水壓爆破在隧道開挖中的應用研究

于 博

（中鐵十九局集團第三工程公司，遼寧 遼陽 111000）

多數(shù)情況下，采用鉆眼爆破進行隧道開挖，炮眼通常無回填堵塞或僅用炸藥紙箱紙堵塞，產(chǎn)生有害氣體污染環(huán)境，影響施工人員人身健康[1]。本文介紹某隧道開挖施工中采用的節(jié)能環(huán)保水壓爆破工藝流程，總結(jié)相關施工要點和質(zhì)量控制要求，以供同行參考。

1 工程概況

增建鐵路第二線某標段，位于褶皺系武當山復背斜，為由中元界武當山群地層形成的褶皺山系，遭受多期地質(zhì)作用與巖漿活動的強烈改造，地質(zhì)構(gòu)造復雜，斷裂、褶皺較為發(fā)育，巖層受構(gòu)造影響較大，部分段域較為破碎。本標段難點工程之一為某雙線隧道，里程全長1726m，其通過的主要地層為第四系全新統(tǒng)洪積粘土、中元古界武當群云母石英片巖。該隧道穿越大小6個沖溝，洞身構(gòu)造形態(tài)主要為淺埋偏壓，隧道最大埋深75m，最小埋深不足10m，加之斷面和跨度較大，與鐵路單線隧道相比斷面及跨度擴大近一倍，增加了隧道開挖的難度。

2 爆破施工

2.1 裝藥結(jié)構(gòu)設計

在隧道開挖實踐中，由于炸藥類型、炸藥量及巖性的變化，往往需要對不同類型的裝藥結(jié)構(gòu)進行分析，選擇與實際場地相適應的裝藥結(jié)構(gòu)[2]。按照炮眼中藥包和水介質(zhì)的相對位置不同，裝藥結(jié)構(gòu)大體分為徑向水偶合結(jié)構(gòu)、藥包間水間隔結(jié)構(gòu)、藥包底部水間隔結(jié)構(gòu)和藥包上部水間隔結(jié)構(gòu)[3]?？傮w上，裝藥結(jié)構(gòu)歸結(jié)為藥包——水間隔結(jié)構(gòu)，根據(jù)藥包、水袋柱數(shù)和前后位置可進行再細分。裝藥結(jié)構(gòu)中，另外一關鍵技術環(huán)節(jié)是炮眼中有炸藥、水和炮泥3者的體積最佳比例關系的確定。裝藥量、水袋長和炮泥長的三種不同比例下將水壓爆破和常規(guī)爆破對比試驗[5]，結(jié)果如表1所示。

表1 不同充填條件水壓爆破試驗

上述3種試驗表明，水袋長和炮泥長的比例為0.75：1時，可充分提高炸藥能量利用率，水壓爆破效果較好，節(jié)省炸藥15%左右，同時,其爆破的巖石要比常規(guī)爆破破碎。綜上，該隧道采用節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術，裝藥結(jié)構(gòu)采用水-藥包-水間隔結(jié)構(gòu)，水袋長和炮泥長的比例取為75：1。

2.2 施工工藝流程和機具設備

按爆破施工工藝流程，所需常規(guī)機具設備有自制的鉆孔臺車、爆破測振儀(5m上海)、數(shù)字粉塵儀(北京，P－5L)和智能復合氣體檢測儀(北京，MX-21)等，另有為制作炮泥的專用炮泥機（PNJ-1）和水袋封裝所用的專用封裝機（PSP-1）。

2.3 施工要點

（1）由專門的技術人員根據(jù)隧道圍巖的實際情況制定相應合理可行的爆破設計。

（2）測量技術員按爆破設計圖，準確地測量出開挖斷面，畫出炮眼位置，為鉆孔做好準備。

（3）對制作水袋、炮泥的工人在上崗前要進行專門的技術培訓，以保證操作的熟練及加工出合格的產(chǎn)品。炮泥由土、砂、水按一定比例（0.75：0.1：0.15）制作而成，不軟不硬，表面光滑，可取得更好效果。水袋（即裝水塑料袋）須有一定的壁厚，一般以0.8～1.0mm為宜，長為30cm，直徑35～37mm，保證塞滿鉆孔而又不磨破水袋。

（4）由專門的技術人員監(jiān)督、檢查炮破工按正確的方法安裝炸藥、水袋及用炮泥堵塞炮孔，堵塞嚴密，防止出現(xiàn)沖炮而影響爆破效果。

（5）做好相關數(shù)據(jù)的記錄，并及時進行爆破效果分析，總結(jié)經(jīng)驗。

3 質(zhì)量控制

3.1 水袋、炮泥的質(zhì)量控制

水袋要求充水飽滿，封口嚴密，不漏水；炮泥要嚴格按照土、砂、水三者的比例加工制作，要求成品表面光滑，搬運過程中不弄破碎，直徑滿足堵塞炮孔要求。

3.2 炮眼質(zhì)量控制

鉆孔時要根據(jù)設計要求，確保孔位、方向、傾斜角和孔深，在一般情況下要求鉆孔開口誤差不超過炮孔直徑，鉆孔深度誤差為5cm。鉆孔完后，要將巖石粉吹盡，孔內(nèi)有水時，應盡量排除干凈，水排不盡時要用防水炸藥。

3.3 裝藥、炮泥及水袋的質(zhì)量控制

嚴格按設計裝藥、水袋及炮泥。小心裝水袋，避免弄破水袋，炮泥要堵塞到炮眼口，并保證填塞嚴實。與水袋相鄰的第一節(jié)炮泥順勢輕放，不要搗實以免將水袋弄破，從第二節(jié)起要搗實直至炮眼口。

4 現(xiàn)場爆破效果對比和結(jié)論

將常規(guī)爆破和節(jié)能環(huán)保水壓爆破的爆破效果對比[1，6]，如表 2所示，從看出該法具有以下優(yōu)點：

（1）節(jié)能環(huán)保水壓爆破法充分利用炸藥能量，提高炸藥能量利用率和炮孔利用率，單位耗藥量少，提高隧道掘進施工單循環(huán)進尺和施工效率；

（2）節(jié)能環(huán)保水壓爆破法大大降低了爆破后的粉塵含量，炮藥味小，通風排煙時間短，降低振動和沖擊波的強度，改善施工環(huán)境，施工人員的身體健康得到保護；

（3）節(jié)能環(huán)保水壓爆破法爆破后巖石破碎塊度均勻，飛石得到有效控制，爆堆距離縮短，大塊率降低，機械化出碴容易。

表2 常規(guī)爆破和水壓爆破的爆破效果對比

[1]李兵.隧道掘進節(jié)能環(huán)保水壓爆破施工技術[J].西部探礦工程, 2005(6)：228.

[2]姚金階、朱以文等.考慮臨空面沖擊波反射的復合結(jié)構(gòu)水壓爆破[J].爆破, 2003 (2)：59-61.

[3]陳士海.水壓爆破裝藥研究[J].西部探礦工程, 1996 (1)：60-62.

[4]王清潔, 顧文彬, 夏衛(wèi)國等.多層介質(zhì)中爆炸破壞效應的實驗研究[J].工程爆破, 2003(2)：7-11.