新建隧道下穿既有管线爆破施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种新建隧道下穿既有管线爆破施工方法。

背景技术

随着地下工程建设规模的不断扩大，使得对邻近建筑物，特别是既有地下管线的保护工作难度增大、风险提高。某个待建隧道上覆地表有管径1.016米的天然气输气管线贯穿，常规隧道钻爆开挖方式难以满足上部输气管线结构稳定和运营安全，因此施工设计图中建议采用机械开挖方式，但隧道机械开挖掘进施工进度缓慢，难以满足合同工期。

因此，需要研发出一种新建隧道下穿既有管线爆破施工方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种新建隧道下穿既有管线爆破施工方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

新建隧道下穿既有管线爆破施工方法，包括以下步骤：

S1、钻爆设计；包括：

炸药单耗：取值0.7kg/m

掏槽方式：上台阶掏槽眼和第1、2圈辅助眼采用水平楔形掏槽，其余辅助眼采用直眼掏槽；下台阶采用直眼掏槽方式，周边眼全部采用小间距、小角度外插直眼掏槽方式；

炮孔布置：掏槽眼：掏槽孔孔口距为0.4m，孔深为2.2m，炮孔数量为4个，单孔装药量1.93kg，4个孔总装药量7.72kg；周边眼：采取小间距、低药量的方式，炮孔间距a＝0.30m，炮孔深度为2.0m，孔底向轮廓线外倾斜2°，炮孔数量为120个；单孔装药量0.12kg，堵塞长度0.2m，120个孔总装药量14.4kg；辅助眼：炮孔间距为0.7～0.9m，炮孔深度为2.0m，炮孔数量为162个，单孔装药量0.6～0.8kg，最大单响装药量18.4kg；

S2、装药结构布设；掏槽眼炮孔、辅助眼炮孔采用径向不耦合连续装药结构；周边眼炮孔采用径向不耦合、轴向间隔装药结构；

S3、爆破震动安全验算；据萨道夫斯基经验公式计算距爆破点距离各保护对象爆破震动数值：

K——与地形、地质有关的系数；

α——地震衰减系数；

Q——同段起爆最大药量；

判断钻爆设计时爆破振动速度是否能控制在规定的安全允许范围内，如是则爆破设计符合要求，进入下一步骤；

S4、起爆；按照掏槽眼、辅助眼、周边眼顺序依次起爆。

具体地，新建隧道下穿既有管线爆破施工方法还包括步骤S5，爆破振动速度监测；爆破振动检测采用实时监测的方法，爆破检测设置3个测点，布置在输气管道基础地面上；通过爆破监测，获取输气管道关键部位地面质点振动速度，与设计取值进行比较，判定爆破振动对输气管道的影响情况。

进一步地，爆破检测分别在隧道右线、左线、左右线中点布置测点。

更进一步地，测点的传感器安装包括；

传感器安装在测试桩或基础上；

清除测试桩或基础表面灰尘泥土，并用毛刷将表面清理干净；

按照三维直角坐标系指向，在天然气管道基础表面按垂向、水平切向和水平径向布置3个传感器；并使用醒目的记号笔标出安装的位置和传感器指向；

水平切向速度传感器和水平径向速度传感器应在同一平面上与水平面平行，且水平径向速度传感器应指向爆破中心，垂直速度传感器必须垂直于水平面布置。

优选地，传感器采取石膏粘贴，石膏加水调制成浆糊状，均匀涂抹在传感器底面，涂抹厚度不超过1cm，石膏凝固时间不小于10分钟，使传感器与被测目标的表面形成刚性连接。

具体地，新建隧道下穿既有管线爆破施工方法还包括步骤S6，爆破振动监测数据分析；爆破里程进入监测里程后开始对每一次爆破进行实时监测；现场检测结束后，检测人员将检测数据导入电脑，并打印检测波形图和检测结果表交给校核人员，校核人员依据原始资料对检测结果进行检查、复核，并根据校核后的检测数据进行计算，获取爆破点与周边被保护建筑物之间的地形、地质有关的系数和衰减指数；在监测过程中，选取了振动峰值最大的点作为天然气输气管线安全稳定控制预警点，当峰值超过天然气管道的安全允许振速时立即停止爆破施工作业，并进行爆破参数调整。

具体地，在步骤S1中，在掏槽眼中间留1个空眼。

本发明的有益效果在于：

本申请综合了新建隧道下穿既有管线施工建设特征和标准，设计出更简单、更灵活的控制爆破结构。此外，对既有管线的实时监测，及确保了既有管线的运行安全，又为控制爆破优化爆破参数提供了理论依据。钻爆施工周边眼采取小间距、短进尺、低药量的方式进行钻孔和装药，提高光面效果良好，提高了掌子面一次成形合格率。采取楔形掏槽技术，掏槽眼先起爆，为辅助眼和周边眼提供自由面，为岩石膨胀提供空间，提高爆破效率，降低单响装药量。采用爆破振动速度检测系统对爆破振动进行实时监控，了解爆破振动速度是否超标，确保施工过程中对管道安全稳定的动态保护。同时，根据反馈数据调整爆破参数，进一步优化控制爆破技术。

附图说明

图1为炮眼布置大样图；

图2为炮眼布设俯视图；

图3为连续装药结构示意图；

图4为间隔装药结构示意图；

图5为爆破振动速度监测结果示意图；

图中：1、引线；2、炮泥；3、非电雷管；4、药包；5、导爆索。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

新建隧道下穿既有管线爆破施工方法，包括：

S1、钻爆设计

1、炮孔直径D＝42mm；

2、炮孔深度L＝2.0m；

3、炸药单耗：本设计取值0.7kg/m

4、掏槽方式：

上台阶掏槽眼和第1、2圈辅助眼采用水平楔形掏槽，其余辅助眼采用直眼掏槽，并在掏槽眼中间留1个空眼，为掏槽眼提供自由面，为岩石膨胀提供空间，使爆破效果更好；下台阶采用直眼掏槽方式，周边眼全部采用小间距、小角度外插直眼掏槽方式。

5、炮孔布置：

1)掏槽眼：掏槽孔孔口距为0.4m，孔深为2.2m。炮孔数量为4个。单孔装药量1.93kg，4个孔总装药量7.72kg。

2)周边眼：采取小间距、低药量的方式，炮孔间距a＝0.30m，炮孔深度为2.0m，孔底向轮廓线外倾斜2°，炮孔数量为120个。单孔装药量0.12kg，堵塞长度0.2m，120个孔总装药量14.4kg。

3)辅助眼：炮孔间距为0.7～0.9m，炮孔深度为2.0m，炮孔数量为162个。单孔装药量0.6～0.8kg，最大单响装药量18.4kg。

炮孔在掌子面布置的位置、钻孔角度、钻孔深度详见图1和图2。

6、钻眼应符合下列要求：

炮孔钻眼深度、角度，以及排距、行距应符合表1。

表1钻眼位置要求表

待炮眼钻孔完毕后，根据钻爆设计中的参数和炮眼布置图进行逐一对比检查，并作好记录，检查发现有不符合要求的炮眼应重新钻孔，钻孔完成后再次检验，检验合格后进行下一道工序。

装药前必须将炮眼内泥浆、石粉清理干净，确保孔内无杂物，炸药装药均匀。所有装药的炮眼必须堵塞炮泥，且堵塞长度不宜小于20cm。

上下台阶各炮眼装药钻爆参数详见表2、表3。

表2台阶开挖法①上台阶钻爆参数

表3台阶开挖法①上台阶钻爆参数

S2、装药结构布设；

掏槽孔、辅助孔、底板孔等采用径向不耦合连续装药结构，装药结构如图3所示。多个药包之间无间隔设置，引线向内穿过炮孔连接非电雷管，非电雷管连接药包，专用炮泥堵塞炮孔；

周边孔采用径向不耦合、轴向不连续装药结构(间隔装药结构)，孔内各药包间采用导爆索连接，专用炮泥堵塞炮孔，以保证断面光爆效果，装药结构如图4所示。

S3、爆破震动安全验算

据萨道夫斯基经验公式计算距爆破点距离各保护对象爆破震动数值如下表。

K——与地形、地质有关的系数，根据岩性取值详见表4，本次取350；

α——地震衰减系数，根据岩性取值详见表4，本次取1.5；

Q——同段起爆最大药量，根据表4，本次取18.4Kg。

表4岩性地形有关系数与地震衰减系数取值表

综上所述：

表5爆破振动验算表

通过计算，见表5爆破振动验算表，采取上述钻爆设计时爆破振动速度均能控制在规定的安全允许范围内，爆破设计符合要求。Ⅰ-1、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ-5、Ⅵ-6

S4、起爆顺序；Ⅰ掏槽眼、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ辅助眼、Ⅵ辅助眼(滞后Ⅳ起爆)、Ⅶ周边眼，光面爆破，在Ⅴ后起爆。

S5、爆破振动速度监测

监测方法

爆破振动检测采用实时监测的方法，爆破检测设置3个测点，布置在输气管道基础地面上。通过爆破监测，获取输气管道关键部位地面质点振动速度，与设计取值V＝2.0cm/s进行比较，判定爆破振动对输气管道的影响情况。

现场监测

(1)中贵输气管线横穿隧道，因此分别在隧道右线、左线、左右线中点布置测点。

(2)传感器安装

①传感器安装在测试桩或基础上；

②清除基础表面灰尘泥土，并用毛刷将表面清理干净；

③按照三维直角坐标系指向，在天然气管道基础表面按垂向、水平切向和水平径向布置3个传感器，传感器之间的距离应尽量缩小。并使用醒目的记号笔标出安装的位置和传感器指向。

④水平切向速度传感器和水平径向速度传感器应在同一平面上与水平面平行，且水平径向速度传感器应指向爆破中心，垂直速度传感器必须垂直于水平面布置。

⑤传感器采取石膏粘贴，石膏加水调制成浆糊状，均匀涂抹在传感器底面，涂抹厚度不超过1cm，石膏凝固时间不小于10分钟，使传感器与被测目标的表面形成刚性连接。

S6、爆破振动监测数据分析

对中贵天然气输气管线下方隧道施工爆破活动进行监测，采用UBOX-5016爆破振动智能监测仪和速度传感器，将传感器布置在管道基础上。在爆破里程进入监测里程后开始对每一次爆破进行实时监测。现场检测结束后，检测人员将检测数据导入电脑，并打印检测波形图和检测结果表交给校核人员。校核人员依据原始资料对检测结果进行检查、复核，并根据校核后的检测数据进行计算，获取爆破点与周边被保护建筑物之间的地形、地质有关的系数和衰减指数。

根据“地面建筑物、电站(厂)中心控制室设备、隧道与巷道、岩石高边坡和新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率。”的有关规定。

爆破区域附近主要保护对象为输气管道，而相关标准、规范中并无天然气管道的安全允许振速标准，经查阅相关资料文献后综合确定，天然气管道最大振速不得大于3cm/s(具体需要与天然气公司商定)，为稳妥起见，设计取值V＝2.0cm/s。

在监测过程中，选取了振动峰值最大的点作为中贵天然气输气管线安全稳定控制预警点，当峰值超过V＝2.0cm/s时立即停止爆破施工作业，并进行爆破参数调整。

爆破振动速度监测结果详见图5：

根据监测到的爆破振动速度显示，采用上述控制爆破参数，爆破振动速度仅随着与爆破点的距离发生变化，在距管道最近点最大峰值为z向，数值1.05cm/s，远远低于天然气管道的安全允许振动速度标准，中贵天然气输气管道的安全性可以满足要求。

爆破效果评价

多次爆破结果表明，不但爆破振动速度控制在了安全允许标准内，同时超挖控制良好，炮痕清晰，对围岩扰动明显减弱。

采用本申请方法进行钻爆开挖，经检测统计，隧道断面一次成型合格率由63.3％提升到了94.6％，超挖平均值控制在10cm，每延米超挖方量比更改钻爆参数前减少了6.04方，综合每延米节约成本2470.7元，经济效益显著。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。