論隧道掘進(jìn)水壓爆破施工技術(shù)

王國豐

摘要 隧道掘進(jìn)水壓爆破在不同圍巖條件下的傳遞效率不同，故在隧道掘進(jìn)過程中，須針對不同地質(zhì)圍巖條件和不同圍巖裂隙發(fā)育條件，進(jìn)行爆破設(shè)計?；诖耍恼乱阅掣咚俟匪淼朗┕ろ椖繛槔?，對隧道掘進(jìn)水壓爆破施工技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合不同地質(zhì)圍巖條件下隧道掘進(jìn)水壓爆破工藝原理及設(shè)計進(jìn)行分析，提出了相關(guān)施工操作要點，并對水壓爆破技術(shù)的效益進(jìn)行綜合分析。

關(guān)鍵詞 隧道掘進(jìn);爆破設(shè)計;炸藥用量;水袋用量;爆破效率

中圖分類號 U455.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0148-03

0 引言

隧道掘進(jìn)采用水壓爆破施工技術(shù)，相比常規(guī)爆破施工，尤其對于隧道圍巖裂隙發(fā)育區(qū)域，爆破效率更高;水壓爆破會產(chǎn)生“水楔”效應(yīng)，減少了對環(huán)境的污染，降低了對施工人員的傷害;水壓爆破工藝易操作，成本低，爆破效率高，具有較高的實用價值和良好的推廣應(yīng)用前景[1-2]。

1 工程概況

某高速隧道為全線重點控制性工程，全長1 340 m，處于巖溶性白云層地質(zhì)，圍巖等級為Ⅲ～Ⅴ級，裂隙較為發(fā)育，依托此項目的工程實踐，針對傳統(tǒng)爆破施工和水壓爆破施工的效果，分別進(jìn)行了試驗。試驗結(jié)果顯示，水壓爆破在節(jié)省炸藥、加快進(jìn)度、提高經(jīng)濟(jì)等方面效果顯著。

2 工藝原理

隧道掘進(jìn)水壓爆破采用水袋間隔裝藥的方式，工藝原理為：

（1）爆炸沖擊波在水中傳播衰減量少，傳遞效率高，且爆破時水不會產(chǎn)生塑性流動和過粉碎，同時，炮泥加水袋堵塞，避免炸藥能外泄，爆破效果更佳。

（2）炮眼中的水袋，在炸藥爆炸的作用下，會產(chǎn)生“水楔”效應(yīng)，爆炸時水袋霧化，吸收粉塵，減少環(huán)境的污染，減少了隧道爆破后通風(fēng)時間，加快了每循環(huán)施工進(jìn)度，且降低了對施工人員的身體傷害[3]。

（3）水壓爆破減少了爆破震動對圍巖的損害，隧道開挖輪廓線成型良好，爆破后浮石少，有利于頂板安全，渣石塊度均勻，加快了裝渣速率，加快施工進(jìn)度。

（4）依據(jù)隧道掘進(jìn)水壓爆破在不同圍巖條件下的傳遞效率不同，在隧道掘進(jìn)過程中，針對不同地質(zhì)圍巖條件和不同圍巖裂隙發(fā)育條件，進(jìn)行爆破設(shè)計，設(shè)計不同重量的水袋、藥卷和裝藥方式組合。

3 施工技術(shù)要點

3.1 施工準(zhǔn)備

進(jìn)行技術(shù)交底和放樣測量，材料與設(shè)備見表1及表2。

3.2 爆破設(shè)計

對不同圍巖條件分別進(jìn)行常規(guī)爆破和水壓爆破設(shè)計;隧道水壓爆破炮眼中增加了水袋和炮泥，且依據(jù)不同類型的炮眼，設(shè)計裝入不同重量的水袋和藥卷，且水袋的排布位置不一樣，水袋0.3 kg/袋，爆破設(shè)計參數(shù)見表3～5所示。

3.3 鉆眼及成孔檢查

鉆眼：按照爆破設(shè)計的孔位，采用氣腿式風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，確保周邊眼有準(zhǔn)確的外插角，使兩茬炮交界處臺階不大于15 cm;鉆眼完成后，嚴(yán)格成孔檢查，有不符合要求的炮眼重鉆，經(jīng)檢查合格后才能裝藥爆破[4]。

3.4 水袋加工及炮泥制作

3.4.1 水袋加工

（1）水袋制作工藝流程見圖1。

（2）水袋材料及設(shè)備：1）水袋為通用的聚乙烯塑料制成，能自動灌水、自動封口，水袋裝水規(guī)格為0.3 kg/袋;2）水袋加工設(shè)備為KPS-60型塑袋灌裝封口機(jī)。

3.4.2 炮泥制作

（1）炮泥制作工藝流程見圖2。

（2）炮泥主要采用黏土、砂和水拌和而成。炮泥配合比為：黏土∶砂∶水=（70～80）∶（8～10）∶（12～20）。

3.5 安裝炸藥、水袋及炮泥

裝藥須分片分組，雷管要“對號入座”，所有炮眼炮泥堵塞長度不小于20 cm。

（1）水壓爆破技術(shù)安裝炸藥、水袋及炮泥特點：1）在炮眼中增加了水袋和炮泥;2）對不同炮眼類型，設(shè)計裝入不同量的水袋，設(shè)計如表6所示。

（2）炮眼裝填順序：裝填水袋→炸藥→水袋→炮泥堵塞密實;依據(jù)爆破設(shè)計和不同炮眼類型，設(shè)計了不同量的藥卷和水袋。

（3）裝填水袋要逐袋裝入，水袋、藥卷、炮泥之間要適當(dāng)搗固以保持緊密[5]。

3.6 聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)及起爆

起爆網(wǎng)絡(luò)為復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，以保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性，非點炮人員撤離安全區(qū)后才能引爆。爆破后，如有瞎炮，需進(jìn)行專門處理，并分析原因，調(diào)整爆破設(shè)計。

3.7 通風(fēng)出渣

通風(fēng)采用壓入式，隧道出碴采用無軌運(yùn)輸方式。

（1）開挖洞身深度超過200 m開始通風(fēng)，大于500 m時再增設(shè)一臺風(fēng)機(jī)。風(fēng)管采用高強(qiáng)度、低摩擦阻力的新型風(fēng)管和密封性好操作方便的拉鏈?zhǔn)浇宇^[6]。

（2）常規(guī)爆破通風(fēng)至達(dá)標(biāo)，平均用時40 min，而水壓爆破只需20 min，能有效降低環(huán)境污染。

（3）隧道出碴采用無軌運(yùn)輸方式，配斗容3.5 m3裝載機(jī)兩臺裝碴，挖機(jī)清底，10 t自卸汽車6臺運(yùn)輸。

3.8 初期支護(hù)并進(jìn)入下一循環(huán)作來

在完成隧道開挖后，按設(shè)計要求立即進(jìn)行初期支護(hù)。然后進(jìn)入下一循環(huán)作業(yè)

4 效益分析

4.1 爆破效果分析

對不同圍巖等級（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）及兩種爆破方式分別進(jìn)行試驗，常規(guī)爆破和水壓爆破效果見表7。

（1）在同工況下，水壓爆破比常規(guī)爆破效率更高，且單位耗藥量更低，開挖輪廓線良好，爆破振動速度降低了44.7%，排煙時間為20 min左右，與常規(guī)爆破通風(fēng)排煙時間40～50 min，有明顯的提高，加快了每循環(huán)進(jìn)尺速度。

（2）對隧道水壓爆破進(jìn)行爆破設(shè)計，針對不同圍巖裂隙發(fā)育、不同圍巖條件，設(shè)計不同的炸藥用量、水袋用量和裝藥方式進(jìn)行裝藥組合，具體的組合方式見表2～5所示。

（3）圍巖Ⅳ、Ⅴ級圍巖，巖石破碎，水壓爆破更能夠充分利用爆破能，有效地提高爆破效率，節(jié)省炸藥，縮短通風(fēng)時間，加快進(jìn)度并改善洞內(nèi)施工環(huán)境。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖，主洞開挖面積是105 m2，設(shè)計炮眼深度3.3 m，常規(guī)爆破與水壓爆破經(jīng)濟(jì)性比較，主要增加了炮泥和水袋的費用，降低了10%的炸藥消耗量，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

超欠挖得到了有效控制，洞室成形規(guī)整、光滑，有利于圍巖穩(wěn)定，提高了防護(hù)能力，增加了施工安全性，減震效果明顯。

5 結(jié)論

綜上所述，水壓爆破效率高，尤其對于圍巖裂隙發(fā)育區(qū)域，減少了炸藥的用量，有較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

（1）依據(jù)不同圍巖條件，進(jìn)行爆破設(shè)計，設(shè)計不同重量的藥卷、水袋以及裝藥方式組合，得到最佳爆破效果，有效控制隧道超欠挖。

（2）隧道開挖輪廓線成型良好，爆破后浮石少，有利于頂板安全，渣石塊度均勻，加快了裝渣速率，加快施工進(jìn)度。

（3）“水楔”效應(yīng)，減少污染，加快施工進(jìn)度，降低對施工人員的身體傷害，尤其在裂隙發(fā)育區(qū)域更明顯。

（4）加工簡單，造價低，且操作方便;水袋、炮泥采用全機(jī)械化加工制作，可以保證制作質(zhì)量;水壓爆破施工操作與常規(guī)爆破施工相比，只需增加往炮眼中裝填水袋和用炮泥回填堵塞炮眼的工作，仍由開挖班組完成，不需增加勞動力。

（5）該施工技術(shù)，適用于所有隧道水壓爆破施工，特別是對于隧道圍巖破碎或裂隙發(fā)育區(qū)域，爆破效率更高。

參考文獻(xiàn)

[1]胡偉東. 城市軌道交通隧道掘進(jìn)過程中的水壓爆破施工技術(shù)[J]. 城市道橋與防洪， 2020（1）： 121-123+17-18.

[2]李愛軍. 隧道水壓爆破施工技術(shù)在長邯高速改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2019（21）： 116-119.

[3]陳斌， 黃嫚， 史寶童， 等. 水壓爆破技術(shù)在六盤山隧道施工中的應(yīng)用研究[J]. 公路與汽運(yùn)， 2017（1）： 188-190+200.

[4]東懷正. 隧道Ⅱ， Ⅲ級圍巖光面水壓爆破技術(shù)試驗研究[J]. 山西建筑， 2018（20）： 155-156.

[5]郝勁戈， 陳云瑞. 水壓爆破降塵機(jī)理研究[C]//. 北京力學(xué)會第二十八屆學(xué)術(shù)年會論文集（下）， 2022： 772-775.

[6]猶元揚(yáng). 水壓光面爆破在特長深埋隧道施工中的應(yīng)用[C]//. 2021年重慶市礦山學(xué)會年會優(yōu)秀論文集， 2021： 6-10.