公路隧道周邊眼聚能水壓爆破技術應用★

陳 航 孫振華 蘆 杰 王 喆

(1.中鐵隧道局集團有限公司市政工程公司，浙江 杭州 310012； 2.紹興市交通建設投資集團，浙江 紹興 312000； 3.紹興市交通工程質量安全監(jiān)督站,浙江 紹興 312000)

1 概述

在交通隧道、水工隧道、礦山巷道的掘進施工中，鉆爆法是常用的施工方法。鉆爆法常導致隧道斷面超欠挖，以及帶來大量的粉塵，進而增加施工通風成本和難度，影響施工人員的健康。聚能水壓爆破能有效降低隧道爆破時的粉塵量，降低隧道的超欠挖現(xiàn)象。

何滿潮等[1]提出雙向聚能拉伸爆破技術，并將其應用于規(guī)劃斷面隧道爆破，發(fā)現(xiàn)雙向拉伸聚能爆破技術能夠有效降低炸藥用量。陳士海[2]建立了數(shù)學模型來研究水壓爆破的裝藥結構。劉俊杰[3]將水壓光面爆破技術用于老格山隧道開挖，發(fā)現(xiàn)水壓爆破顯著改善了隧道內的空氣質量。沈顯才[4]將水壓爆破技術運用于地鐵暗挖隧道掘進，闡述了聚能管的組裝工藝。因此，水壓爆破具有很好的應用效果，但在局部水壓爆破方面，如僅在周邊眼中實施聚能水壓爆破，需要進一步研究其爆破效果。

2 工程概況

杭紹臺高速公路鏡嶺隧道位于浙江省紹興市新昌縣境內，是一條左右分離的雙向四車道特長隧道，左洞長5 510 m，起訖樁號為ZK98+405～ZK103+915，右洞長5 583 m，起訖樁號為YK98+382～YK103+965，隧道最大埋深在250 m左右。該隧道由中鐵隧道集團承建，為杭紹臺高速公路紹興金華段全線控制性工程，標段內(單洞)Ⅲ級圍巖3 636 m，占施工長度的53.5%。隧道圍巖主要為中風化凝灰?guī)r，巖質堅硬，較完整，抗壓強度約為70 MPa，巖石基本質量指標為442。

3 炮眼布置與裝藥

3.1 炮眼布置

鏡嶺隧道斷面尺寸為1 160 mm×904.8 mm，凈面積為85.6 m2，在Ⅲ級圍巖時，采用全斷面施工。常規(guī)光面爆破炮眼布置如圖1a)所示，隧道全斷面共布置138個炮眼，周邊眼51個，炮眼深度略長于設計進尺3.5 m，掏槽眼和輔助眼深度較大。聚能水壓爆破全斷面炮眼114個(如圖1b)所示)，周邊眼27個，炮眼深度與常規(guī)光面爆破相同。對比常規(guī)光面爆破與聚能水壓爆破的炮眼設計，如表1所示，炮眼設置主要是周邊眼存在差異。因為常規(guī)爆破周邊眼的間距較小，因此數(shù)量較多，約為聚能水壓爆破周邊眼數(shù)量的1.9倍。常規(guī)爆破與聚能水壓爆破炮眼孔徑相同。

聚能水壓爆破與光面爆破的掏槽方式和起爆順序相同，采用楔形掏槽方式和分段位起爆。起爆順序依次為掏槽眼→輔助眼Ⅰ→輔助眼Ⅱ→掘進眼與改炮眼→內圈眼→周邊眼→底板眼。具體起爆段位見表1。

3.2 聚能水壓爆破裝藥

表1 Ⅲ級圍巖全斷面爆破參數(shù)表

傳統(tǒng)光面爆破聚能水壓爆破炮眼種類炮眼個數(shù)炮眼深度雷管段數(shù)藥卷數(shù)量單孔藥量/kg炮眼個數(shù)炮眼深度雷管段數(shù)藥卷數(shù)量單孔藥量/kg掏槽眼164.913204164.913204輔助眼124.631923.2124.631923.2輔助眼84.2451042.684.2451042.6掘進眼163.9171762.2163.9171762.2內圈眼213.792312.2213.792312.2周邊眼513.7111530.6273.711810.6底板眼113.7131542.8113.7131562.8改炮眼32.0760.432.0760.4合計138114

聚能水壓爆破主要是利用液體的不可壓縮性和炸藥的聚能效應。常規(guī)光面爆破與聚能水壓爆破的炮眼布置近似，但裝藥結構存在差異。聚能水壓裝藥結構如圖2所示，在孔底裝有加強藥、反向雷管置于加強藥中，由孔底向孔口依次為加強藥與反向雷管、聚能管、水袋、水沙袋，導爆管通過水袋、水沙袋連接到反向雷管。通常，聚能管為白色的普通PVC管，由兩個形狀不規(guī)則的半壁管組成，聚能管管壁厚度約為2 mm。聚能管的凹槽可以聚集能量，巖石乳化炸藥裝于聚能管凹槽內。因此，聚能管內截面與炸藥截面相同。聚能管的長度根據(jù)炮眼設計深度可以調整，相應的裝藥量也根據(jù)聚能管長度調整。聚能水壓爆破具體裝藥步驟如下：

1)巖石乳化炸藥可以分割，首先將藥卷外包裝去除，再將藥卷裝入注藥槍的槍筒中，擰緊旋轉蓋。在0.2個大氣壓下，使用小型空壓機將炸藥注入聚能管中；

2)手握注藥槍，將巖石乳化炸藥連續(xù)沿聚能管管壁注入，直至注滿；

3)在聚能管中放置一根傳爆線，然后將聚能管的兩邊合上，并用膠帶稍微纏繞一下，最后裝上起爆雷管。

當然，聚能水壓爆破還存在不同形式的裝藥，但都是大同小異，基本原理是相同的。在孔底，有的情況下直接放置水袋，本項目在孔底放置的是加強藥與反向雷管。孔口處，有的仍然采用炮泥封堵，有的采用水袋封堵，本項目采用水沙袋和水袋封堵炮眼。因為水沙袋屬于牛頓體，能夠更好的堵塞炮眼，有力控制炸藥爆炸在炮眼中生成的膨脹氣體,其膨脹氣體靜力作用要比常規(guī)光面爆破不堵塞強的多,更有利于已形成的裂縫再延伸擴展加大，提高爆破效果。值得說明的是，聚能水壓爆破中，根據(jù)適時隧道斷面檢測結果，動態(tài)調整爆破參數(shù)。

4 爆破效果評價

對比常規(guī)光面爆破和聚能水壓爆破，主要差異表現(xiàn)為：1)裝藥結構；2)炸藥用量；3)爆破效果?；谶@些差異，聚能水壓爆破取得了良好的爆破效果，具體如下：

1)縮短打炮眼時間。常規(guī)光面爆破光爆周邊眼的間距設置為40 cm～50 cm，而聚能水壓光面爆破的光爆周邊眼間距一般為90 cm～100 cm，大大減少了周邊眼鉆孔數(shù)量，縮短了鉆孔時間，加快了施工進度，提升了施工效率。

2)提高半眼痕保留率。如圖3,圖4所示，通過測量人員對斷面的掃描，其斷面平整度也大大的改善了，具體表現(xiàn)為半眼痕保留率有較大幅度的提高。由75%提高到了84%，進而，有效控制了隧道輪廓斷面的超欠挖現(xiàn)象。

3)減弱爆破震動。對比常規(guī)光面爆破周邊眼的炮眼間距，可以發(fā)現(xiàn)聚能水壓爆破周邊眼間距大幅度提高，相應間距為常規(guī)爆破周邊眼間距的1.6倍～2.5倍，因此對圍巖的爆破影響顯著降低，提高圍巖的穩(wěn)定性。

4)降低超欠挖。常規(guī)光面爆破常常出現(xiàn)超欠挖問題，本項目采用常規(guī)光面爆破時超欠挖控制效果一般，偶爾會出現(xiàn)欠挖補炮或者超挖掛網(wǎng)補噴，采用聚能水壓光面爆破技術后，超欠挖控制得到了極大的改善，不存在補炮或者掛網(wǎng)補噴的現(xiàn)象，對后續(xù)施工提供了可靠保障。

5)節(jié)約炸藥用量。根據(jù)爆破后統(tǒng)計，聚能水壓爆破每立方米炸藥用量約為0.8 kg，常規(guī)爆破每立方米炸藥用量為0.9 kg，每立方米可節(jié)約炸藥用量11%，每循環(huán)進尺可節(jié)約炸藥用量31.5 kg。

聚能水壓爆破平均每循環(huán)進尺3.55 m，常規(guī)光面爆破平均每循環(huán)進尺3.37 m，相比較而言，聚能水壓爆破平均每循環(huán)增加進尺18 cm，并且爆破效果得到了極大的提高，最直觀的就是半眼痕保留率提高了，光爆炮眼的半眼痕很大程度上得以保留。

5 結論

1)相比于光面爆破，聚能水壓爆破技術可僅于周邊眼爆破掘進，周邊眼處能夠節(jié)約11%的炸藥，進而達到降低成本的作用。

2)僅在周邊眼采用聚能水壓爆破，炮眼保存率明顯高于傳統(tǒng)光面爆破，半眼保存率達到84%，也能取得良好的爆破效果。

3)周邊眼采用聚能水壓爆破技術在減少超欠挖的同時，一定程度上提高了每循環(huán)進尺。