水压爆破技术在隧道施工中的应用

梁 永 玲

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

在隧道施工中，水压爆破是一项开挖隧道洞体的创新技术。通过将炸药置于受约束的有限水域内，利用水的能量传递性和不可压缩性，将爆炸压力均匀的作用于介质上，能显著提高破碎效果，加快隧道掘进速度的先进爆破技术。

2012年，在山西中南部铁路铺子山隧道施工中，采用了水压爆破技术，隧道洞体爆破效果良好。2015年，山西中部引黄工程部分标段采用了水压爆破施工技术，有效的发挥了炸药的能量传递，大大降低粉尘对环境的污染，取得了良好的环境保护效应，得到了广泛的关注，进行了全系统的推广和应用。

水压爆破技术通过使用炮泥回填堵塞炮眼，有利于充分利用炸药能量，使得爆破效率显著提高，同时将爆破产生的粉尘大大降低，有利于保护施工人员身体健康。水压爆破施工工艺适用于各类隧道施工，是隧道施工发展的趋势。

1 水压爆破与常规爆破的比较

在进行的隧道洞体施工中，常规爆破技术要达到围岩破碎的目的，主要是依靠炮眼中炸药爆炸产生的应力波及爆破气体膨胀共同作用来完成。由于炮眼未进行回填堵塞，炸药爆炸能量因压缩炮眼中的空气受到一定损失，爆炸生成的膨胀气体会损失掉部分冲击波。同时，爆破还会产生大量粉尘，严重污染作业环境。

在水压爆破中，在炮眼中加入水袋，使用炮泥对炮眼进行回填堵塞，有利于围岩破碎。冲击波在水中传播时，由于水具有的不可压缩性，围岩要承受几乎不存在损失的爆炸能量。再者，水袋破裂产生水楔效应，能使得围岩破碎率增加；爆炸水雾能将爆炸产生的灰尘、有害气体等予以吸附，达到降尘效果。同时，采用炮泥回填堵塞炮眼，具有抑制膨胀气体逃逸的作用，可有效利用膨胀气体进行围岩的二次破碎。

与常规爆破相比，水压爆破解决了爆破污染环境和炸药能量利用不充分两大难题。与常规爆破进行比较，可以发现水压爆破未增加工作量，具有相同的炮眼分布、数量和深度，且掏槽形式、

起爆时间顺序及间隔也一样。仅在于装药结构不同，水压爆破装药时增添了水袋，炮眼使用炮泥进行了回填堵塞，见图1，图2。

进行的测试结果表明：在同样装药量的前提下，水压爆破要比常规爆破在炮眼底部的切向拉应变增大13%以上，有利于提高炮眼利用率及提高进尺。水压爆破比常规爆破在炮眼中部和上部的切向拉应变增大7%～33%，可显著提高岩石破碎度、降低大块率。

水压爆破能有效控制爆破振动。将其应用于城市暗挖隧道埋深浅、周边管线及建筑物繁多等路段的施工，能有效减少对周围环境的扰动，有效控制爆破岩石块度，减少爆破粉尘浓度，具有常规爆破不可替代的作用与效果。

2 光面水压爆破施工工艺

水压爆破与常规爆破的区别在于装药结构。采用水压爆破时，须在炮眼中一定位置装入水袋，使用成品炮泥将炮眼口部捣填密实。本文以某隧道施工为例，介绍光面水压爆破施工工艺。

2.1 水袋制作

须提前加工好炮泥及水袋。水压爆破所使用的塑料袋，长200 mm，直径35 mm，厚0.1 mm，有一定的强度。

采用KPS-60型水袋自动封装机加工水袋，结构简单，操作方便。先连接水管，用扎圈锁紧为防进气。将封装机电源打开调节温度至220 ℃，并预热10 min。试运转从出水口排除气体，把塑料袋套在出水口上，一按电钮水即可冲入袋中，随之自动封口，水袋便加工成，见图3。

2.2 炮泥制作

制作炮泥材料主要是水、黏土和砂。采用普通黏土即可，最大颗粒为10 mm，要求含水量不超过8%，干燥、洁净。采用干净细砂，河砂最好，要求含水量不超过3%。在进行制备前，对黏土和砂进行过筛处理，将其中的小石子、草根等杂质予以清除。

加工前一天，按土∶砂∶水=0.75∶0.1∶0.15搅和均匀，第二天制作成的炮泥比临时拌和的柔韧性更好。

炮泥采用PNJ-A型炮泥机加工而成，结构简单，操作方便，生产的泡泥规格统一，质地均匀，不断裂。

为提高炮眼封堵质量，将产生的明火有效减少，成品炮泥须软硬适中，表面光滑。因此，要求加工完毕的炮泥放置时间不宜太长，最好在使用前1 h～2 h制好，以免失水变硬。放置时间较长时，可在炮泥外包裹塑料薄膜，或放置在阴凉处，用湿土工布完全覆盖保存，见图4。

2.3 装药

按设计要求，依装药次序分别将一定数量的水袋、炸药装入炮眼中，再用炮泥将炮眼口堵塞密实。

炮眼定位。隧道的轴线与圆心使用全站仪测定后，开挖轮廓线使用红油漆在掌子面上标出，再画出炮眼位置。须精确定位周边眼和掏槽眼位置。

隧道出口正洞，每循环设计进尺即垂直打眼均为3.5 m。

周边眼装药步骤，先将一个水袋装入炮眼最底部，再按一定间隔装入一定数量的炸药卷，要求离炮眼口最近的半卷药卷应在1 m以内，将炮眼中装填2个水袋后，最后将炮眼口使用炮泥堵塞密实。装填结构如图5所示。

掏槽眼、辅助眼、底板眼等装药步骤：先往炮眼最底部装一个水袋，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。装填结构如图6所示。

2.4 起爆

为确保起爆网络的可靠性和准确性，起爆方式采用孔外簇联、孔内延期微差的方法，使用并联方式联接各引爆雷管，专人对联接点是否牢靠进行检查，要求不能打结和拉细导爆管。

为确保爆破后的效果，为其他炮孔提供临空面，要求先从掏槽眼开始起爆，一层一层向外辅助眼进行，最后是周边眼、底板眼。

网络联好后，设置的专人复核无误，且按要求做好各项安全防护措施后，方准起爆。

2.5 爆炸效果

爆破后通风10 min效果见图7。

与常规爆破相比，隧道掘进水压爆破能显著提高炸药能量利用率，具有提高施工进度，提高经济效益的技术优势。爆破后的岩石破碎度提高，缩短爆堆长度，有利于加快清渣进度。光爆质量显著提高，半眼痕保留率达90%以上。粉尘浓度下降了67%，大大改善作业环境，保护施工人员健康。

3 应注意的问题

在施工中，为确保施工质量，应采取以下几方面的控制措施：

1)在使用水压爆破前，要对所有施工人员进行操作安全培训。

2)在清孔过程中，要严格按设计要求仔细的进行炮眼清洗，须清理掉有棱角的碎石，以免划破水袋漏水导致炸药失效。

3)制备好的成品水袋要坚实挺拔，封口密实，方便装填，不得出现漏水。

4)制备好的成品炮泥应软硬适中，用手轻捏出现略微变形即可。炮泥太软，在捣固时容易挤压出炮眼口；硬了捣固时不易捣碎，堵塞不坚实。

5)须严格控制炮泥回填堵塞长度。为充分发挥炮泥效果，炮泥堵塞长度应不小于水袋长度。

6)装药过程中，使用PVC管向炮眼内送药及水袋，PVC管头部需用胶布包裹，防止送药过程中将水袋破坏。

7)装药完毕后，应确保水袋、炸药和炮泥之间应连接紧密，一定要捣固密实，确保能量被充分利用。

8)为增强爆破效果，一般隔段使用毫秒雷管，以有效确保各炮眼间的起爆时差。

4 结语

在隧道洞体开挖过程中，采取了节能环保的水压光面爆破技术，具有提高循环进尺、提高光面爆破效果、提高炸药利用率的优势，还能减少洞碴大块率、减少对周边围岩的扰动、降低粉尘含量，实现了文明施工，符合绿色施工的要求。在我国的隧道掘进施工中，进行水压爆破技术的大力推广和应用，对提高隧道施工安全，保护施工人员安全具有重要意义。

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