确定。其周边眼间距的布置是随着围岩类别的变小而增大，但不超过50cm。其参数选定如下：

1、炮眼数目的确定及布置

N=ksL/Lnr（个）

式中：N-炮眼数目（不包括掏槽眼）

K-导坑爆破单位炸药消耗量kg/m3

L-炮眼深度m

n-炮眼装药系数（孔长&pide;药长）

S-开挖断面面积m2

r-炸药线装药密度kg/m

2、分层爆破装药量计算

式中：Q－一次装药量，Kg；

q－单位炸药消耗量，Kg；

B－一次爆破岩体厚度，m；根据分成宽度确定；

L－一次爆破岩体长度，m；根据分成纵向长度确定；

－平均炮眼深度，m。

3、炮眼布置图和参数

（1）、本方案Ⅳ级围岩采用预留核心土环形开挖，其岩爆设计见图3.2-8Ⅳ级围岩爆破设计。

（2）、洞口Ⅴ级围岩单侧壁导坑法爆破设计

本方案适用于洞口Ⅴ级围岩单侧壁导坑法爆破施工，其爆破设计见图3.2-6Ⅴ级单侧壁导坑法爆破设计。

3.2.3注意事项

1、钻孔

目前的隧道开挖爆破中采用导爆管系统起爆法。针对我们隧道开挖断面炮眼数量多的特点，采用以集束联结为主的混合联结方式，具体见图3.2-7周边眼导爆网络连接图和图3.2-8导爆索联结细部图。

2、爆破过程中应注意的问题

正确的装药结构和准确的起爆顺序是保证光面爆破质量的最后一关，应注意以下几点：

（1）、装药前要用高压气将炮眼内泥、水等杂物吹洗干净，药卷之间不得夹有岩粉等杂物，防止药卷拒爆、残破等现象。

筑工作的不重视更是对交通中生命安全的不重视，这是坚决不允许出现的，希望在以后的预应力应用中此类问题的出现率能够将到最低。

3.3张拉前混凝土出现裂缝现象

在道路桥梁预应力钢筋混凝土结构和构件中，由于钢筋混凝土结构自身的干缩、温差、桥梁的载荷等因素使张拉前混凝土就出现了裂缝问题，从而降低了预应力应用在钢筋混凝土结构中抗裂的效果。张拉前出现的混凝土裂缝问题多分布在道路桥梁表面而且裂缝分布不均匀，并且裂缝也不会很宽，尽管如此也会影响道路桥梁的施工质量，所以对于张拉前混凝土出现的裂缝问题也不能小觑，应该采取措施避免裂缝的出现，虽然不能完全避免裂缝的出现但是也能达到很好地缓解作用，所以应该控制好影响混凝土浇筑的因素，保障钢筋混凝土凝固的足够坚固，减少裂缝的出现。

4结论

通过对道路桥梁施工过程中预应力的应用分析和该应用存在的问题探究可以知道，预应力的应用对于道路桥梁的施工来说是非常重要的一项施工技术，它不仅可以使道路桥梁的建筑过程简便化，更能有效地提高道路桥梁的施工水平和施工质量，能够从根本上保障道路桥梁的安全稳定性和坚固性，而且通过对预应力应用中存在的不足之处建筑企业要重视起来，如果把道路桥梁施工过程中存在的问题一一解决了，我国的建筑技术水平会有更明显的提高，更能提高我国道路桥梁的质量，这不仅可以促进建筑业的快速发展，更能提高交通运输过程中的安全性，促使我国工业体系更安全健康的发展。

参考文献：

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