高速铁路斜井下穿石油管道弱爆破施工技术

罗康勇

摘要： 在我国大规模的高速铁路网建设中，必将会遇到高速铁路斜井下穿石油天然气管道的情况，如何采用安全可靠、经济合理的施工方案，切实保障石油管道的安全，是施工单位必须认真研究的课题。本工点采用弱爆破施工技术，并事先对穿越施工方案的合理性、可行性进行充分论证，在爆破施工前进行试爆并通过地震波监测，收集相关参数来验证控制爆破方案可行性。通过科学化、精细化的组织施工，此处石油管道穿越工程得以安全通过，顺利完成预期目标，确保了石油管道安全。

Abstract： In the construction of large-scale high-speed railway network， it will encounter the situation of high-speed railway inclined well under-passing oil and gas pipeline. How to adopt safe， economical and reasonable construction scheme and ensure the safety of oil pipeline is the subject that the construction unit must seriously study. The construction technology of weak explosion is used in this workshop， and the rationality and feasibility of the construction scheme are fully demonstrated beforehand. The explosion test is carried out before the blasting construction and the relevant parameters are collected to verify the feasibility of the control blasting scheme. Through the scientific and meticulous organization and construction， the oil pipeline under-passing project is safely completed， the expected objectives are successfully completed， and the safety of oil pipelines is ensured.

关键词： 斜井；下穿；弱爆；技术

Key words： inclined well；under-passing；weak explosion；technology

中图分类号：U455.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）15-0097-04

1 工程概况

西安至成都客运专线金家岩隧道1号斜井位于线路前进方向的右侧，与线路交点里程DK452+200。该工区施工采用无轨单车道运输组织，永久性工程设计，斜井净空断面尺寸为5.0m×5.9m（宽×高）。斜井下穿兰成渝输油管道，平面投影相交里程为XD1K0+163，斜井與隧洞地表输油管道垂直距离仅28.42m，？准508mm兰成渝输油钢管与斜井相交纵断面图如图1。

2 岩土工程爆破研究

2.1 岩土工程爆破作用原理

岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用的结果，爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆轰气体产物的压力和传播速度。爆轰波首先作用于药包周围的岩壁上，在岩石中激发形成冲击波并很快衰减为应力波。冲击波在药包附近的岩石产生“压碎”现象，应力波在压碎区域之外产生径向裂隙。

随后，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎的岩石，报轰气体“楔入”在应力波作用下产生的裂隙中，使之继续向前延伸和进一步张开。当爆轰气体的压力足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆轰气体的作用都是不同的。

①在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的。

②在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆轰气体的破坏作用是主要的。

2.2 爆破地震波的传播范围

当炸药在岩土体中爆炸时，一部分能量使炸药周围的介质引起扰动，并以波动形式向外传播。通常认为：在爆破近区（药包半径的10～15倍），传播的是冲击波；在爆破中区（药包半径的15～400倍），传播的是应力波；在爆破远区，传播的是地震波。

2.3 根据已有工程实例，选定地震波控制标准

保护石油管道安全的最小地震波速没有相关规范及标准，《爆破安全规程》（GB6722-2003）中爆破震动安全允许标准也没有明确规定，参照两个相似成功案例经验，案例1：南水北调中线京石段工程与天然气高压管道交叉控制爆破施工；案例2：兰成渝管道康县隐患整治工程第2标段。选择V取值=1.5cm/s能够满足管道安全要求。

2.4 爆破振动控制措施

①控制单段最大装药量Q；②采用微差起爆；③控制掘进进尺；④分部开挖，控制爆破设计；⑤爆破地震波实施监测。

3 控制爆破方案设计

3.1 控制爆破震动安全标准及要求

参考《爆破安全规程》（GB6722-2011）及《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007），为保证输油管道安全，经过专家及输油管道公司共同评审，确定地震波控制标准为≤1.0cm/s；规范中引用爆破地震安全允许振速如表1所示。

管道变形监测按照《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）表8.0.5办理。地下管线沉降监测控制标准见表2。

各项监测的数值达到一定范围（即：将产生不可接受的负面影响时）要进行“报警”。报警系数F（F=实测值/安全控制标准值），当F>0.80时，为报警状态，当达到报警值时，应启动应急预案，采取必要的加强措施。

3.2 爆破设计方案

3.2.1 单段最大用药量的确定

据萨道夫斯基控制爆破震动速度公式计算爆破震动速度：

参考《油气管道并行敷设设计规定》6.2.3b）中之规定：“对于不同期建设管道，要求如下：1）宜保持20m以上间距，新建管道爆破管沟形成的震动波到达在役管道处的最大垂直地震速度应不大于10cm/s”及《爆破安全规程》第6.2.3条：爆区不同岩性的K、α值表（见表3）。

斜井控制弱爆破段XD1K0+207～XD1K0+124各参数计算取值如下：

允许震速限值，取值V =1.5cm/s，远小于《油气管道并行敷设设计规定》之10cm/s。

K、α-与地质地形有关的系数，本次爆破按中硬岩取值，K取250、α取1.8。

K′-分散装药衰减系数，K′取1。

R-最大一段齐爆药量的几何分布中心到邻近被保护物的距离，单位m；依据设计图纸高程差，石油管道距离爆破点最小垂直距离为28.42m，R取保守值28。

不同的R值对应的最大单段爆破药量计算结果见表4。

由表4可见：斜井XD1K0+207～XD1K0+124段一次起爆允许最大药量Qmin（28）=4.3kg，Qmax（50）=23.31kg。

3.2.2 50m范围内下穿段控制弱爆破设计

炮眼布置等详见图2《金家岩1号斜井XD1K0+207～XD1K0+124段爆破设计图》。

由表5可见，斜井下穿段爆破设计一次起爆最大用药量为Qmax1=3.6kg<计算允许值Qmin（28）=4.35kg，根据该计算成果，斜井下穿段施工钻爆作业最大段装药量没有超过计算值，理论上对在役管线不构成直接破坏性，考虑到传播介质的不均匀性，为更加安全起见，该段施工时整段爆破设计按R=28m，最大一次起爆药量Q4.35Kg进行施工，有效保障既有管线及隧道施工的安全。

3.2.3 50m范围外控制爆破设计

XD1K0+124～XD1K0+050段设计衬砌类型为IV级锚喷，采用全断面法施工，爆破设计参数表见表6。

炮眼布置图如图3所示。

由表6可见，XD1K0+124～XD1K0+050段爆破设计一次起爆最大用药量为Qmax1=16.2kg<计算允许值Qmax（50）=23.31kg，理论上对在役管线不构成直接破坏性。为更加安全起见，施工中进一步减少单循环进尺确保管线的安全。

按K=250，α=1.8，Q=4.35kg控制时不同的R值对应的爆破地震速度计算结果见表7。

由表7可见，当爆破中心距离管道超过34m时，爆破引起的最大震动波速度≤1.0cm/s。

4 爆破作业地震波速监测

4.1 监测目的及设备

通过爆破地震波跟踪监测，首先是分析爆破地震波衰减规律及其对周围保护物的影响，并对其进行安全评价；其次是根据爆破地震波监测结果，指导爆破方案的调整和优化，使到达管道的爆破地震波速降低到安全范围内，同时实现隧道开挖快速顺利进行。

本次爆破振动监测与试验使用L20型爆破测振仪，每台测振仪有三个通道，可以配置3个单向速度传感器或1个三分量速度传感器或1个三分量加速度传感器。该仪器自带液晶显示屏，现场直接设置各种采集参数，能即时显示波形、峰值和频率。具有24位A/D转换，采用自适应量程。通过USB接口与PC电脑进行数据通讯，运用专用软件进行处理分析及成果输出等，并带有手机报警功能，设制一定振速阀值，若有溢出，自动发出相应短信，进行报警。

4.2 监测方法及程序

①测点布置。临近输油管道的振动强度通常与新建隧道爆源所在位置直线距离成线性关系，等距状态下洞内邊墙、隧底最直观反映爆破振速。测点布置如图4。

②测试频率。1）微震爆破施工开始后，试验爆破按照测点布置方法每日都进行监测。2）其后，按照测点布置方法每开挖20m测试一次。

③传感器安装。在爆破前1小时，按预定的位置及要求安装三矢量速度传感器，其中Z方向铅直，X方向指向爆源为水平径向，Y方向为水平切向。对监测点进行编号，测量并记录震源中心及传感器的位置与高程。

④仪器连接与调试。在爆破前30分种，将采集仪连接各传感器，记录传感器和采集仪编号，设置参数，选择合适的开门阀值，确认仪器连接、调试完好。在爆破现场警戒前撤到安全区域。

⑤现场测试。爆破产生的振动超过仪器设定的开门阀值，开始记录爆破振动信号。爆破警戒解除后，进入爆破现场收拾仪器、传感器与连接线。

⑥资料整理。通过计算机USB接口与记录仪连接，传输现场记录的振动波形数据。使用振动分析软件对波形进行分析处理，分别读取竖向、水平径向和水平切向的振动峰值、峰值主频等参数。

⑦振动影响评价。爆破振动评价按表8爆破振动安全允许振速中交通隧道取低值为控制标准。

1）若监测点任一方向的实测最大质点振动速度超过相应的振动控制标准，则爆破质点振动速度超限，可能或已经对所监测的对象造成损伤或破坏。2）若监测点所有方向的实测最大质点振动速度均小于相应的控制标准，则表明监测对象不会受到爆破振动损伤，是安全的。3）若实测振动幅值超限，应对监测对象进行宏观调查，观察监测对象是否出现细微裂缝及已有裂纹宽度及延伸是否发展、起鼓等损伤现象，必要时可利用声波检测等手段对爆破振动影响程度进行评价。

4.3 爆破地震波速监测成果

在斜井开挖掌子面里程XD1K0+208～XD1K0+150进行施工爆破振动测试；共测试次数为8次测试情况如表8。爆破振动峰速波形图如图6。

5 结语

监测结果表明，管道附近爆破振速均小于设置限值1.5cm/s，整个爆破过程安全可控。达到了预期目的，对类似工程具有参考和借鉴作用。

参考文献：

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