下穿输油管线隧道爆破技术应用实践

江晓松 邓伟琳 刘斌

摘要： 针对下穿输油管线隧道掘进爆破，为控制爆破振动，减弱振动对隧道上部输油管线影响，同时保证破碎效果、保障施工进度，对振动进行实测并分析波形特征，提出了降振措施。新方案通过改变掏槽方式，采用分级掏槽的方法降低了爆破振动，对比新老方案爆破效果、监测波形表明：两种方案下隧道成形与爆堆块度相近；新方案相比原方案爆破振动峰值振速大幅降低，而主振频率没有太大差别。

Abstract： Targeting the heading blast of under-cross oil pipeline tunnels， to control the blasting vibration and to reduce the impacts from the vibration on the upper-tunnel oil pipelines while guarantee the breaking effect and the construction progress， the author measured the actual vibration and analyzed the waveform characters， on which the author proposed measures to reduce vibration. By changing the underholing method and adopting the method of graded underholing， the new program successfully reduced blasting vibration. Comparing the old program with the new， the blasting effects and monitored waveforms indicated that： the formation of tunnels and fragmentation of rock blasting under the two programs were close； the new program presented a peak blasting vibration velocity much lower than that of the original program， with no significant difference in driving frequency.

关键词： 隧道；爆破振动；输油管线；爆破技术

Key words： tunnel；blasting vibration；pipeline；blasting technology

中图分类号：TE88 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）20-0171-02

1 概述

近年来我国交通建设事业迅速发展，城市公路隧道建设进入高潮期。在某些地区，某些隧道掘进施工前周围地下就已存在一些建（构）筑物或其他管道、管線设施，施工时必须保证既有设施安全稳定、正常运行，又需要保障新建隧道的施工进度与施工效率。已有部分类似相关工程施工的工程经验可供参考，刘生秀[1]以温福铁路客运专线大断面硬岩隧道为背景总结了快速掘进爆破经验，李旭东[2]针对下穿地面建筑物的浅埋隧道采用上下断面台阶法，控制装药量与雷管起爆顺序控制了爆破振动。

当前，硬岩隧道掘进广泛使用工程爆破方式，爆破作用可有效破碎岩石，但破碎岩石同时产生的爆破振动等爆破危害效应不可完全避免[3]。隧道爆破掘进时既要保证被爆岩体有效破碎，又要避免对围岩及周围既有建筑、设施造成过大影响。

2 工程概况

某隧道设计断面宽1370cm、高1187cm，其中某段位于中石化输油管道正下方，隧道所处环境纵剖面图如图1所示。隧道附近属构造侵蚀、溶蚀中低山地貌，地形起伏不大，地面高程海拔2000～2130m，相对高差约130m，植被较少，缓坡地段多被垦为耕地。隧区上覆第四系全新统冲洪积松软土、粉质粘土，坡洪积粉质粘土，坡残积粘土（膨胀土） ，下部基岩为二叠系玄武岩夹灰凝岩。隧道施工采用爆破方式掘进，输油管线为附近最为需要保护的设施，其中爆破振动最主要控制目对象。

输油管线一般由钢结构管道组装或焊接形成，结构整体具有一定的抗振性、抗弯性，爆破振动控制在合理范围内，振动本身一般不会直接对管线造成影响，但岩体节理裂隙发育，层理、断层等地质结构面存在时振动易导致结构面处岩体发生滑移、错位，易给管线施加一定的土压力，当土压力特别是侧向土压力超出输油管线承受能力时管线弯折、泄露。且爆区爆破是一个长期高频行为，长期振动影响下岩体在结构面处的损伤逐渐累积[4]，特别是地势陡峭的结构面处在长期振动下形成累计损伤易产生滑移，进而损伤、损毁输油管线。为了保护输油管道，爆破施工时需对爆破振动进行严格控制。

3 振动监测与分析

本隧道工程采用三台阶法施工，台阶开挖顺序如图2所示。爆破采用浅孔爆破技术，隧道轮廓线部位采用光面爆破技术。为提高隧道围岩的安全稳定与质量要求，特别是将爆破振动对石油输送管道的影响控制在安全允许范围内，在石油管线处对原方案下施工的爆破振动进行了现场监测。监测表明：上台阶爆破时爆破振速峰值较大，且峰值振速出现在振动开始时刻，上台阶爆破振动监测波形图如图3所示，可知爆破前期时刻峰值振速大是最先起爆的掏槽孔爆破造成。

根据《爆破安全规程》[5]推荐，质点振动速度可按照萨道夫斯基公式计算：

式中V为被保护物处的质点振动速度，cm/s；K，α为与地形、地质等条件有关的系数和衰减指数；Q为一次起爆最大药量，kg；R是爆破地点距离石油天然气管道线路的最近距离，m。分析可知当R一定时，对爆破振速峰值影响较大的是地形地质影响系数K、α和单响药量Q，控制峰值振速应着重从这两方面入手。

4 爆破方案

4.1 原上台阶爆破方案

原方案掏槽孔采用采用垂直V字型掏槽。孔口间距120cm，上下间距40cm，孔底一般超深15cm，孔底距不能小于15cm，共计三排掏槽孔。辅助孔间距为80cm，排距59cm，周边孔顶孔41cm，底孔76cm。炮孔布置及起爆顺序如图4所示。

4.2 上台阶爆破试验方案

根据原方案爆破振动监测波形，前期较高振速波段为掏槽孔掏槽爆破所致。原方案同段起爆的掏槽孔数量多、药量大，不存在侧向临空面，岩石夹制作用强，爆破环境差，岩石难以破碎，能量以振动形式向周围传递、散失比例高。

参考类似工程经验[6]试验采用分级复式掏槽方式，即最先起爆中心两个掏槽孔，降低起始段单响药量，且为后续掏槽孔提供了临空面，减少了夹制作用。具体施工中，掏槽孔的首段采用正向装药起爆，其他炮孔采用反向装药起爆，填塞长度30cm左右，V形复式掏槽。根据相关研究爆后岩体明显移动的时间在48～96ms之间，因此为保证前期掏槽为后期掏槽孔提供理想的临空面，两级掏槽孔爆破间隔时间在100ms以上为宜，试验中一级掏槽和二级掏槽之间使用MS5（延期时间110ms）段雷管连接。

5 结论

①掏槽孔引起的振动最大，主要因为夹制作用最大、爆破环境差，采用较小药量分级掏槽可提前爆出临空面，为后续掏槽孔爆破创造爆破条件，降低振动、提高效果。

②隧道掘进爆破施工，对附近设施应采取保护方式，本文所述方法是改善爆破环境，萨道夫斯基公式中α（衰减系数）值保持不变情况下降低K值，减弱振动，减少对保护物的破坏，α值对照地质情况取值为1.5，经过优化相比原方案K值从200降低到了125，有效降低了爆破振动。

参考文献：

[1]刘生秀.大断面硬岩隧道快速掘进施工经验总结[J].铁道工程学报，2007，12.

[2]李旭东，白海峰，周志顺.地面建筑物控制爆破的浅埋隧道暗挖法研究[J].铁道工程学报，2011，1.

[3]梁向前，谢明丽，冯启，等.地下管线的爆破振动安全实验与监测[J].工程爆破，2009，15（4）.

[4]中国生，敖丽萍，付玉华.循环爆破开挖下隧道围岩振动效应与损伤演化的模型实验[J].爆炸與冲击，2016，36（6）.

[5]国家安全生产监督管理总局. GB 6722-2014爆破安全规程[S]. 北京：中国标准出版社，2014：96-97.

[6]杨年华，张志毅.隧道爆破振动控制技术研究[J].铁道工程学报，2010，1.