長大隧道聚能水壓光面爆破施工技術(shù)

葛偉

（中鐵建貴州建設(shè)有限公司，貴陽 550000）

1 工程概況

楊梅山隧道為單洞隧道，雙線布置，暗洞設(shè)計長度10 619m，采用鉆爆法掘進(jìn)。隧址內(nèi)主要為凝灰?guī)r地質(zhì)，Ⅱ級圍巖段落占比高，達(dá)到隧道總長的61.5%，爆破形式采用聚能水壓光面爆破。

2 聚能水壓光面爆破技術(shù)工藝原理

聚能水壓光面爆破技術(shù)主要在裝藥結(jié)構(gòu)和炮眼堵塞上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整【1】：（1）炮孔堵塞方面，常規(guī)爆破通常沒有堵塞，而水壓聚能爆破采用水袋和炮泥對炮孔進(jìn)行復(fù)合堵塞；（2）在炮眼中安裝了部分水袋代替部分炸藥；（3）周邊眼中增加聚能管裝置，以達(dá)到周邊眼間距加大、數(shù)量減半的目的。

周邊眼中裝填水袋和炮泥，在底部和上部炮泥間采用聚能管裝置起爆【2】。爆破時，聚能管中的聚能槽產(chǎn)生的射流溫度、壓力更高，能量損失更小；同時利用水的不可壓縮性，爆破產(chǎn)生的沖擊波更加強(qiáng)烈，爆破產(chǎn)生的巖石初始裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展延伸。由水袋和炮泥2 種材料組成的復(fù)合堵塞結(jié)構(gòu)，遏制了爆破能量損失，充分利用了炸藥的爆破能量。爆破后，水因?yàn)楦邷爻熟F化形態(tài)，可以有效地降低爆破產(chǎn)生的粉塵污染，通風(fēng)作業(yè)時間得以縮短。

3 聚能水壓光面爆破技術(shù)施工工藝

3.1 鉆孔

根據(jù)爆破設(shè)計方案中周邊眼位置，準(zhǔn)確計算每個周邊眼位置，測量人員需嚴(yán)格按照要求位置放樣，保證定位準(zhǔn)確，便于炮工施鉆時對照前排炮作為參考，保證炮眼施作的平行度和角度，避免出現(xiàn)較大炮茬。

炮工施鉆時應(yīng)根據(jù)當(dāng)前掌子面平整情況，合理確定炮孔施鉆深度，盡可能保證炮孔底部處于同一里程，炮孔底部水袋必須填裝到底，以便于達(dá)到水楔切割掌子面，增加爆破有效進(jìn)尺的目的。

3.2 炮泥制作

采用炮泥機(jī)制作炮泥，炮泥機(jī)外形輕巧，使用方便，易于操作，生產(chǎn)效率高。2 個人操作每小時可以生產(chǎn)炮泥400 個左右。炮泥制作材料主要以黏土為主，一般配合比為土∶砂∶水=0.75∶0.1∶0.15。采用電子秤精確稱重，確保配合比準(zhǔn)確。為提高炮泥制作效果，混合料需要提前1.5h 左右由人工拌勻軟化。加工的炮泥分節(jié)制作，直徑與炸藥直徑相同。炮泥一般于使用前1h 左右制作完成，并覆蓋塑料膜保濕。炮泥加工應(yīng)軟硬適中，并根據(jù)效果調(diào)整配合比，確保炮泥安裝時，既易于搗固，又不致流出炮眼，達(dá)到堵塞密實(shí)效果。

3.3 水袋制作

采用自動封裝機(jī)制作水袋，該設(shè)備原理簡單，僅1 人即可完成設(shè)備操作，每小時可以制作水袋500 個左右。設(shè)備的工作原理為利用體積法控制水袋裝水量，水袋利用凸輪機(jī)構(gòu)熱合封口。水袋采用強(qiáng)度大、袋壁抵抗變形能力大的呢絨袋制作，既不怕炮棍頂壓，炮孔中巖石也不易刺破。

水袋加工前應(yīng)先預(yù)熱10min 左右排出水管中的氣體，然后把水袋套在出水口上，自動灌水后即可封口完成。加工合格的水袋應(yīng)封口嚴(yán)密，無滲漏水，體型挺拔。成品水袋長度按照使用的炸藥長度控制，一般為20cm，直徑比炸藥直徑大3.5cm。

3.4 聚能管裝置

聚能管、炸藥、導(dǎo)爆索和定位圈4 部分組成聚能管裝置。聚能管外形尺寸27.96mm×20.71mm，管壁厚2mm；蓋片截面尺寸為寬19mm、高5.47mm，材質(zhì)為PVC 材料。炸藥采用通用乳化炸藥，炸藥截面與聚能管截面一致，每延米裝藥350～400g，圍巖發(fā)生變化時，裝藥密度需根據(jù)爆破設(shè)計參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。通過小型空壓機(jī)配合注藥槍往聚能管中注藥，導(dǎo)爆索起爆。

組裝聚能管在平整的工作平臺上進(jìn)行。首先需將炸藥的外皮沿長度方向切開，再裝入注藥槍；通過空壓機(jī)給注藥槍加壓一定壓力，壓力按照0.2MPa 控制，再把炸藥由注藥槍沿半壁管從頭到尾加入聚能管中；注好炸藥后往管中放置1 根導(dǎo)爆索，然后蓋上蓋片。聚能管兩端由定位圈和膠帶纏繞固定。

3.5 裝藥結(jié)構(gòu)

掏槽眼與輔助眼裝藥結(jié)構(gòu)相同。炮孔底部先裝填1 節(jié)水袋，然后裝入所需數(shù)量的炸藥；采用炮棍量測炮眼剩余的深度，剩余的深度除以水袋長度后四舍五入即為水袋裝填節(jié)數(shù)；最后將炮孔剩余部分裝填炮泥。

周邊眼裝藥時，先在炮孔底部先裝入1 節(jié)水袋，再裝入定制長度（一般為炮眼深度減去80cm）的聚能管裝置，聚能管裝置上部裝填水袋2 節(jié)，最后采用炮泥回填。

4 楊梅山隧道應(yīng)用實(shí)例

4.1 爆破設(shè)計概述

設(shè)計循環(huán)進(jìn)尺4.2m，采用3 排斜眼掏槽，角度分別為51°、53°、53°，長度分別為 1.78m、3.50m、5.22m；周邊眼深度4.2m，間距0.8m；輔助眼、底板眼間距1.0m，長度4.2m。

4.2 周邊眼間距確定

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計算及現(xiàn)場試驗(yàn)總結(jié)，周邊眼抵抗線與周邊眼間距比值（抵抗線/間距）控制在0.8～1.0m 爆破效果較好。

聚能水壓光面爆破是通過聚能槽沿輪廓面切線方向切割圍巖實(shí)現(xiàn)周邊眼間距加大目的，故在爆破設(shè)計時需根據(jù)隧道設(shè)計斷面不同部位的弧形半徑合理確定不同部位的周邊眼間距，控制最大超挖值，理論最大超挖值計算見式（1）：

式中，r 為開挖輪廓面半徑，取值700cm；d 為周邊眼間距，cm，取值80cm。

計算可得h 為4.6cm。

4.3 炸藥使用量計算及分配

楊梅山隧道Ⅱ級圍巖全斷面開挖單位炸藥消耗量計算參見式（2）：

式中，k0為修正系數(shù)，k0=2.02；f 為巖石堅固系數(shù)，取值 14；S 為斷面面積，取值125.47m2。

經(jīng)計算，q 為 0.742kg/m3。

周邊眼裝藥量通過經(jīng)驗(yàn)及爆破效果確定，其余炮眼單孔裝藥量按照式（3）計算：

式中，W 為抵抗線，m；E 為間距，m；L 為深度，m；λ 為所在部位系數(shù)。

楊梅山隧道聚能水壓光面爆破與常規(guī)光面爆破主要技術(shù)指標(biāo)對比參見表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)對比表

4.4 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

4.4.1 火工品成本對比

利用炮眼最底部的水袋代替1 節(jié)炸藥，同時減少周邊眼的數(shù)量，減少炸藥用量及周邊眼所用雷管，導(dǎo)爆索節(jié)約50%～60%，每開挖循環(huán)火工品材料節(jié)約450 元以上。

4.4.2 人工費(fèi)對比

利用炮眼底部水袋產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng)，切割掌子面，爆破后掌子面平齊，不留炮根，增加爆破有效進(jìn)尺。采用聚能水壓爆破，有效循環(huán)進(jìn)尺可提高20cm 以上。周邊眼間距可以加大到80～100cm，減少一半周邊眼數(shù)量，在保證施工效率不變前提下可減少作業(yè)人員數(shù)量，降低勞務(wù)成本。常規(guī)光面爆破時司鉆工人20 人，采用聚能水壓光面爆破后司鉆工人可減少3人，制作炮泥、水袋及聚能管裝置工人增加2 人，總體減少1 人，人工費(fèi)降低1 元/m3。

4.4.3 噴射混凝土用量對比

有效控制開挖輪廓的斷面尺寸和開挖面的平整度，輪廓面表面凹坑顯著減少，噴射混凝土使用量降低，每延米減少用量0.5m3以上，作業(yè)時間縮短，節(jié)約成本。

4.4.4 設(shè)備、機(jī)具使用電費(fèi)對比

降低洞內(nèi)粉塵污染和火工品氣味，提高了洞內(nèi)空氣質(zhì)量和濕度，縮短通風(fēng)作業(yè)時間15min 以上；同時，鉆孔和噴射混凝土的作業(yè)時間也有一定減少，節(jié)約電費(fèi)，電費(fèi)指標(biāo)降低1.56元/m3。

4.4.5 綜合經(jīng)濟(jì)效益對比

綜上所述，相對于常規(guī)光面爆破，聚能水壓光面爆破在火工品消耗、噴射混凝土節(jié)約、鉆爆人工費(fèi)降低、機(jī)械設(shè)備耗電費(fèi)用降低等方面均有較大經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計，隧道掘進(jìn)及支護(hù)每延米可節(jié)省約764 元。

5 結(jié)語

楊梅山隧道掘進(jìn)中采用的聚能水壓光面爆破技術(shù)在進(jìn)度、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面都取得了較好的效果，尤其是施工工效的提高將為控制性工程楊梅山隧道按期完工提供有效的保證，可為其他類似工程提供參考。