水壓爆破技術(shù)在泥質(zhì)砂巖特長隧道開挖中的應(yīng)用

曹 宗 軍

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610016)

1 概 述

四面山特長隧道進(jìn)洞口位于重慶市江津區(qū)柏林鎮(zhèn)沙河村境內(nèi)，隧址區(qū)屬剝蝕中低山地貌區(qū)。隧址區(qū)處于石龍峽背斜西翼，為單斜構(gòu)造，未見次級褶曲和斷層，構(gòu)造簡單。四面山隧道為分離式和一般小凈距組合式隧道，左洞長4 880 m，右洞長4 875.35 m。隧道穿越地層為砂巖、泥巖互層，圍巖差，主要為Ⅳ級和Ⅴ級圍巖，采取雙洞雙向掘進(jìn)施工。隧道拱高7.05 m，上半圓半徑為5.45 m的三心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)，凈空面積(含仰拱)64.28 m2，周長(含仰拱)31.17 m。四面山進(jìn)出口各布置6臺、22 m3/min電動空壓機(jī)，各安裝2臺110 kW×2型軸流風(fēng)機(jī)通過φ1.6 m雙抗軟風(fēng)管(阻燃、抗靜電)將新鮮空氣送至洞內(nèi)，分別配置2臺630 kVA和2臺800 kVA變壓器。

四面山特長隧道由于隧道洞深長，使用常規(guī)爆破法爆破產(chǎn)生的煙塵較大，通風(fēng)排煙效果差，排煙持續(xù)時間長，隧道能見度低，導(dǎo)致爆破開挖過程中施工循環(huán)時間長，進(jìn)而制約了隧道的施工工效。隧道內(nèi)的車輛穿行存在著極大的安全隱患，亦極大地影響施工環(huán)境及作業(yè)人員的身心健康，鑒于此，項目部研究并最終采用了水壓爆破技術(shù)。

2 水壓爆破技術(shù)原理

采用手風(fēng)鉆鉆孔，楔形掏槽，周邊孔間隔裝藥光面爆破，在傳統(tǒng)的爆破參數(shù)上改變了爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)，在崩落孔孔底塞一節(jié)水袋，在傳統(tǒng)裝藥數(shù)量的基礎(chǔ)上減少了一節(jié)藥卷，孔口塞入2節(jié)水卷。通過爆破產(chǎn)生的氣體切割巖石，同時爆破氣體擠壓水卷形成水楔，形成孔內(nèi)二次抨擊，利用水這種穩(wěn)定介質(zhì)進(jìn)一步切割破碎巖石達(dá)到爆破效果。同時，爆破產(chǎn)生的水霧在巖石表面形成水膜覆蓋、粘結(jié)爆破粉塵在巖石上，進(jìn)而達(dá)到降塵的效果。

在不影響工序時間、不改變爆破孔參數(shù)的前提下，通過在爆破孔內(nèi)不同部位填塞爆破水卷、改變孔內(nèi)一定的裝藥結(jié)構(gòu)，利用爆破壓力在水中傳播的爆破應(yīng)力波對水的不可壓縮性使爆炸能量經(jīng)水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無損失，十分有利于巖石破碎。同時，水在爆炸氣體膨脹作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng)通過炸藥爆破擠壓使爆破孔內(nèi)的水形成二次抨擊，有利于巖石進(jìn)一步破碎，進(jìn)而達(dá)到降低炸藥單耗的效果。

同時，通過爆破產(chǎn)生水霧、水膜包裹巖石從源頭上控制了爆破產(chǎn)生的煙塵，大大降低了粉塵對環(huán)境的污染。

該項技術(shù)不延長工序時間，降低炸藥單耗約0.1 kg/m3，所縮短的通風(fēng)時間較傳統(tǒng)通風(fēng)時間減少了一半。

爆破水袋的基本情況：

用于水壓爆破的擠壓式自動封口圓條形水袋構(gòu)造見圖1、2。

(1)袋口收縮囊；

(2)袋口水泡鼓包；

(3)袋口反壓進(jìn)水口；

(4)圓條形儲水袋。

圖1 水壓爆破的擠壓式自動封口水袋構(gòu)造圖

圖2 用于水壓爆破用的擠壓式自動封口圓條形水袋

工作原理：節(jié)能環(huán)保隧道水壓爆破技術(shù)是按一定的爆破裝藥結(jié)構(gòu)向爆破孔內(nèi)塞入條形水袋(水卷)以提高爆破效率及排煙降塵作用。該爆破水袋設(shè)計的要點是需將孔口進(jìn)行內(nèi)反包以通過在水袋袋口位置設(shè)置兩個收窄口，在水袋充水過程中將水反向擠壓至孔口反包層中，水袋充水越多，壓力越大，孔口反包層內(nèi)擠入的水越多，袋口通過擠壓收縮更緊，從而達(dá)到水袋儲水和自動封口的效果。采用該自動擠壓式封口水袋省去了水袋封口機(jī)及人工封口工序，大大提高了爆破水袋(水卷)的生產(chǎn)效率。

常規(guī)的人工裝水袋后需要進(jìn)行機(jī)械封口，但封口后的水袋內(nèi)必然存在一定、未能充滿的空間進(jìn)而導(dǎo)致爆破水袋不夠飽滿、圓潤，影響使用效果，而通過采用擠壓式封口水袋，充水越多、水壓越大，水袋越飽滿、封口越緊致，更有利于塞入圓形的爆破孔中，裝填更加容易。

3 水壓爆破技術(shù)的應(yīng)用

該項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于重慶江習(xí)高速工程四面山特長隧道，圖3、4為隧道現(xiàn)場爆破效果。該項技術(shù)經(jīng)過近一年時間的使用，對隧道施工爆破煙塵的排放、環(huán)境質(zhì)量的改觀、縮短施工工序等起到了重要作用，取得了較好的效果。

圖3 用于隧道的爆破水卷

注：此為Ⅴ類圍巖呈成層狀分布且節(jié)理較發(fā)育圖4 水壓爆破現(xiàn)場效果圖

4 水壓爆破與常規(guī)爆破效果之比較

4.1 能見度及排煙時間比較(表1、2)

通過將常規(guī)爆破與承壓爆破降塵及通風(fēng)時間進(jìn)行對比(表1、2)，分析并得知水壓爆破具有顯著的降煙及降塵效果。

4.2 經(jīng)濟(jì)比較分析(表3)

(1)使用水壓爆破技術(shù)每延米節(jié)省的費用。

①火工品節(jié)省的費用(炸藥/雷管)；②人工費節(jié)省的費用；③節(jié)約的電費(通風(fēng)風(fēng)機(jī))。

(2)使用水壓爆破技術(shù)每延米需另外支出的費用。

①制作炮泥、水袋的人工費；②水袋費用；③制作炮泥的土砂費用；④電費(設(shè)備)。

由表3中的合計2-合計1=52 891 257-6 186 067=6 705 190(元)=670.52(萬元)

由表3之比較得知，水壓爆破節(jié)約費用達(dá)670.52萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表1 常規(guī)爆破與水壓爆破效果比較分析表

表2 常規(guī)爆破與水壓爆破參數(shù)分析表

表3 常規(guī)爆破與水壓爆破經(jīng)濟(jì)分析比較表

5 結(jié) 語

采用水壓爆破技術(shù)后，隧道施工的環(huán)境質(zhì)量明顯變好，巖石塊度變小，通風(fēng)時間縮短，炸藥單耗變小，極大地提高了施工效率，降低了施工成本，對特長隧道爆破施工降塵積累了大量經(jīng)驗及試驗數(shù)據(jù)，為后續(xù)同類型工程施工及技術(shù)研究提供了參考性模板。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范，JTGF9—2015[S].