水压爆破在城市轨道施工中的应用

夏伟

【摘 要】随着我国国民经济的发展，交通基础设施建设实现了跨越式的发展，特别是快速通道在缓解城市交通的开发应用，以地下轨道为代表的城市轨道得到快速发展，城市隧道事业进入了以建设高等级铁路为主的新时期。尤其地铁隧道施工，对施工安全要求很高，是施工中的难点，稍有不慎即可能造成安全事故。本文以某项目为例，介绍水压爆破方法的应用。

【关键词】水压爆破  城市隧道  应用方法

水压爆破，是将药包置于注满水的被爆容器中的设计位置上，以水作为传爆介质传播爆轰压力使容器破坏，且空气冲击波、飞石及噪声等均可有效控制的爆破方法。

1 工程概况

贵阳市轨道交通1号线第五工作段土建工程，包括三站（北京京路站、合群路站、延安路站），两条区间隧道，施工区域处在贵阳市老城区繁华地段，通过对地勘资料的分析、现场走访验证、周边建筑施工时地下环境情况的了解等多种手段得出结论，区间隧道处于溶蚀中低山及贵阳溶蚀盆地北侧，施工场地多为高岩溶、高富水地段、噶斯特地貌特征明显，施工环境均处贵阳复杂构造变形区;周边建筑物众多，上空有电缆电线、地下管网密集，人口活动较多，给管线迁改工作带来诸多不便，而且老城区地下管线老化严重，埋设位置与设计图纸存在偏差，存在严重的施工隐患，隧道施工多次面临，下穿房屋、下穿河流、临近房屋等，施工难度大，造价高，车站工程施工位置均处在交通繁忙道路交叉口，开挖深度18～28.5m，地下水位较高（车站顶板下1m左右），地下构造复杂（溶洞发育、有断层通过），车站临边建筑物较多（多为高层建筑物），这给土方开挖工作、基坑止水工作带来困难。

2 施工方案

（1）布眼前首先要确定至少一个以上临空面，钻孔方向应尽可能做到与临空面平行;横向分布孔距为20-30cm;纵向孔距为20-30cm布置成平排炮孔;排距以20-30cm为宜，必须采取逐排作业，不可多排作业，钻眼的深度根据现场石方状态而定，现场定为1.2-2m。（2）钻孔的直径与破碎的效果有直接的关系，钻孔过小，不利于药剂的充分发挥;孔太大，易冲孔，耗费药剂，根据以往经验本工程宜采用42mm钻孔。钻孔内的余水和余渣使用高压风吹洗干净，孔口旁应无土石渣。（3）钻孔的深度和装药深度。钻孔的深度可根据施工要求选择，一般在1.2～2m较好;装药深度为孔深的100%。（4）现场渣样清理;水压爆破完成后，对爆破产生的一些相对较大的试块，采用液压炮机辅以人工破碎至合适粒径，由挖掘机和自卸汽车配合，运送至指定地点。

3 施工安全措施

虽然水压爆破无震动、无飞石、无噪音和无毒气污染，但现场安全生产管理工作仍是重点，为保证安全施工，制定以下安全措施：（1）无关人员不得进入施工现场，使用破碎剂前确保操作人员对说明书已仔细阅读并理解;（2）采用具有腐蚀性的静态破碎剂时，灌浆人员必须戴防护手套和防护眼镜;孔内注入破碎剂后，作业人员应保持安全距离，严禁在注孔区域行走;（3）在相邻两孔之间，严禁钻孔与注入破碎剂同步进行;发生异常情况时必须停止作业，待查明原因并采取相应措施确保安全后，方可继续施工;（4）在破碎工程施工过程中需要改变和控制反应时间时，必须依照规定加入抑制剂或触发剂，并按要求配制使用，严禁擅自加入其它任何化学物品;（5）严禁将破碎剂加入水后装入小口容器内;（6）刚钻完孔或刚冲孔的钻孔，孔壁温度较高;应确保温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药;（7）破碎剂在运输和储存过程中应防潮，开封后应立即使用;如一次未使用完，应立即扎紧袋口，需用时开封;破碎剂严禁与其它材料混放。（8）制定防涌（突）水的安全措施时，应在开挖面布置超前钻孔，预防水囊、暗河、高压涌水等的危害。应对工程地质和水文地质作详细的调查分析，先判明地下水流方向，再确定钻孔位置、方向、数目和钻孔深度，并应采取下列措施：——非施工人员应撤出危险区;——应及时测算水量、水压、流速、含泥量等，备足配套的抽水设备;——在钻孔前预先埋管设阀，控制排水量，防止承压水冲击及淹没坑道等意外险情发生。——水平钻孔钻到预期的深度尚未出水时，可会同设计单位进一步进行地质和水文的勘测工作，重新判定地下水情况。

4 水压爆破技术作为是一种新型爆破施工技术有以下优点

（1）基于水的不可压缩性和较高的密度、较大的流动粘度，水中爆轰产物的膨胀速度要慢，在耦合水中激起爆炸冲击波的作用强度高和作用时间长;（2）在炮孔周围岩石中产生的爆炸应力波强度高，衰减慢，作用时间较长，即有较高的爆炸压力峰值，因此，对岩石造成的破坏作用强;（3）因为水的不可压缩性和较高的能量传递效率，同时相当于炮泥，水又具有一定的堵塞作用，因此，传递给岩石的爆破能量分布更加均匀、利用率高;（4）在爆破破碎质量上，它能使破碎块度更加均匀;在爆破安全方面，它能够有效地控制爆破震动、爆破飞石、空气冲击波和爆生有毒气体的强度和数量、降低爆破粉尘;（5）与耦合装药相比，水耦合装药又能够降低孔壁岩面上的初始冲击压力，利于提高光面爆破、预裂爆破的成型质量。

同时钻孔水压爆破与无限水域下水压爆破相比其爆破的水域小，炸药到岩石距离很短，冲击波产生与传播和无限水域下水压爆破有很大区别。对较小直径钻孔来说，以水作为介质的爆破与普通爆破的压力波阵面不同，钻孔内各点的应力是瞬间同时到达的，只是不同点上应力大小不同而已，即水中冲击波阵面为圆柱形，压力波入射与炮孔壁成直角，在孔深不太大时可近似认为孔内应力均匀，在孔壁上基本是均匀作用，其效果和使用弱性炸药一样，柱状装药时更是如此。

5 工程应用效果

隧道掘进节能环保水压爆破是采用专用设备制作的水袋往炮孔中注水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎。此外，水在爆破气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于岩石进一步破碎。炮眼中有水还可以起到雾化降尘的作用，改善了施工作业环境。同时用专用设备制作的炮泥回填堵塞炮眼，比土坚实、密度大、还含有一定的水分，对抑制爆生气体冲出炮眼要比无回填堵塞或仅用纸卷、土回填好得多，而且操作使用方便。

因此，隧道掘进节能环保水压爆破之所以能提高炸药能量利用率，是由于往炮眼注水和炮泥回填堵塞的共同结果，两者缺一不可。

6 结语

水压爆破技术是一种新型的爆破方法，它是常规的炸药爆破的一种发展、延伸，因此利用水压爆破技术特点，在人防工程、阵地工程隧道掘进中进行水压爆破.结果表明，水压爆破应用于隧道掘进中的光面爆破，具有很好效果，既有效地控制了爆破震动，又可以防毒降烟，同时破碎围岩较均匀，大块率降低，有利于机械化施工，提高了经济效益。

参考文献：

[1]魏广源.水压爆破技术在隧道掘进中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2012年08期.

[2]吴晓亮，路洁心，李贺.水压爆破技术的应用《山西焦煤科技》2011年6期.