六盘山软岩隧道水压爆破优化技术

2017-05-24马腾飞李树忱周建芳

科技创新与应用 2017年13期

马腾飞+李树忱+周建芳

摘要：依据六盘山软岩隧道工程，对开挖过程中的水压爆破技术进行优化和改造，使其适用于软岩隧道的爆破开挖，达到提高爆破质量、加快开挖循环进度以及降低施工成本的目的。

关键词：软岩隧道；水压爆破；开挖；优化

引言

水压爆破减尘技术即是利用爆破应力波对水的不可压缩性，使经过水传达到炮眼围岩中的爆炸能量几乎无损失，减少单位岩石的炸药消耗量，减少温室气体及粉尘排放，并且有利于岩石破碎[1]。炮眼中的水可以有效起到雾化减尘的作用，大大降低粉尘对环境的污染[2]。水压爆破减尘工艺流程见图2。

水压爆破技术相对于传统爆破技术的区别是需要提前加工好水袋和炮泥，装药是按照一定的顺序装入水袋、炸药、水袋，再用炮泥堵住炮孔。由此可见水袋、炮泥的制作工艺、加工储存、运输及安装质量，在水压爆破工艺的实施中起着至关重要的作用。另外由于水压爆破比传统爆破的能量损失小，爆破威力大，因此对于特定软岩隧道的开挖如果采用水压爆破技术，需要对一些程序进行优化改造，以便达到提高爆破质量、加快开挖循环进度以及降低施工成本的目的。本文依据六盘山软岩隧道工程，提出适用于六盘山软岩隧道水压爆破开挖的优化措施，为同类工程提供技术参考。

1 水压爆破技术材料优化措施

1.1 水袋優化措施

（1）水袋选择。炮眼钻孔使用的钻头为φ42钻头，为了便于水袋装入，并减少水袋与炮眼孔壁之间的间隙，宜采用直径φ35水袋进行注水封口。水袋采用的聚乙烯塑料制成，水袋壁厚过薄则承载力小，易变形、划破，过厚增加成本[3]。经现场多次试验、结合实际使用情况，水袋壁厚宜选用0.8mm。

（2）水袋形状优化。前期进行水压爆破采用的水袋为平头水袋，安装过程中平头部分与孔壁摩擦力太大，安装不方便，而且捣入过程中易出现破损现象。为了解决这一问题，宜把水袋改为圆头水袋；圆头水袋在不减少注水量的情况下，减少了与孔壁的摩擦力，不宜损坏，安装方便，既保证了水压爆破效果，又减少了安装时间，据现场统计：每循环节省时间约5-10分钟。

（3）提高水袋加工质量。六盘山隧道水压爆破前期，在常温状态下水袋的封口温度为150℃，由于宁夏地区气温偏低，水温在10℃以下，采用150℃进行封口，水袋通常封口不严，水量损失严重。为了解决这个问题，通过进行对比试验，在宁夏地区的最佳温度为240℃。当封口温度为240℃进行封口，做出的水袋袋体坚挺，水量饱满，无漏水现象，现场安装方便。

（4）水袋成品保护措施。为了加强对水袋成品的保护，采用塑料筐集中存放，水袋在筐内整齐码放，口部朝上，每筐定量100支水袋，这种措施不仅减少保证了水袋的质量，更方便工人搬放。同时，对于水袋安装数量，也便于准确的统计和管控。

1.2 炮泥优化措施

（1）炮泥制作。炮泥应按照一定的比例制作。如砂过多，炮泥成型较差；过少则炮泥比重小。水要适中，过少起不到粘合及降尘作用，过多则炮泥软，不易捣固坚实[4]。为了确保炮泥的加工质量，在工区周边采集10组土样，进行炮泥试制，最终优选出1组土样，经实验室检测，三种成分的重量比例为黏土：砂：水=0.75：0.11：0.14。

为了保证雨季和旱季，粉砂质黏土的含水量，把土样含水量调整好之后，用塑料薄膜对土样进行覆盖，并定期检测含水率，以保证炮泥质量稳定性。合格的炮泥表面光滑，用手指轻捏炮泥可留下指痕，这样的炮泥既含有一定的水分又便于捣固[5]。

（2）炮泥成品保护措施。前期炮泥加工完采用塑料筐盛放，经过12小时后，炮泥已经表皮干缩，硬度变大，堵塞时很难与炮眼孔壁密贴；另外临时加工很难满足夜间施工，为了保证堵塞质量且不影响施工，建议准备一批密封箱、保鲜膜，加工好的炮泥用密封箱盛放，箱内覆盖保鲜膜，密封箱存放于室内，避免风吹日晒，采取这种措施后，炮泥存放时间可以提高到3天，且炮泥软硬程度一直能满足施工需要。

1.3 炮泥及水袋安装

水压爆破最常规的装药结构为，掏槽眼孔底一支水袋，连续装药，其余部分用水袋炮泥塞满，周边眼间隔装药，间隔部分用水袋填充，其余部分用水袋炮泥塞满。

为了提高水袋和炮泥安装质量，必须提高炮眼的清孔质量，以便降低孔壁的摩擦力。六盘山隧道水压爆破前期，炮眼清孔采用的是风压清孔，水袋安装和炮泥捣入时，出现被孔壁上粘连得石屑划破现象，且水袋和炸药不易塞入孔底，造成掏槽效果差，需重新补炮，不仅浪费了炸药，而且极大地影响了操作工人对水压爆破的信心，严重影响爆破效率。

出现状况后，通过与开挖工班进行沟通、查找分析原因，积极采取优化措施：在清孔管上接上水管，用水压进行清孔试验；实施后，清孔质量得到提升，水袋安装变得更加轻便，炮眼利用率也有所提高。

2 水压爆破技术结构优化措施

2.1 装药结构优化

分析：炮眼底水袋与炮泥回填堵塞这种装药结构节省炸药，但是清孔质量不能满足时，易出现孔底欠挖，而且安装过程中，由孔底水袋需捣入孔底，捣入深度较深，力度与深度不好掌握，易捣破水袋。

采取措施：首先提高清孔质量，采用水压清孔，其次对水袋形式进行调整，将平头水袋改为圆头水袋，最后又在捣棍前端安装橡胶软头，这样以来水袋安装质量得以提高，爆破质量也有了保证，水袋安装效率也有所提高，节省装药时间每循环约5分钟左右。

2.2 单孔装药量优化

分析：按照常规爆破的装药量进行装药，而且由于水袋的加入，爆破能量损失更小，加上水作用，爆破威力过大，对周边围岩易造成扰动，且超挖现象严重。

调整装药量：通过现场试验，将掏槽眼和辅助眼的炸药用量减少，每孔减少1管和半管炸药进行现场试验，通过连续4个循环试验，根据残孔率，超欠挖情况，以及爆堆陨落距离各方面的分析比对，最后决定每孔减少半管炸药，这样以来爆破效果变得更好，残孔率提高，炸药用量减少，对周边的围岩的扰动也降低到最小。

3 水压爆破技术保障措施优化

3.1 物资设备保障优化

水压爆破期间每天需要消耗大量水袋和炮泥，六盘山軟岩隧道双线独头掘进，前期购置的设备难以满足施工需要，为此又增加了一台封口机和一台炮泥机。

同时为了保证水袋和炮泥的质量和数量，专门设置两个库房为水袋、炮泥的加工存储室，并购置足量的、塑料箱、密封箱和保鲜膜，保证炮泥的含水量。