浅谈隧道爆破施工之水压爆破

浅谈隧道爆破施工之水压爆破

丁兆安

中铁五局集团路桥工程有限责任公司

摘要：随着我国改革开放的不断深入，国民经济的蓬勃发展，为了适应现代化的隧道施工要求，越来越多的新工艺得到了发展和引进。隧道的常规爆破施工存在着一系列问题，如能量利用率低、震动大、飞石多、烟尘大等。考虑了成本、资源、环境等综合要求，隧道水压爆破的引进和大范围推广就尤为重要。该工艺的主要思想是：在不耦合光爆中，采用水作为不耦合软垫层，提高炸药能量利用率，从而降低单位耗药量，减少爆破灰尘对环境的污染。

关键词：水压爆破  水袋  炮泥 经济效益

一、工程概况

中铁五局引汉济渭秦岭0#隧道位于陕西省汉中市佛坪县石墩河镇回龙寺村，支洞长1152米，综合坡度10.13%。主洞总长6262米，其中上游3562米，下雨2700米。支洞与主洞交汇于K10+200，中线夹角54.50，主洞洞内Ⅲ级围岩5930米，约占94.7%，Ⅳ级围岩330米。开挖轮廓半径为3.8m，开挖断面面积平均约为44.1m2，采用全断面开挖方法。

二、隧道掘进常规爆破

中铁五局引汉济渭秦岭0#洞项目在2014年4月以前采用的无填装堵塞的炮眼装药常规爆破作业方式，即炮眼内正常装药压实，光爆炮眼利用炸药箱纸壳浸水卷成卷堵塞炮孔。但隧道掘进的常规爆破往往出现来炮效率不高、烟尘大、震动强、用药多等诸多缺点，不仅造成了施工的资源浪费，也严重影响了洞内的施工作业环境。光爆方案如下图所示：

三、隧道掘进水压爆破

1、水压爆破的原理

所谓水压爆破就是往炮眼中注入一定量的水（通过特种设备做成的水袋），然后利用加工而成的炮泥堵塞炮眼末端的爆破方法。

常规爆破的围岩破碎是依靠于炸药爆炸时在围岩中产生的应力波和爆破气体膨胀的共同作业结果。由于常规爆破未对炮眼进行有效地堵塞，致使炸药的爆破能量在炮眼空气中损失，进而造成了应力波强度的下降，不利于围岩的破碎。由于炮眼无堵塞，常规爆破生成的高压气体未能使围岩出现二次破碎的效果，也使得爆炸时产生的大量粉尘污染了洞内的环境。

在水压爆破的方式下，因为炮眼内有水，在水中传播的冲击波不可以像空气一样被压缩，爆炸能量几乎无损失地由水传递到炮眼围岩的四周，这种无能量损失的应力波有利于围岩的二次破碎，此处还产生“水契”效应和水雾作用，既能使炸药能量得到充分利用，又能大大降低粉尘浓度对作业环境的污染，保护作业人员身体健康。

水压爆破装药方式与常规爆破装药方式对比如下：

2、炮眼装药结构

隧道掘进水压爆破与常规爆破相比，在掏槽形式、炮眼深度、炮眼数量与分布、起爆的时间间隔和顺序等五方面完全一样，仅仅在装药结构有所不同，水压爆破要在炮眼中通过水袋注入一定量的水，然后使用炮泥回填捣实至炮眼口。

3、水袋制作

使用的水袋是由KPS-60型水袋自动封装机加工成型的。对于隧道爆破，通常是水平炮眼，水袋应符合炮眼口径，长为200mm，直径为35mm。水袋袋厚应保证其不因岩面磨擦而破损，宜为0.8mm。使用的水袋需满水，且封口严实，不漏水，不渗水。合格的水袋应饱满无折痕，装填炮眼便捷迅速。

其加工过程为：水袋先连接水管后，扎圈锁死，以防漏水进气；打开水袋自动封装机的电源，在220°的温度下预热十分钟；试运转排出机器内的气体；在出水口上套牢水袋，按开始按钮开始装水，而后机器会自动封口扎紧，水袋加装完毕。在此过程当中要严格防止设备因水出现漏电现象。

4、炮泥制作

炮泥是由专门为水压爆破研制的PNJ-A型炮泥机加工所成。其结构简单，操作方便，正常情况下炮泥产量为500根/小时。

制作炮泥使用的材料简单，可随取随用，成本较低。按照细砂：粘土：水=0.1:0.75:0.15的比例现场制作。炮泥应在使用前1-2个小时制作，不能长时间放置，制作的炮泥应软硬适中，太软捣实时易挤压出炮眼口，太硬捣实时不能捣碎，堵塞不密实。在炮眼中若使用水袋代替炮泥来填实堵塞，其爆破产生的飞石比无回填堵塞时要多的多，飞的还要远。这已通过现场试验充分说明炮泥不但抑制膨胀气体，有利于岩石进一步破碎，而且还能起到抑制飞石过多、过远的作用。为充分发挥水袋与炮泥组合的双重作用，经试验证明炮泥的堵塞长度不能短于水袋的长度。在这种组合方式下，飞石距离缩短，爆破时台车和设备能离掌子面更近。

5、工艺流程

水压爆破的工艺流程与常规爆破相差无二，不同的地方在于其炮眼装药的程序。水压爆破需事先加工水袋及炮泥，且要按一定的装药次序装入水袋、炸药、水袋后，用炮泥堵塞（工艺流程如下图所示）。

6、水压爆破实例

    中铁五局引汉济渭0#洞主洞上游开挖施工，其单循环设计进尺即垂直打眼均为3.2米，周边眼（光面爆破）以外的炮眼（掏槽眼、辅助眼、底板眼）也称之为主炮眼，钻爆布眼方式以及打孔深度均不变，只是炮孔内装药数量和装药结构发生变化，具体装药结构如下图所示。炮眼装药步骤为：在炮眼最底部填装一个水袋，必须把水袋装填到底，随之装药卷，药卷数量要比常规爆破少一节，最后用炮泥堵塞炮眼口。

周边眼（光面爆破）装药结构，其装填步骤是，首先是往炮眼最底部装一个水袋；随之按常规爆破间隔装填药卷，距离炮眼口最近的半卷药卷炮眼口应为一米以内；然后往炮眼中装填2个水袋；最后用炮泥堵塞炮眼口。

四、技术指标分析对比

    1、炸药单耗

常规爆破与水压爆破装药结构，周边眼装药数量不变，其余炮眼每孔减少1节炸药，即0.2kg，爆破进尺平均提高20cm。

水压爆破与常规爆破效果对比表

    2、装药时间

Ⅲ级围岩全断面爆破，钻孔108个炮眼，12台风钻，每人钻孔8～9个，每个炮眼装药延长2分钟计算，共计延长装药时间约18分钟。

    3、通风排烟时间

常规爆破后通风排烟时间约35分钟，而水压爆破其通风排烟时间约15分钟，通风排烟时间每循环可以缩短约20分钟。

4、粉尘浓度检测

在掘进工作面风筒出口后面距工作面6～8m处采样。将采样器进风口迎着风流，距地板高度为1.3～1.5m。

    采样时间应在测点粉尘浓度稳定以后，一般在爆破五分钟后进行。为保证测尘的准确性，要求在同一测点进行样品的采集。

粉尘浓度监测记录表

    从技术经济指标对比表可以得出结论，隧道掘进水压爆破与常规爆破相比，具有极其显著的“三提高一保护”作用与效果。一提高炸药有效能量利用率，既节省炸药15%至20%；二提高施工进度，每循环提高进尺0.2m左右；三提高经济效益，主洞每延米可节省费用350至400元；一保护，粉尘浓度大大下降（下降67%）。缩短通风20分钟，从而改善了作业环境，有利于施工人员的身体健康。
    另外水压爆破提高岩石破碎度，缩短爆堆长度，因而加快清渣进度。缩短装渣时间。水压爆破还提高光爆质量，半眼痕保留率达90%以上。

五、认识与体会

    经过笔者所在项目长达近一年全段水压爆破的实践，证明隧道开挖水压式光面爆破在围岩较好隧道的普遍推广是可行的。采用该方法可以有效控制爆破震动对周围围岩的危害，减少塌方的可能，能使轮廓线基本一次成型，光面孔痕保存率不低于90%，隧道的直接支护量相应减少，通风排烟的费用有效降低；同时其二次破碎效果能使围岩均匀和大块率降低，能提升机械施工效率，加快施工进度，从而显著提高经济效益。

参考文献：1.刘正雄.张儒林 隧道爆破现代技术 1995

             2.赵崇科 洞室法松动爆破技术[期刊论文]-铁道标准设计  2004

             3.邓仁清 水压爆破在歌乐山隧道的应用-铁道标准设计 2003

             4.于亚伦 工程爆破理论与技术  2004