隧道Ⅱ,Ⅲ級圍巖光面水壓爆破技術(shù)試驗研究

東 懷 正

(中國鐵路總公司拉林鐵路建設(shè)總指揮部，西藏 林芝 860100)

隧道掘進(jìn)光面水壓爆破技術(shù)是結(jié)合隧道掘進(jìn)光面爆破和水壓爆破兩項技術(shù)應(yīng)用于隧道掘進(jìn)施工的新技術(shù)，是一種創(chuàng)新技術(shù)，也是未來隧道快速掘進(jìn)發(fā)展的趨勢[1]。

拉林鐵路新建正線全長403.14 km，橋隧總長300.98 km，橋隧比為74.7%。其中：隧道47座216.47 km，占線路長度53.7%；10 km以上隧道6座83.64 km，5 km以上隧道9座75.24 km，3 km以上隧道5座20.94 km。根據(jù)設(shè)計勘測資料，長大隧道Ⅱ,Ⅲ級圍巖長度為81.1 km，占長大隧道長度的45.1%。為了加快隧道掘進(jìn)速度，降低成本，提高施工質(zhì)量，增加效益，改善作業(yè)環(huán)境，保護(hù)施工人員身體健康等多方面因素，拉林鐵路于2016年3月選 取布喀木隧道橫洞實施光面水壓爆破試驗。

布喀木隧道橫洞全長1 695 m，橫洞與隧道小里程方向平面夾角90°,單車道斷面凈空尺寸為5.0 m×6.5 m(寬×高)，錯車道斷面凈空尺寸為7.5 m×6.2 m(寬×高)。橫洞埋深大，Ⅱ級圍巖1 450 m,Ⅲ級圍巖170 m,Ⅳ級圍巖70 m,Ⅴ級圍巖5 m。

1 光面水壓爆破定義及意義

1.1 水壓爆破定義

水壓爆破是將炸藥置于受約束的有限水域內(nèi)，當(dāng)炸藥爆炸時，利用水的能量傳遞性和不可壓縮性，將壓力均勻的作用于介質(zhì)上，使介質(zhì)達(dá)到破碎的一種爆破技術(shù)。

1.2 水壓爆破目的與意義

通過進(jìn)行隧道水壓光面爆破技術(shù)研究，主要解決以下問題：1)光爆效果及表面平整度的控制;2)開挖輪廓得到控制，可避免出現(xiàn)二襯混凝土超耗；3)節(jié)省炸藥用量；4)增大循環(huán)進(jìn)尺；5)減少通風(fēng)時間，增強(qiáng)降塵效果。最終形成一整套適用于Ⅱ,Ⅲ級圍巖水壓光面爆破技術(shù)，為類似環(huán)境及條件隧道施工提供理論依據(jù)及參考經(jīng)驗。

2 光面水壓爆破施工工藝

光面水壓爆破與普通光面爆破工藝流程基本相同[3]，光面水壓爆破要事先加工好炮泥和水袋，在裝藥時按照設(shè)計的裝藥結(jié)構(gòu)依次裝入水袋、炸藥、水袋，最后用炮泥堵塞[4]。

水壓爆破設(shè)計→整理工作面→測量放線→布設(shè)孔位→鉆孔施工→測量實際孔距孔深→計算藥量與裝藥結(jié)構(gòu)→水袋、炮泥加工→裝藥回填炮泥→聯(lián)接起爆網(wǎng)絡(luò)→人員、機(jī)械設(shè)備撤離警戒→起爆→通風(fēng)→檢查分析爆破效果。

3 光面水壓爆破設(shè)計實例

布喀木隧道橫洞主要以片麻巖為主，隧道主要以Ⅱ級圍巖為主，采用全斷面開挖施工工藝，斷面面積為42.72 m2，斷面總的炮眼數(shù)量設(shè)計為115個，周邊眼、輔助眼設(shè)計深度為3.5 m，掏槽眼設(shè)計深度為4 m，見圖1。

常規(guī)鉆爆全斷面每循環(huán)裝藥144.8 kg，炮眼孔口未堵塞。采用光面水壓爆破參數(shù)設(shè)計與常規(guī)鉆爆一樣，不同的是在裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥時間隔增加了水袋和孔口炮泥。

經(jīng)現(xiàn)場試驗確定，光面水壓爆破的裝藥量比常規(guī)爆破節(jié)省，掏槽眼減少裝藥5.2 kg，輔助眼減少裝藥10.4 kg，周邊眼減少裝藥4.1 kg，底板眼減少裝藥1.8 kg，每循環(huán)節(jié)省炸藥21.5 kg，見表1。

表1 布喀木隧道橫洞常規(guī)/水壓爆破參數(shù)對比表

4 實施效果分析

4.1 技術(shù)指標(biāo)分析

布喀木隧道橫洞使用常規(guī)爆破平均每循環(huán)進(jìn)尺3.1 m。自2016年3月16日使用光面水壓爆破技術(shù)至2016年5月1日，共施工47 d，已掘進(jìn)了389 m共計118循環(huán)，平均每日掘進(jìn)8.28 m，每循環(huán)掘進(jìn)約3.3 m。與常規(guī)爆破相比，每循環(huán)提高進(jìn)尺0.2 m。

光面水壓爆破比常規(guī)爆破單位耗藥量降低了20%，通風(fēng)時間從40 min縮短為10 min，由此可見光面水壓爆破在減少炸藥用量、提高循環(huán)進(jìn)尺、縮短通風(fēng)時間、改善洞內(nèi)施工環(huán)境等方面具有突出的優(yōu)勢。

4.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

通過常規(guī)爆破與光面水壓爆破對比分析，在相同的條件下，光面水壓爆破比常規(guī)爆破每循環(huán)開挖進(jìn)尺多0.2 m，每循環(huán)節(jié)省炸藥21.5 kg，由于通風(fēng)時間減少，爆渣集中，出渣時間相應(yīng)也減少，提高了施工進(jìn)度。

4.2.1使用光面水壓爆破每延米所節(jié)省的費(fèi)用

1)火工品節(jié)省的費(fèi)用。布喀木隧道橫洞開挖斷面面積為42.72 m2。炸藥的單價為14.8元，每循環(huán)使用118個雷管，共計1 865.49元。

隧道每開挖1 m節(jié)省炸藥：

(144.8÷3.1-123.3÷3.3)×14.8=138.32元。

隧道每開挖1 m節(jié)省雷管：

1 865.49÷3.1-1 865.49÷3.3=36.47元。

合計開挖每延米節(jié)省火工品費(fèi)用：

138.32+36.47=174.79元。

2)人工費(fèi)節(jié)省的費(fèi)用。每循環(huán)進(jìn)尺提高0.2 m，開挖斷面42.72 m2，每開挖一方開挖班組工資為55元。

0.2×42.72×55÷3.3=142.4元。

3)施工用電節(jié)省的費(fèi)用。隧道開挖使用三臺功率為132 kW的空壓機(jī)，每循環(huán)鉆孔時間為3.5 h；一臺通風(fēng)機(jī)功率為264 kW，采用水壓爆破前后的通風(fēng)時間分別為40 min和10 min，電費(fèi)為1.2元/度，每開挖1 m節(jié)省費(fèi)用：

132×3×3.5×1.2÷3.1-132×3×3.5×1.2÷3.3+264×2/3×1.2÷3.1-264×1/6×1.2÷3.3=84.6元。

合計節(jié)省費(fèi)用為174.79+142.4+84.6=401.79元。

4.2.2使用光面水壓爆破每延米另外支出的費(fèi)用

光面水壓爆破設(shè)備的一次性投入為炮泥制作機(jī)和封口機(jī)的費(fèi)用很低，炮泥機(jī)到場費(fèi)用為5 000多元，封口機(jī)6 000多元。

1)制作水袋、炮泥的人工費(fèi)用。制作水袋需要1人，制作炮泥需要3人，每人按150元/d的工資計算，每天是可以制作6個循環(huán)使用的炮泥和水袋，折合每延米支出費(fèi)用：

150×4÷3.3÷6=30.3元。

2)水袋費(fèi)用。水袋每個0.2元，每延米費(fèi)用：

(13×5+61×6+41×5)×0.2÷3.3=38.5元。

3)制作炮泥的土砂費(fèi)用。土砂每方40元，每方土砂可制作炮泥1 200 m，合計6 000根，每循環(huán)使用521根，可使用11.5個循環(huán)，每延米增加費(fèi)用：

40÷11.5÷3.3=1.1元。

4)封袋機(jī)、炮泥機(jī)的電費(fèi)。每天工作平均工作4 h即可滿足施工需求，炮泥機(jī)功率為4 kW,封袋機(jī)功率為0.68 kW,電費(fèi)1.2元/度，每天施工水袋、炮泥的電費(fèi)：

(4+0.68)×4÷3.6×1.2=4.9元。

使用光面水壓爆破每延米需另外支出的費(fèi)用合計為：

30.3+38.5+1.1+4.9=74.8元。

4.2.3經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)以上匯總數(shù)據(jù)分析，將以上每延米節(jié)省的費(fèi)用合計，除去每延米另外支出的費(fèi)用后，采用光面水壓爆破每延米可節(jié)省費(fèi)用: 401.79-74.8=326.99元。

4.3 社會及環(huán)境效益分析

當(dāng)今社會提倡低炭、節(jié)能、環(huán)保，隧道掘進(jìn)采用光面水壓爆破提高了炸藥利用率、施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)了作業(yè)環(huán)境，另外在降低粉塵含量，減少對環(huán)境的污染，保護(hù)施工人員的身體健康等方面優(yōu)勢十分明顯，社會、環(huán)境效益顯著。

5 結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場試驗對比，光面水壓爆破對Ⅱ級、Ⅲ級圍巖的爆破效果，要優(yōu)于Ⅳ,Ⅴ級圍巖的爆破效果，隧道Ⅱ級、Ⅲ級圍適合大面積使用光面水壓爆破。但在Ⅳ,Ⅴ級圍巖的開挖施工中，仍需要進(jìn)行試驗總結(jié)，進(jìn)一步調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)，總結(jié)出適用于Ⅳ,Ⅴ級圍巖的光面水壓爆破參數(shù)，并推廣應(yīng)用。