水壓爆破在軟巖隧道開挖中的應(yīng)用

楊 志 芳

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

近年來，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，鐵路橋梁、公路、地下空間等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)涉及到的巖石工程施工也越來越廣泛。而當(dāng)前最常使用的方法就是工程爆破。水壓爆破作為當(dāng)前工程爆破的一種施工技術(shù)，它不僅可以大幅度提升炸藥的利用率，保證施工效果，同時(shí)還能在維護(hù)周邊環(huán)境的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)效益，并為各類型隧道開挖提供了有力技術(shù)支持。基于此，相關(guān)企業(yè)需要正視水壓爆破在隧道施工中發(fā)揮的積極作用，并嘗試在軟巖隧道開挖中應(yīng)用水壓爆破技術(shù)，不斷總結(jié)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用要點(diǎn)，以便于為今后類似軟巖隧道開挖施工提供參考依據(jù)[1]。

1 水壓爆破工藝特點(diǎn)及原理

1.1 水壓爆破工藝特點(diǎn)

與以往常規(guī)爆破不同的是，水壓爆破會(huì)在炮孔內(nèi)增加水袋以及填堵炮泥。在使用時(shí)，利用水的不可壓縮特性，在炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波作用下增加其能量，進(jìn)而提升爆破效果。與此同時(shí)，炮孔內(nèi)水袋中的水會(huì)在爆炸中形成水霧，用以發(fā)揮排煙除塵的作用。在實(shí)際施工中，水壓爆破技術(shù)的施工簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng)，施工人員僅需要一臺(tái)塑袋灌裝封口機(jī)以及一臺(tái)炮泥機(jī)就可以制作水壓爆破所需的水袋以及炮泥，滿足爆破需求。另外，由于水壓爆破技術(shù)可以減少有害氣體以及粉塵的排放，改善作業(yè)環(huán)境，因此具有極高的推廣價(jià)值[2]。

1.2 水壓爆破的原理

我們可以從以下幾方面入手，對(duì)水壓爆破工藝的原理窺探一二：第一，眾所周知，炸藥在爆炸時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生沖擊波，而這種沖擊波在水中的衰減速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在空氣中的衰減速度。水壓爆破正是利用了這一點(diǎn)，在炮孔底部添加一定量的水袋，使炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波可以通過水袋直接作用于巖石上，這一方面提高了炮眼的利用率，另一方面還有效減少了炸藥能量的損耗，對(duì)于巖石破碎有著巨大優(yōu)勢(shì)；第二，當(dāng)炸藥爆炸后，炮眼中的水袋也會(huì)產(chǎn)生“水楔”效應(yīng)，并進(jìn)一步對(duì)圍巖進(jìn)行破碎，大大降低了由爆破產(chǎn)生的大塊率。另外，堵塞水袋在爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生霧化作用，吸收周邊因爆炸產(chǎn)生的粉塵，有效降低空氣中的粉塵濃度，讓爆炸帶給周圍環(huán)境的危害降到最低；第三，不同于常規(guī)爆破，水壓爆破主要采用了炮泥加水袋堵塞，這不僅防止了炸藥能量的外泄，使其主要作用于周圍巖石上，提高爆破效率，同時(shí)還能適當(dāng)減少炸藥的消耗，以達(dá)到提高隧道開挖經(jīng)濟(jì)效益的目的[3]。

2 在軟巖隧道開挖中應(yīng)用水壓爆破技術(shù)的方法

2.1 水袋的制作

在水壓爆破技術(shù)中，水袋占據(jù)著極其重要的地位，在制作水袋時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：第一，對(duì)制作材料的要求。水袋一般由聚乙烯塑料制作而成，并且根據(jù)施工要求制成一定規(guī)格。經(jīng)過多次嘗試，直徑在35 mm、厚度在0.8 mm、長(zhǎng)度在200 mm的水袋用作水壓爆破為宜。并利用自動(dòng)灌水以及自動(dòng)封口機(jī)進(jìn)行制作，通常每小時(shí)可以加工制作500個(gè)～700個(gè)水袋；第二，水袋制作的技術(shù)要點(diǎn)。1)在開啟封口機(jī)之前，技術(shù)人員需要調(diào)節(jié)灌水定量；2)將機(jī)器后門打開，松開泵連桿端頭螺母，調(diào)節(jié)移位蝶形螺母就可以通過調(diào)節(jié)泵連桿滑塊左右位置，來獲得制作水袋所需的灌裝容量。順時(shí)針可以減少灌裝容量，而逆時(shí)針則相反；3)在調(diào)整完畢后需要將端頭螺母擰緊，避免因螺母松動(dòng)而影響到灌裝容量，并對(duì)調(diào)整桿造成破壞；4)接通電源，在指示燈亮了之后，通過溫控調(diào)節(jié)器將封口溫度調(diào)節(jié)至220 ℃左右。如果綠燈變?yōu)榧t燈，就說明當(dāng)前封口溫度已達(dá)到調(diào)節(jié)溫度；5)在正式開始灌注封口前，技術(shù)人員需要先將主令開關(guān)打開，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)兩次后，確保計(jì)量泵內(nèi)已吸滿水且空氣排出后，就可以將塑料袋用拇指與食指夾住，套在出料管口上，最后按下啟動(dòng)開關(guān)，就可以完成水袋的自動(dòng)灌注與封口[4]。另外，在水袋制作完畢后，需要加強(qiáng)對(duì)水袋成品的保護(hù)。將水袋整齊碼放在塑料筐中，口部朝上，每筐碼放100支水袋，既方便工人搬運(yùn)，同時(shí)又便于水袋的統(tǒng)計(jì)與管控。

2.2 炮泥的制作

炮泥的制作需要按照一定的比例進(jìn)行。如果制作時(shí)砂過多，則會(huì)影響到炮泥的成型；而如果砂過少則會(huì)導(dǎo)致炮泥的比重小。另外炮泥的制作對(duì)水的比例把控較為嚴(yán)格，水過多炮泥就會(huì)軟，不易搗固堅(jiān)實(shí)；而水過少則起不到粘合以及降塵作用。因此，為了保證炮泥的制作質(zhì)量滿足水壓爆破需求，相關(guān)施工企業(yè)需要根據(jù)當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)周邊采取十組土樣，分別進(jìn)行炮泥的制作，從中優(yōu)選出一組土樣。在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)后，炮泥的制作比例通常為黏土∶砂∶水=0.75∶0.11∶0.14。在軟巖隧道開挖中，炮泥制作容易受自然氣候條件影響。所以，為了在旱季以及雨季實(shí)現(xiàn)對(duì)粉砂質(zhì)黏土含水量的有效把控，需要在土樣含水量調(diào)整好后，利用塑料薄膜對(duì)土樣進(jìn)行覆蓋保護(hù)。同時(shí)在施工期間隨時(shí)對(duì)土樣的含水量進(jìn)行檢測(cè)，維持炮泥質(zhì)量的穩(wěn)定性。符合水壓爆破要求的炮泥應(yīng)該表面光滑，用手指輕捏可留下指痕，這樣的炮泥不僅含有一定水分，同時(shí)也便于搗固。在炮泥制作完成后，如何存放保管炮泥也是一項(xiàng)重要工作。在前期炮泥加工完成后采用塑料筐存放，經(jīng)過12 h之后，制作好的炮泥表面就會(huì)因失水而出現(xiàn)干縮，且硬度增大，在實(shí)際施工中很難與炮眼孔壁進(jìn)行密貼[5]。除此之外，臨時(shí)加工炮泥通常很難滿足夜間施工需求，對(duì)此，為了在保證正常供應(yīng)的基礎(chǔ)上，確保堵塞質(zhì)量，可以專門準(zhǔn)備一些密封箱以及保鮮膜，用以存放制作好的炮泥。在密封箱內(nèi)覆蓋保鮮膜，并將密封箱置于室內(nèi)，避免風(fēng)吹日曬。通過這種方式，可以將炮泥的存放時(shí)間延長(zhǎng)至3 d，且炮泥質(zhì)量始終可以滿足水壓爆破需求。

2.3 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

施工技術(shù)人員在按照設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)以及深度鉆好炮孔后，首先要將每一個(gè)炮孔內(nèi)的殘?jiān)宄蓛?，必須要確保裝填前各炮孔的干凈整潔，以避免水袋在裝填過程中被炮孔內(nèi)殘余渣滓扎破。然后在清理干凈的炮孔內(nèi)先放置一支水袋墊底，之后根據(jù)設(shè)計(jì)要求的單孔裝藥量向炮孔內(nèi)裝填炸藥。在炸藥裝好后裝填水袋，最后再裝填炮泥堵塞封口。其中，根據(jù)炮孔位置以及作用的不同，其炮孔裝藥結(jié)構(gòu)也會(huì)存在一定差異，具體來說：

第一，掏槽眼。其主要采取連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，先將一支水袋墊底，之后裝填炸藥，再裝填2支～4支水袋，用炮泥進(jìn)行堵塞封口，并用木棍堵緊炮泥；

第二，周邊眼。如果采取間隔裝藥結(jié)構(gòu)，就需要先在孔底裝填一支水袋墊底，之后裝炸藥，炸藥要按照間隔裝藥布置，炸藥裝好后連續(xù)裝入4支水袋，最后堵塞炮泥至孔口，并用木棍搗實(shí)堵緊。而如果采取連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，則要在孔底墊入一支水袋后裝炸藥，炸藥裝好后連續(xù)裝入8支～10支水袋，最后堵塞炮泥至孔口，并用木棍搗實(shí)堵緊；

第三，輔助眼。其主要采取連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，先將一支水袋墊底，之后連續(xù)裝填炸藥，再裝填2支～4支水袋后堵塞炮泥至孔口，并用木棍堵緊炮泥[6]。值得注意的是，掏槽眼以及輔助眼等炮孔在裝藥堵塞時(shí)，必須要確保填塞密實(shí)。且各炮孔的實(shí)際裝藥量也應(yīng)該根據(jù)圍巖的軟硬程度而定，軟巖要減少，而硬巖則要增加。周邊孔間隔裝藥要均勻。另外，在裝填水袋時(shí)，需要一袋袋利用炮棍輕輕捅入到炮眼內(nèi)的相應(yīng)位置。

2.4 起爆

水壓爆破的起爆網(wǎng)絡(luò)以及起爆順序，與以往常規(guī)爆破并無區(qū)別。其爆破網(wǎng)絡(luò)采取簇連接方式，而起爆則采用電容式非電毫秒雷管激發(fā)器。

3 在軟巖隧道開挖中應(yīng)用水壓爆破技術(shù)的保障措施

3.1 從物資設(shè)備的角度來看

在軟巖隧道開挖施工中采用水壓爆破技術(shù)，每天需要消耗掉大量的水袋與炮泥。因此，為了避免因水袋、炮泥供應(yīng)不及時(shí)造成的工期延長(zhǎng)，必要時(shí)可以另外購(gòu)置相應(yīng)的封口機(jī)以及炮泥機(jī)。另外，為了確保水壓爆破可以有充足的水袋與炮泥作支持，應(yīng)該專門安排兩間庫房作為加工存放水袋與炮泥的場(chǎng)所。同時(shí)購(gòu)入足量的塑料箱、密封箱以及保鮮膜，以確保炮泥的含水量。

3.2 從安全的角度來看

第一，炮泥機(jī)的操作要規(guī)范。在炮泥機(jī)開機(jī)上料時(shí)，不可以利用工具隨意撥弄料倉中的物料，以免發(fā)生事故。只有在炮泥機(jī)完全停機(jī)后，才可借助工具對(duì)料倉壁以及攪拌翅上殘余的泥土進(jìn)行清理。

第二，防范設(shè)備漏電。不管是水袋制作還是炮泥制作都需要水。所以，為了防止設(shè)備漏電，應(yīng)該在灌封機(jī)與炮泥機(jī)通電前，用相關(guān)儀器設(shè)備對(duì)其進(jìn)行檢查，確保其不存在漏電隱患。同時(shí)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的檢測(cè)需要隨時(shí)做好記錄，并在需要時(shí)安設(shè)專用警示標(biāo)志，以提高安全意識(shí)[7]。

第三，避免水袋漏水。在水壓爆破時(shí)，如果炮眼中的水袋有漏水問題，就會(huì)增加發(fā)生啞炮的概率。對(duì)此，在裝填水袋后，相關(guān)人員一定要控制好搗入炮泥的力度，不要用力過猛。如已出現(xiàn)啞炮問題，則要嚴(yán)格遵循相關(guān)安全規(guī)范進(jìn)行處理。

第四，加強(qiáng)人員培訓(xùn)。水壓爆破對(duì)于鉆爆作業(yè)人員的要求較高。因此，需要加強(qiáng)對(duì)鉆爆作業(yè)人員的專業(yè)技能培訓(xùn)以及安全教育，敦促其始終按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行爆破施工。在培訓(xùn)中要強(qiáng)調(diào)，炮眼最底部的水袋一定要裝入炮眼的最底部，不能留有絲毫空隙[8]。并且水袋與炸藥、炸藥與水袋、水袋與炮泥之間的銜接一定要緊密。搗固炮泥則應(yīng)選用類似鐵鍬把、直徑在30 mm、長(zhǎng)度約為1 m的木棍，以確保搗固質(zhì)量。

4 結(jié)語

水壓爆破作為一種操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣的爆破方式，將其應(yīng)用于軟巖隧道開挖施工中，可以達(dá)到改善作業(yè)環(huán)境、有效節(jié)約炸藥、提高施工效率以及節(jié)能減排等效果。所以，相關(guān)施工企業(yè)需要加大對(duì)水壓爆破技術(shù)的研究實(shí)踐力度，不斷提高水袋與炮泥的制作質(zhì)量與安裝效率，從而在保證爆破質(zhì)量的前提下，縮短軟巖隧道的開挖循環(huán)進(jìn)度，降低成本，并為今后同類型工程施工建設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn):

[1] 歐 然.水壓爆破技術(shù)在隧道掘進(jìn)施工中的應(yīng)用[J].山西建筑,2014,40(6):184-186.

[2] 崔文輝.水壓爆破在城市地鐵隧道施工中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2015(15)：67-69.

[3] 藺進(jìn)升.隧道節(jié)能環(huán)保水壓爆破[J].工程技術(shù)(全文版),2016(12):313-314.

[4] 戴潤(rùn)軍,王 哲,周 昆.水壓爆破在軟巖隧道開挖中的實(shí)踐應(yīng)用[J].交通節(jié)能與環(huán)保,2017,13(1):84-87.

[5] 應(yīng)廣生.成貴鐵路隧道水壓爆破技術(shù)的應(yīng)用與探討[J].工業(yè)b,2015(25):129-131.

[6] 安風(fēng)華.隧道水壓爆破施工工藝探討[J].山東交通科技,2017(3):69-71.

[7] 馬騰飛,李樹忱,周建芳.六盤山軟巖隧道水壓爆破優(yōu)化技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(13):208-209.

[8] 李 健.水壓爆破在地鐵施工中的運(yùn)用[J].山西建筑,2017,43(12):154-155.