六盤山軟巖隧道水壓爆破優(yōu)化技術

馬騰飛+李樹忱+周建芳

摘 要：依據(jù)六盤山軟巖隧道工程，對開挖過程中的水壓爆破技術進行優(yōu)化和改造，使其適用于軟巖隧道的爆破開挖，達到提高爆破質(zhì)量、加快開挖循環(huán)進度以及降低施工成本的目的。

關鍵詞：軟巖隧道；水壓爆破；開挖；優(yōu)化

引言

水壓爆破減塵技術即是利用爆破應力波對水的不可壓縮性，使經(jīng)過水傳達到炮眼圍巖中的爆炸能量幾乎無損失，減少單位巖石的炸藥消耗量，減少溫室氣體及粉塵排放，并且有利于巖石破碎[1]。炮眼中的水可以有效起到霧化減塵的作用，大大降低粉塵對環(huán)境的污染[2]。水壓爆破減塵工藝流程見圖2。

水壓爆破技術相對于傳統(tǒng)爆破技術的區(qū)別是需要提前加工好水袋和炮泥，裝藥是按照一定的順序裝入水袋、炸藥、水袋，再用炮泥堵住炮孔。由此可見水袋、炮泥的制作工藝、加工儲存、運輸及安裝質(zhì)量，在水壓爆破工藝的實施中起著至關重要的作用。另外由于水壓爆破比傳統(tǒng)爆破的能量損失小，爆破威力大，因此對于特定軟巖隧道的開挖如果采用水壓爆破技術，需要對一些程序進行優(yōu)化改造，以便達到提高爆破質(zhì)量、加快開挖循環(huán)進度以及降低施工成本的目的。本文依據(jù)六盤山軟巖隧道工程，提出適用于六盤山軟巖隧道水壓爆破開挖的優(yōu)化措施，為同類工程提供技術參考。

1 水壓爆破技術材料優(yōu)化措施

1.1 水袋優(yōu)化措施

（1）水袋選擇。炮眼鉆孔使用的鉆頭為φ42鉆頭，為了便于水袋裝入，并減少水袋與炮眼孔壁之間的間隙，宜采用直徑φ35水袋進行注水封口。水袋采用的聚乙烯塑料制成，水袋壁厚過薄則承載力小，易變形、劃破，過厚增加成本[3]。經(jīng)現(xiàn)場多次試驗、結合實際使用情況，水袋壁厚宜選用0.8mm。

（2）水袋形狀優(yōu)化。前期進行水壓爆破采用的水袋為平頭水袋，安裝過程中平頭部分與孔壁摩擦力太大，安裝不方便，而且搗入過程中易出現(xiàn)破損現(xiàn)象。為了解決這一問題，宜把水袋改為圓頭水袋；圓頭水袋在不減少注水量的情況下，減少了與孔壁的摩擦力，不宜損壞，安裝方便，既保證了水壓爆破效果，又減少了安裝時間，據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計：每循環(huán)節(jié)省時間約5-10分鐘。

（3）提高水袋加工質(zhì)量。六盤山隧道水壓爆破前期，在常溫狀態(tài)下水袋的封口溫度為150℃，由于寧夏地區(qū)氣溫偏低，水溫在10℃以下，采用150℃進行封口，水袋通常封口不嚴，水量損失嚴重。為了解決這個問題，通過進行對比試驗，在寧夏地區(qū)的最佳溫度為240℃。當封口溫度為240℃進行封口，做出的水袋袋體堅挺，水量飽滿，無漏水現(xiàn)象，現(xiàn)場安裝方便。

（4）水袋成品保護措施。為了加強對水袋成品的保護，采用塑料筐集中存放，水袋在筐內(nèi)整齊碼放，口部朝上，每筐定量100支水袋，這種措施不僅減少保證了水袋的質(zhì)量，更方便工人搬放。同時，對于水袋安裝數(shù)量，也便于準確的統(tǒng)計和管控。

1.2 炮泥優(yōu)化措施

（1）炮泥制作。炮泥應按照一定的比例制作。如砂過多，炮泥成型較差；過少則炮泥比重小。水要適中，過少起不到粘合及降塵作用，過多則炮泥軟，不易搗固堅實[4]。為了確保炮泥的加工質(zhì)量，在工區(qū)周邊采集10組土樣，進行炮泥試制，最終優(yōu)選出1組土樣，經(jīng)實驗室檢測，三種成分的重量比例為黏土：砂：水=0.75：0.11：0.14。

為了保證雨季和旱季，粉砂質(zhì)黏土的含水量，把土樣含水量調(diào)整好之后，用塑料薄膜對土樣進行覆蓋，并定期檢測含水率，以保證炮泥質(zhì)量穩(wěn)定性。合格的炮泥表面光滑，用手指輕捏炮泥可留下指痕，這樣的炮泥既含有一定的水分又便于搗固[5]。

（2）炮泥成品保護措施。前期炮泥加工完采用塑料筐盛放，經(jīng)過12小時后，炮泥已經(jīng)表皮干縮，硬度變大，堵塞時很難與炮眼孔壁密貼；另外臨時加工很難滿足夜間施工，為了保證堵塞質(zhì)量且不影響施工，建議準備一批密封箱、保鮮膜，加工好的炮泥用密封箱盛放，箱內(nèi)覆蓋保鮮膜，密封箱存放于室內(nèi)，避免風吹日曬，采取這種措施后，炮泥存放時間可以提高到3天，且炮泥軟硬程度一直能滿足施工需要。

1.3 炮泥及水袋安裝

水壓爆破最常規(guī)的裝藥結構為，掏槽眼孔底一支水袋，連續(xù)裝藥，其余部分用水袋炮泥塞滿，周邊眼間隔裝藥，間隔部分用水袋填充，其余部分用水袋炮泥塞滿。

為了提高水袋和炮泥安裝質(zhì)量，必須提高炮眼的清孔質(zhì)量，以便降低孔壁的摩擦力。六盤山隧道水壓爆破前期，炮眼清孔采用的是風壓清孔，水袋安裝和炮泥搗入時，出現(xiàn)被孔壁上粘連得石屑劃破現(xiàn)象，且水袋和炸藥不易塞入孔底，造成掏槽效果差，需重新補炮，不僅浪費了炸藥，而且極大地影響了操作工人對水壓爆破的信心，嚴重影響爆破效率。

出現(xiàn)狀況后，通過與開挖工班進行溝通、查找分析原因，積極采取優(yōu)化措施：在清孔管上接上水管，用水壓進行清孔試驗；實施后，清孔質(zhì)量得到提升，水袋安裝變得更加輕便，炮眼利用率也有所提高。

2 水壓爆破技術結構優(yōu)化措施

2.1 裝藥結構優(yōu)化

分析：炮眼底水袋與炮泥回填堵塞這種裝藥結構節(jié)省炸藥，但是清孔質(zhì)量不能滿足時，易出現(xiàn)孔底欠挖，而且安裝過程中，由孔底水袋需搗入孔底，搗入深度較深，力度與深度不好掌握，易搗破水袋。

采取措施：首先提高清孔質(zhì)量，采用水壓清孔，其次對水袋形式進行調(diào)整，將平頭水袋改為圓頭水袋，最后又在搗棍前端安裝橡膠軟頭，這樣以來水袋安裝質(zhì)量得以提高，爆破質(zhì)量也有了保證，水袋安裝效率也有所提高，節(jié)省裝藥時間每循環(huán)約5分鐘左右。

2.2 單孔裝藥量優(yōu)化

分析：按照常規(guī)爆破的裝藥量進行裝藥，而且由于水袋的加入，爆破能量損失更小，加上水 作用，爆破威力過大，對周邊圍巖易造成擾動，且超挖現(xiàn)象嚴重。

調(diào)整裝藥量：通過現(xiàn)場試驗，將掏槽眼和輔助眼的炸藥用量減少，每孔減少1管和半管炸藥進行現(xiàn)場試驗，通過連續(xù)4個循環(huán)試驗，根據(jù)殘孔率，超欠挖情況，以及爆堆隕落距離各方面的分析比對，最后決定每孔減少半管炸藥，這樣以來爆破效果變得更好，殘孔率提高，炸藥用量減少，對周邊的圍巖的擾動也降低到最小。

3 水壓爆破技術保障措施優(yōu)化

3.1 物資設備保障優(yōu)化

水壓爆破期間每天需要消耗大量水袋和炮泥，六盤山軟巖隧道雙線獨頭掘進，前期購置的設備難以滿足施工需要，為此又增加了一臺封口機和一臺炮泥機。

同時為了保證水袋和炮泥的質(zhì)量和數(shù)量，專門設置兩個庫房為水袋、炮泥的加工存儲室，并購置足量的、塑料箱、密封箱和保鮮膜，保證炮泥的含水量。

3.2 安全保障優(yōu)化

（1）防止設備漏電。由于炮泥成分含水且水袋需要灌水，因此炮泥機和灌封機在開機前要用儀表檢查是否漏電，防止因水出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象，建議安設專用警示標志且操作前做好登記工作，提高安全意識。

（2）正確操作炮泥機。炮泥機開機上料時不可以使用工具撥弄料倉中的物料，防止發(fā)生事故，只有在停機后才可采用工具清除料倉壁和攪拌翅上的泥土。

（3）提高炮泥堵塞長度。建議提高炮泥堵塞長度，最好應大于或等于水袋的長度，有利于提高爆破質(zhì)量，同時相比于與常規(guī)爆破，水壓爆破時人員、臺車和設備撤離掌子面的距離應該提高。

（4）安裝的水袋不要漏水。如果炮眼中水袋漏水可能有發(fā)生啞炮問題，建議安裝水袋搗入炮泥時不要用力過猛，如果出現(xiàn)啞炮問題建議按照相關安全規(guī)范處理。

4 水壓爆破優(yōu)化技術效果分析

對常規(guī)爆破技術和水壓爆破優(yōu)化技術兩種工藝的各項技術指標進行對比，由表1、表2可以看出，采取水壓爆破之后，每循環(huán)炸藥用量降低了15%，炸藥單耗降低23%，實際進尺提高10%，炮眼利用率提高11%，在單洞工程量1000m的情況下，水壓爆破優(yōu)化技術工期將比采用常規(guī)爆破提前28天，有效節(jié)約施工成本。

5 結束語

采用水壓爆破優(yōu)化技術，可以有效提高水袋和炮泥的質(zhì)量及安裝效率，從而達到提高爆破質(zhì)量、加快開挖循環(huán)進度以及降低施工成本的目的，可為同類工程提供技術參考。

參考文獻

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[2]劉鵬舟.水壓爆破技術在西秦嶺隧道施工中的應用[J].甘肅科技縱橫，2013，42（10）：77-81.

[3]徐偉.水壓爆破在鋪子山隧道施工中的應用[J].公路與汽運，2014（3）：233-235+236.

[4]崔文輝.水壓爆破在城市地鐵隧道施工中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（15）：5303-5305.

[5]谷中軍.水壓爆破施工技術在重慶軌道交通建設過程中的應用[J].建筑工程技術與設計，2015（29）：236，984.