浅析隧道水压光面爆破技术

2019-07-12向忠宝

四川水泥 2019年5期

向忠宝

（中交一公局集团西北工程有限公司，陕西西安 710100）

0 引言

常规隧道爆破技术成熟，应用范围广，但存在炸药能量利用低、环境污染严重等不足[1]。隧道技术工作者不断探索新的爆破技术，水压爆破作为一项新技术最先被中国学者何广浙提出[2]，并逐步应用地铁、公路及铁路等隧道工程实施中[3]。前期室内爆破试验表明，同样的装药量和炮眼位置，水压爆破较常爆破切向拉应变提高13%以上，提高炮眼利用率及进尺长度[4]。工程实践表明，水压爆破在提高了炸药能量利用率，提高了施工效率，提高每循环进尺，降低了粉尘浓度，改善洞内作业环境，保护了隧道掘进作业人员的身心健康，存在“三提高一保护”明显的优势[5]。隧道开挖施工中采用水压光面爆破技术，既可提高爆破成形效果，又能满足工期要求[6]。为进一步优化爆破参数和装药结构形式，论文以铁路隧道水压光面爆破施工为例，跟踪了水压光面爆破与常规爆破二者的实际进尺长度、炮眼利用率、装药量、单位炸药用量、围岩平均炮痕保存率及爆破后的粉尘浓度等技术经济指标，从而为同类工程的技术方案比较及工程实践提供借鉴。

1 水压爆破施工关键技术

隧道水压爆破是在每个炮眼按先装炸药，在装水袋，然后用炮泥进行堵塞的爆破方法，水压爆破的钻孔数量，布眼方式，起爆顺序，钻孔深度都与常规爆破相同，不同的是增加了水袋，然后用炮泥机加工成的“炮泥”填塞。其基本构造布置如图1 所示。

1.1 水袋的制作

水袋是由KPS-60 型水袋自动封装机生产而成，采用高压泵式容积法计量方式进行灌装，由凸轮机构完成水袋自动热合封口。水袋机的外型尺寸97×36×100cm，整机功率0.68KW，电源为交流220V，50HZ，一小时可以生产500～600 个水袋。水袋为常用的聚乙烯塑料制成，袋厚为0.8mm 左右，塑料袋是由塑料加工厂加工而成的。

1.2 炮泥的制作

炮泥采用PNJ-1 型炮泥机制作而成，炮泥机重310kg，长1.71 米，宽0.59 米，高1.29 米。炮泥制作就地取材，成本低廉，通过调整配合比，保证炮泥有一定的强度，同时方便炮泥填塞过程易于捣碎，便于孔口封堵密实。炮泥以黏土为主，由水、砂、和粘土三种成分组成，三种成分的重量比例，粘土：砂：水为0.75：0.1：0.15。

1.3 装药结构

光爆眼（周边眼）间隔装药结构：炮眼底部装一节水袋→一卷炸药→间隔60cm装入半卷炸药，采用导爆索（通常说的红线）串联，最后半卷炸药离炮眼孔口80cm→装入2 个水袋40cm→炮泥回填堵塞40cm 至炮眼口。此处需注意的是周边眼最后半卷炸药离炮眼口需控制在80cm。

非光爆眼（除周边眼外的辅助眼、内圈眼、掏槽眼）装药结构：炮眼底部装一节水袋→比常规爆破每个炮眼少装一卷炸药→将PVC 管插入后拿出量测炮眼中上部剩余长度，按照6 中采用“二分之一公式”和四舍五入的原则确定中上部需装水袋个数（第一次装药时确定），装入对应数量水袋→炮泥回填堵塞至炮眼口。

1.4 水压爆破技术控制要点

为使节能环保水压爆破技术能够起到重要作用，必须严格按照“6 大要点”进行控制，即回填堵塞的炮泥必须堵到炮眼口；炮泥必须采用木质炮棍进行堵塞；炮眼口堵塞炮泥长度不得小于40cm；最外面一节炸药距离炮眼口距离控制在80cm；周边眼间隔装药处必须采用水袋进行间隔；填塞炸药用的PVC 管必须有距离标记。

2 水压爆破技术经济性分析

某新建铁路，地形地质条件复杂，其中隧道工程8 座，长度13.26km，占全线总长度61%。针对本项目隧道比重大的特点，从改善洞内施工环境，降低粉尘浓度，保护作业人员身体健康，缩短通风时间，降低成本消耗等多角度出发，实施节能环保水压光面爆破施工技术，效果显著。以该工程为例，进行了水压爆破与常规爆破的技术经济对比分析。

采用节能环保水压光面爆破后，最高循环进尺达3.1m，平均循环进尺3m；II、III 级围岩炮眼痕迹保存率达90%以上（其中拱部为93%，边墙为90%以上）；平均线性超挖控制在8cm 内，与常规爆破相比，光爆效果显著提高，具体经济指标分析如表1 所示。

表1 爆破效果对比分析

通过水压爆破炮眼装药结构的调整，炮眼底部水袋相当于一卷炸药的作用，而炮孔口距药卷二分之一长度填塞水袋及炮泥堵口，因水有压缩性极小，变形能低、热能损失小特性，爆破时能较均匀的几乎无损失的把能量传递到围岩，充分提高炸药能量利用率，其与常规爆破材料用量对比如表2 所示。

表2 单循环爆破器材用量对比表

由表2 可知，水压光面爆破单循环可节省爆破材料费用约 208 元，平均每循环进尺增加0.2 米，且缩短了隧道通风排烟时间，加快了隧道出渣作业时间。爆破时，炮眼中的水在高温下被雾化，吸收了爆破产生气体中的粉尘，起到雾化降尘作用，大大降低了粉尘对环境的污染，改善了洞内空气质量，为监测水压爆破与常规爆破后隧道掌子面粉尘含量变化情况，保护作业人员健康。爆破后10min 对爆破中心范围内进行了粉尘浓度连续监测，监测结果如表3 所示。由表3 可知，水压光面爆破比常规爆破粉尘浓度最高降低了96.46%，降尘效果明显。