桥桩爆破对埋地天然气管道影响控制措施分析.pdf

第3 2 卷第3 期 爆破 V 。1 3 2N o 3 2 0 1 5 年9 月B L A S T I N G S e p ．2 0 1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 5 ．0 3 ．0 3 1 桥桩爆破对埋地天然气管道影响控制措施分析木 蒲传金1 ’2 ，郭王林1 ’2 ，廖涛L 2 ，杨鑫1 ’2 ，肖定军k 2 I ．西南科技大学环境与资源学院，绵阳6 2 1 0 1 0 ；2 ．非煤矿山安全技术四川省高等学校重点试验室，绵阳6 2 1 0 1 0 摘要系统地分析了桥梁桩井爆破振动对邻近埋地天然气管道影响的控制措施，如加强爆破设计和施工 管理，采取合理的爆破施工原则，加强施工过程监管和爆破振动监测等。通过对荣乌高速公路河北徐水至涞 源段L J S G - 7 合同段红泉村3 号大桥桩井爆破振动对邻近陕京天然气管道影响的监测表明，桩井与天然气管 道的距离及桩井深度是桩井爆破对邻近埋地管道影响的重要因素，采用合理的技术措施和管理手段，在邻近 埋地天然气管道两侧5 0m 范围内进行桩井爆破施工是可行的。 关键词交叉工程；桩井爆破；爆破振动；施工管理；振动监测 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 3 0 1 7 2 一0 4 A n a l y s i so fC o n t r o l l e dM e a s u r e so nI m p a c to fB r i d g e F o u n d a t i o nB l a s t i n go nB u r i e dG a sP i p e l i n e P UC h u a n - j i n l 一，G U OW a n g l i n l ”，L I A OT a 0 1 ”，Y A N GX i n l ”，X I A OD i n g - j u n l ’2 1 ．S c h o o lo fE n v i r o n m e n ta n dR e s o u r c e ，S o u t h w e s tU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， M i a n y a n g6 2 1 0 1 0 ，C h i n a ；2 ．N o n - C o a lM i n eS a f e t yT e c h n o l o g yK e yL a b o r a t o r yo f S i c h u a nP r o v i n c eC o l l e g e sa n dU n i v e r s i t i e s ，M i a n y a n g6 2 1 0 1 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o n t r o l l e dm e a s u r e so nt h ei m p a c to fb r i d g ef o u n d a t i o nb l a s t i n gv i b r a t i o no na d j a c e n tb u r i e dg a s p i p e l i n ew a ss y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e d ，s u c ha ss t r e n g t h e n i n gt h eb l a s t i n gd e s i g na n dt h ec o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t ， s t r e n g t h e n i n gt h es u p e r v i s i o np r o c e s sa n dt h eb l a s t i n gv i b r a t i o nm o n i t o r i n g ．T h em o n i t o r e dd a t ao fah i g hw a yb r i d g e f o u n d a t i o nb l a s t i n gv i b r a t i o no na d j a c e n tb u r i e dg a sp i p e l i n es h o w st h a td i s t a n c ea n dd e p t hp l a y e di m p o r t a n tr o l e si n t h ei m p a c to na d j a c e n tb u r i e dg a sp i p e l i n e ．W i t hr e a s o n a b l et e c h n i c a la n dm a n a g e m e n tm e a s u r e s ，i ti sf e a s i b l et op e r - f o r mb l a s t i n gc o n s t r u c t i o na d j a c e n tt ot h ep i p e l i n ew i t h i n5 0m ． K e yw o r d s c r o s s i n ge n g i n e e r i n g ；p i l eb l a s t i n g ；b l a s t i n gv i b r a t i o n ；c o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t ；v i b r a t i o nm o n i ． t o t i n g 近年来，随着能源需求量的增加及对环境要求 的提高，用于长距离输送石油和天然气的埋地管道 大量开工建设和投入运营。与此同时，大量建设和 使用的高速公路、铁路等基础设施不可避免地将于 管道相交或邻近。 收稿日期2 0 1 5 0 8 1 5 作者简介蒲传金 1 9 7 9 一 ，男，副教授，主要从事工程爆破及矿山 安全等方面的教学与科研工作， E m a i l p u c h u a n j i n s i n a ．c o m 。 基金项目四川省教育厅青年基金项目资助 项目编号l O z d l 0 1 1 河北省张家口至石家庄高速公路 简称“张石 高速公路” 和山东荣城至内蒙古乌海高速公路 简 称荣乌高速公路 共有1 0 座桥梁跨越或邻近“西气 东输”陕京天然气管道 简称“陕京管道”，桩井与陕 京管道最小距离小于6m ；驿马岭隧道通风斜井距 陕京管道最近处约为9 0m 。爆破是高速公路和铁 路等工程隧道和桥梁桩井开挖的常用方式，振动作 为爆破六大公害之首，也是影响埋地管道安全的最 主要因素。因此，既保证快速、高效施工，又不危及 万方数据 第3 2 卷第3 期 蒲传金，郭王林，廖涛，等桥桩爆破对埋地天然气管道影响控制措施分析 1 7 3 埋地管道的安全，具有重要的经济和社会意义。1J ， 也是一个重要的研究课题。结合笔者在开展两条高 速公路桥梁桩井和隧道爆破振动对陕京管道影响的 监测和研究工作，分析和总结确保桥梁桩井爆破振 动对天然气管道影响的有效措施，为类似工程提供 参考。 1 加强爆破设计和施工管理 合理的爆破施工设计可有效指导爆破施工，也 是降低爆破有害效应、提高施工效率和施工质量的 重要保证。针对爆破振动是影响埋地管道的主要因 素这一关键问题，爆破施工方案应该解决三个问题 1 能够有效控制爆破振动的爆破施工原则和施工 步骤； 2 在相关规范和规程及类似工程基础上，确 定合理的桩井爆破参数；由于爆破理论不成熟，爆破 试验是优化爆破参数、改善爆破效果的重要举措，因 此爆破施工设计方案中应该给出详细的爆破试验方 案。 3 对每次爆破进行振动监测，根据监测结果 优化爆破方案，实现信息化施工。 同时应选择有类似工程施工经验、爆破作业资 质等级较高的单位施工，通常施工单位的爆破作业 资质等级越高，技术力量越强，施工队伍经验越丰 富，施工机械设备越先进，应付复杂环境爆破的能力 也越强，爆破现场管理也越规范。有统计表明， 9 1 ．7 ％的爆破事故是由人的不安全行为引起的旧1 ， 而避免人的不安全行为的重要方法就是提高人的安 全意识，“安全第一，预防为主”。因此，在爆破施工 前，加强对施工人员的施工规范和安全教育，强调管 道的重要性、爆破对管道安全的危害性以及管道破 坏后的严重后果。施工过程中，加强对作业人员的 监督管理，及时纠正作业人员的违规行为，避免人为 因素引起安全事故。 2 邻近埋地天然气管道桥梁桩井爆破 施工原则 2 ．1 先试验后施工 根据爆破施工设计方案给出的试验方案，在距 离管道较远的桩井进行爆破试验和振动监测，至少 布置5 个振动监测点，每个监测点爆心距等于桥梁 各桩井与陕京管道垂直距离，当与管道距离较小的 桩井较多时，应适当增加测点数量。根据桩井爆破 及振动监测结果，优化和完善爆破参数，然后再进行 正式的爆破施工。 2 ．2 由远及近、远近结合、错时爆破 由于爆破振动强度有随距离增加而逐渐衰减的 规律，因此爆源距陕京管道越近，对管道危害越大， 所以距陕京管道越近的桩井对爆破安全要求也越 高。由于桩井与陕京管道距离各不相同，为提高施 工进度，往往需多个桩井同时施工。因此，在施工初 期，应该在距离管道较远的桩井施工，根据桩井爆破 效果及爆破振动监测结果优化爆破方案，然后再进 行距离管道较近的桩井施工；为避免同一桥墩桩井 同时施工相互干扰，影响施工进度，可不同桥墩桩井 同时施工；为避免爆破振动叠加，应错开多桩井同时 施工的爆破时间，最终实现由远及近、远近结合、错 时爆破的施工原则。 2 ．3 根据振动监测结果，实行信息化和动态化施工 不同桩井与管道距离不同；同一桩井虽然与管 道水平距离一定，但桩井深度增加后，爆源与管道的 直线距离也会增加，因此应根据爆破效果和振动监 测结果，优化爆破方案，提高爆破施工效率。 2 ．4 严格控制掏槽孔爆破振动强度和单段最大装 药量 合理设计起爆段数和延期时间、严格控制掏槽 孔爆破振动强度。 桩井掏槽孔由于只有一个自由面，夹制作用大， 可采取增加掏槽孔数量、分散装药降低单孔装药量、 打空孔的方式，降低掏槽孔爆破振动强度，同时设计 合理的起爆段数和延期时间控制单段最大装药量， 以实现合理控制爆破振动强度的目的旧o 。 3 建立合理协调机制，加强施工过程 I * 答 r r r l 目 3 ．1 建立合理的各单位协调机制 桥梁桩井爆破振动对陕京管道影响的安全管 理，涉及到桥梁建设业主单位、施工单位、管道管理 单位以及爆破振动监测单位等。应建立合理的多单 位协调机制，明确各单位在监管中的责任，避免在时 间上和空间上出现监管盲区，确保爆破施工期间各 单位监管的无缝连接。 3 ．2 建立施工单位与爆破振动监测单位的协调机制 通常桥梁桩井数量多，每次爆破与桩井距离都 不一样，因此每次爆破都需重新安装传感器，用石膏 固定传感器时，石膏需要凝固时间；同时施工人员众 多，易出现管理混乱，为确保每次爆破都能进行振动 监测，施工单位与爆破振动监测单位应该有畅通的 沟通协调机制。 3 ．3 制定严格的现场管理制度 为保证爆破施工过程和爆破振动监测顺利实 施，应该建立爆破过程和振动监测的管理制度，根据 万方数据 1 7 4爆破2 0 1 5 年9 月 爆破方案控制总装药量和单段最大装药量，同时确 保每次爆破都能进行振动监测。 4 规范爆破振动监测过程，确保监测 结果准确性 桥梁桩井爆破特点是爆破次数多、施工周期长、 不同桩井及桩井不同深度岩性变化大，每个桩井与 陕京管道水平距离及每次爆破与陕京管道距离都不 一样。为确保每次爆破振动速度都小于陕京管道的 爆破振动速度允许标准，应该由具有相应监测资质 的第三方机构对每次爆破都进行振动监测，用监测 结果指导施工。 爆破施工前应该根据爆破施工方案和现场条件 编制爆破振动监测方案，给出监测步骤和监测注意 事项，明确测点位置及传感器固定方式、监测结果处 理方式等。 我国目前还没有陕京管道爆破振动安全允许标 准HJ ，文献[ 5 ] 结合G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 爆破安全规 程HJ ，G B 5 0 0 1 1 - - 2 0 1 0 建筑抗震设计规范M j ， G B ／T 1 7 7 4 2 2 0 0 8 中国地震烈度表一J ，S Y ／ T 0 4 5 0 - - 1 9 9 7 输油 气 埋地钢质管道抗震设防规 范旧1 及类似工程实例一 1 0J ，确定埋地天然气管道 爆破振动安全允许标准为3c m ／s 。 为确保陕京管道的安全，取爆破振动安全允许标 准的8 0 ％ 2 ．4c m ／s 为报警值。每次爆破后立即读 取爆破振动监测结果，当监测结果小于报警值时，继 续施工；当监测结果大于报警值时，立即告知施工单 位，停止施工，分析和查找到原因后再继续施工。 5 荣乌高速公路河北徐水至涞源段 L J S G - 7 合同段红泉3 号大桥爆破 施工及振动监测 5 ．1 工程概况 荣乌高速公路河北徐水至涞源段L J S G - 7 合同 段 K 1 2 8 2 0 0 K 1 3 3 7 1 3 ．7 8 6 ＼Z K l 3 3 7 1 9 ．7 1 4 起 点位于红泉村东，全长5 ．5 1 4k m ，包含3 座大桥，其 中红泉村3 号大桥 起始桩号Z K l 2 9 5 0 3 ．5 ，终止 桩号Z K l 2 9 7 5 0 ．5 共分两联，共有基桩4 0 根，其 中两端桥台1 2 根，中间桥基2 8 4 7 根，陕京管道 两侧5 0i n 范围内共有2 3 根，其中右幅桥3 号墩1 号桩井边缘距陕京管道中心最近，为5 ．5m 如图1 所示 。所有桩井采用爆破施工。 陕京管道是陕甘宁气田至北京的天然气输气管 道，是中国第一条大口径、长距离、全自动的输气管 道。由于爆破桩井距离陕京天然气管道较近，为确 保管道安全，对距离管道5 0m 范围内每根桩井的每 一次爆破都进行振动监测⋯1 。 幽l 桩井与陕京人然气管道位置关系 单位i n F i g ．1 P o s i t i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e np i l ef o u n d a t i o na n d S h a n x i - B e r i n gn a t u r a lg a sp i p e l i n e u n i t m 桥梁桩井采用小直径浅孔微差爆破，炮孔直径 4 0m m ，炮孔深度约1 ．2m ，直眼桶形掏槽，采用直径 3 2m m 、长度2 0 0a l i a 、重量2 0 0g 的2 号岩石乳化炸药。 2 0 1 3 年8 月2 8 日至1 1 月9 日，完成了陕京管 道两侧5 0m 范围内的2 3 根桩井施工，共爆破3 0 2 次，单日最大爆破次数1 2 次。 5 ．2 爆破振动监测结果与分析 5 ．2 ．1 单日最大爆破振动速度趋势分析 红泉村3 号大桥采用从远到近、远近结合、错时 爆破等原则施工，首先在距陕京管道较远 大于 4 0m 的桩井施工，每天施工2 3 次，施工初期每 1 3 最大爆破振动速度峰值较小。然后逐步向近处推 进、远桩和近桩结合施工，并增加单日爆破次数。同 时由于爆源与陕京管道距离越来越近，单1 3 最大爆 破振动速度峰值有所增加。由于爆破参数、地质地 形条件和桩井深度等不断变化，每次最大爆破振动 速度峰值有一定波动性。从图2 可知出现3 次超报 警值和3 次接近报警值现象，均出现在施工中期。 01 01 52 02 53 J3 54 04 55 05 5 测试天数／d 图2 红泉村3 号大桥每日最大爆破振动速度峰值走势图 F i g ．2 T r e n dc h a r to fd a i l ym a x i m u mp e a kv e l o c i t yo f b l a s t i n gv i b r a t i o ni nH o n g q u a nV i l l a g eN o ．3b r i d g e 5 ．2 ．2 单桩最大爆破振动速度峰值随桩井深度增 加的变化趋势分析 选取距陕京管道较远的左幅3 1 桩井 万方数据 第3 2 卷第3 期蒲传金，郭王林，廖涛，等桥桩爆破对埋地天然气管道影响控制措施分析 1 7 5 2 6 ．3m 和较近的右幅3 0 桩井 1 0 ．9m 的最大 爆破振动速度峰值进行分析，最大爆破振动速度峰 值随桩井深度增加趋势如图3 所示。 图3桩井振动速度随开挖深度变化趋势图 F i g ．3 T r e n dc h a r ta b o u tp i l ev i b r a t i o nv e l o c i t yc h a n g i n g w i t ht h ee x c a v a t i o nd e p t h 根据图3 可知，距离管道较远的左幅3 1 的振 动速度随深度的增加整体变化不大 趋向平稳 ，而 距离管道较近的右幅3 一O 的振动速度在桩井深度 较小时振动速度很大，达到一定深度 1 2m 左右 后 振动速度急速减小并趋于平稳，这说明对于距离管 道距离较小的桩井，桩井深度对爆破振动速度峰值 的影响是非常明显的。同时发现右幅3 0 振动速 度整体大于左幅3 1 ，这说明水平距离对振动速度 的影响是非常大的。 5 ．3 超报警值原因及处理措施分析 L J S G - 7 合同段红泉村3 号大桥爆破施工振动 监测期间，共出现了3 次报警现象，出现桩号、最大 振动速度峰值见表1 ，相应的爆破振动速度波形曲 线如图4 所示。 表l 红泉村3 号大桥桩井爆破振动监测报警信息 T a b l e1 T h ea l a r mi n f o r m a t i o no fp i l eb l a s O n gv i b r a t i o nm o m t o r i n ga b o u tH o n g q u a nV i l l a g eN o ．3b r i d g e L ．．▲一 l I I - ～w ⋯ 时间r ／s a 2 0 1 3 年9 月3 01 3 a S e p t e m b e r3 0 ，2 0 1 3 3 ‘2 ● 曼1 蠢0 塔一l hM O ．2OO ．2 0 ．4 0 ．60 ．81 ．O 时间f ，s b J 2 0 1 3 年l O B0 7 日 b O c t o b e r 7 ，2 0 1 3 图4 三次报警的爆破振动波形曲线 F i g ．4 B l a s t i n gv i b r a t i o nw a v e f o r mo ft h et h r e ea l a r m s 1 9 月3 0 日右幅3 0 桩报警原因及处理措施 爆破参数孔数1 0 个，其中掏槽孔3 个，周边孔 7 个；分3 段 1 段、5 段和9 段 起爆，总装药量为 3 ．4 5k g ，最大单段装药量为1 ．3 5k g 。出现报警原 因是由于首次进行近距离 1 0 ．9m 桩井爆破，没 有充分考虑距离对振动速度的影响，分段数较少；爆 破时桩井深度较小；同时，从图4 的波形曲线可知， 这次爆破最大振动速度出现在掏槽孔。各单位通过 协商提出了两条措施爆破总装药量控制在2 ．2 5k g 以内；爆破分段数不少于4 段，控制掏槽爆破药量。 采取以上措施后，右幅3 号桥墩的4 根桩井的爆破 再未出现报警现象。 2 1 0 月7 日左幅2 1 桩报警原因及处理措施 时间，／s I c J 2 0 1 3 年l O Y l1 4 日 c O c t o b e r1 4 ，2 0 1 3 爆破参数孔数1 0 个，其中掏槽孑L3 个，周边孔 7 个；分7 段 1 段、3 段、5 段、6 段、7 段、9 段和1 0 段 起爆，总装药量为4 ．5 0k g ，最大单段装药量为 0 ．9k g 。从图4 可知，这次爆破最大振动速度不是 掏槽孔引起的，因此出现超标的原因可能是桩井深 度较小，现场施工管理不到位，施工工人为追求施工 进度没有按照施工方案要求装药，导致总装药量和 掏槽孔装药量过大。各单位通过协商认为应该加 强施工人员责任意识，规范现场管理，严格控制单孔 药量和单段最大装药量。实践表明，以上措施确保 了2 号桥墩的正常施工。 下转第1 8 2 页 万方数据 1 8 2爆破2 0 1 5 年9 月 上接第1 7 5 页 3 l O 月1 4 日左幅1 0 桩报警原因及处理措施 爆破参数孔数8 个，其中掏槽孑L2 个，周边孔 6 个；分4 段 1 段、2 段、4 段、8 段 起爆，总装药量 为2 ．4k g ，最大单段装药量为0 ．6k g 。这次超标是 由于当日库房部分雷管段位缺失、导致施工现场雷 管段数供应不足引起的，同时根据图4 发现掏槽孔 爆破时振动报警的主要原因。改进措施如下增加 钻孔和空孔数量以分散炸药能量；减小循环进尺 0 ．6m ，降低单孔装药量；出现延期雷管供应不足 时严禁施工，确保分段数及段间延期时间。以上措 施的实施，确保了距离天然气管道最近的1 号桥墩 4 根桩的顺利施工。 综上所述，整座桥梁爆破施工期间，未出现超过 爆破振动安全允许标准现象。出现3 次报警时的爆 破都是在距离近、桩井深度小时，同时管理不到位也 是超标的重要原因，这说明前文提出的控制措施是 合理可行的。 6 小结 埋地长输天然气管道和高速公路都是非常重要 的民生工程，两者交叉时，既要确保天然气管道安 全、又要确保高速公路爆破顺利实施就成了一个亟 待解决的重要问题。本文在大量实践的基础上，从 加强现场管理和爆破振动监测两方面人手，总结和 分析了邻近埋地天然气管道桥梁桩井爆破施工的相 关经验，对类似工程建设有一定的参考价值。 参考文献 R e f e r e n c e s [ I ]唐润婷，李鹏飞，苏华友．桥梁桩井爆破施工对临近埋 地天然气管道的影响[ J ] ．工程爆破，2 0 1 1 ，1 7 1 7 8 8 1 ． [ 1 ] T A N GR u n r i n g ，L IP e n g f e i ，S UH u a y o u ．I n f l u e n c eo fb i a s t i n gc o n s t r u c t i o no ft h eb r i d g ep i l ef o u n d a t i o no n 删a c e n t b u r i e dg a sp i p e l i n e [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 1 1 ，1 7 1 7 8 - 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- C o n f e r e n c e P r o c e e d i n g so fC h i n a ，s9 t hN a t i o n a lA c a d e m i cC o n f e r e n c eo nE n g i n e e r i n gB l a s t i n g ．B e i j i n g M e t a l l u r g i c a lI n d u s t r yP r e s s ，2 0 0 8 7 5 0 - 7 5 4 ． i nC h i n e s e [ 1 1 ] 蒲传金，肖定军，苏华友．荣乌高速公路河北徐水至 涞源段L J S G - 7 合同段红泉3 号大桥跨越陕京天然气 管道桩井施工环境振动监测与分析总结报告[ R ] ．四 川绵阳西南科技大学，2 0 1 3 ． 万方数据