向忠寶

（中交一公局集團(tuán)西北工程有限公司， 陜西 西安 710100）

0 引言

常規(guī)隧道爆破技術(shù)成熟，應(yīng)用范圍廣，但存在炸藥能量利用低、環(huán)境污染嚴(yán)重等不足[1]。隧道技術(shù)工作者不斷探索新的爆破技術(shù)，水壓爆破作為一項(xiàng)新技術(shù)最先被中國學(xué)者何廣浙提出[2]，并逐步應(yīng)用地鐵、公路及鐵路等隧道工程實(shí)施中[3]。前期室內(nèi)爆破試驗(yàn)表明，同樣的裝藥量和炮眼位置，水壓爆破較常爆破切向拉應(yīng)變提高13%以上，提高炮眼利用率及進(jìn)尺長度[4]。工程實(shí)踐表明，水壓爆破在提高了炸藥能量利用率，提高了施工效率，提高每循環(huán)進(jìn)尺，降低了粉塵濃度，改善洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，保護(hù)了隧道掘進(jìn)作業(yè)人員的身心健康，存在“三提高一保護(hù)”明顯的優(yōu)勢(shì)[5]。隧道開挖施工中采用水壓光面爆破技術(shù)，既可提高爆破成形效果，又能滿足工期要求[6]。為進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)形式，論文以鐵路隧道水壓光面爆破施工為例，跟蹤了水壓光面爆破與常規(guī)爆破二者的實(shí)際進(jìn)尺長度、炮眼利用率、裝藥量、單位炸藥用量、圍巖平均炮痕保存率及爆破后的粉塵濃度等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而為同類工程的技術(shù)方案比較及工程實(shí)踐提供借鑒。

1 水壓爆破施工關(guān)鍵技術(shù)

隧道水壓爆破是在每個(gè)炮眼按先裝炸藥，在裝水袋，然后用炮泥進(jìn)行堵塞的爆破方法，水壓爆破的鉆孔數(shù)量，布眼方式，起爆順序，鉆孔深度都與常規(guī)爆破相同，不同的是增加了水袋，然后用炮泥機(jī)加工成的“炮泥”填塞。其基本構(gòu)造布置如圖1 所示。

1.1 水袋的制作

水袋是由KPS-60 型水袋自動(dòng)封裝機(jī)生產(chǎn)而成，采用高壓泵式容積法計(jì)量方式進(jìn)行灌裝，由凸輪機(jī)構(gòu)完成水袋自動(dòng)熱合封口。水袋機(jī)的外型尺寸97×36×100cm，整機(jī)功率0.68KW，電源為交流220V，50HZ，一小時(shí)可以生產(chǎn)500～600 個(gè)水袋。水袋為常用的聚乙烯塑料制成，袋厚為0.8mm 左右，塑料袋是由塑料加工廠加工而成的。

1.2 炮泥的制作

炮泥采用PNJ-1 型炮泥機(jī)制作而成，炮泥機(jī)重310kg，長1.71 米，寬0.59 米，高1.29 米。炮泥制作就地取材，成本低廉，通過調(diào)整配合比，保證炮泥有一定的強(qiáng)度，同時(shí)方便炮泥填塞過程易于搗碎，便于孔口封堵密實(shí)。炮泥以黏土為主，由水、砂、和粘土三種成分組成，三種成分的重量比例，粘土：砂：水為0.75：0.1：0.15。

1.3 裝藥結(jié)構(gòu)

光爆眼（周邊眼）間隔裝藥結(jié)構(gòu)：炮眼底部裝一節(jié)水袋→一卷炸藥→間隔60cm裝入半卷炸藥，采用導(dǎo)爆索（通常說的紅線）串聯(lián)，最后半卷炸藥離炮眼孔口80cm→裝入2 個(gè)水袋40cm→炮泥回填堵塞40cm 至炮眼口。此處需注意的是周邊眼最后半卷炸藥離炮眼口需控制在80cm。

非光爆眼（除周邊眼外的輔助眼、內(nèi)圈眼、掏槽眼）裝藥結(jié)構(gòu)：炮眼底部裝一節(jié)水袋→比常規(guī)爆破每個(gè)炮眼少裝一卷炸藥→將PVC 管插入后拿出量測(cè)炮眼中上部剩余長度，按照6 中采用“二分之一公式”和四舍五入的原則確定中上部需裝水袋個(gè)數(shù)（第一次裝藥時(shí)確定），裝入對(duì)應(yīng)數(shù)量水袋→炮泥回填堵塞至炮眼口。

1.4 水壓爆破技術(shù)控制要點(diǎn)

為使節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)能夠起到重要作用，必須嚴(yán)格按照“6 大要點(diǎn)”進(jìn)行控制，即回填堵塞的炮泥必須堵到炮眼口；炮泥必須采用木質(zhì)炮棍進(jìn)行堵塞；炮眼口堵塞炮泥長度不得小于40cm；最外面一節(jié)炸藥距離炮眼口距離控制在80cm；周邊眼間隔裝藥處必須采用水袋進(jìn)行間隔；填塞炸藥用的PVC 管必須有距離標(biāo)記。

2 水壓爆破技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

某新建鐵路，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，其中隧道工程8 座，長度13.26km，占全線總長度61%。針對(duì)本項(xiàng)目隧道比重大的特點(diǎn)，從改善洞內(nèi)施工環(huán)境，降低粉塵濃度，保護(hù)作業(yè)人員身體健康，縮短通風(fēng)時(shí)間，降低成本消耗等多角度出發(fā)，實(shí)施節(jié)能環(huán)保水壓光面爆破施工技術(shù)，效果顯著。以該工程為例，進(jìn)行了水壓爆破與常規(guī)爆破的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析。

采用節(jié)能環(huán)保水壓光面爆破后，最高循環(huán)進(jìn)尺達(dá)3.1m，平均循環(huán)進(jìn)尺3m；II、III 級(jí)圍巖炮眼痕跡保存率達(dá)90%以上（其中拱部為93%，邊墻為90%以上）；平均線性超挖控制在8cm 內(nèi)， 與常規(guī)爆破相比，光爆效果顯著提高，具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析如表1 所示。

表1 爆破效果對(duì)比分析

通過水壓爆破炮眼裝藥結(jié)構(gòu)的調(diào)整，炮眼底部水袋相當(dāng)于一卷炸藥的作用，而炮孔口距藥卷二分之一長度填塞水袋及炮泥堵口，因水有壓縮性極小，變形能低、熱能損失小特性，爆破時(shí)能較均勻的幾乎無損失的把能量傳遞到圍巖，充分提高炸藥能量利用率，其與常規(guī)爆破材料用量對(duì)比如表2 所示。

表2 單循環(huán)爆破器材用量對(duì)比表

由表2 可知，水壓光面爆破單循環(huán)可節(jié)省爆破材料費(fèi)用約 208 元，平均每循環(huán)進(jìn)尺增加0.2 米，且縮短了隧道通風(fēng)排煙時(shí)間，加快了隧道出渣作業(yè)時(shí)間。爆破時(shí)，炮眼中的水在高溫下被霧化，吸收了爆破產(chǎn)生氣體中的粉塵，起到霧化降塵作用，大大降低了粉塵對(duì)環(huán)境的污染，改善了洞內(nèi)空氣質(zhì)量，為監(jiān)測(cè)水壓爆破與常規(guī)爆破后隧道掌子面粉塵含量變化情況，保護(hù)作業(yè)人員健康。爆破后10min 對(duì)爆破中心范圍內(nèi)進(jìn)行了粉塵濃度連續(xù)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3 所示。由表3 可知，水壓光面爆破比常規(guī)爆破粉塵濃度最高降低了96.46%，降塵效果明顯。

表3 粉塵濃度監(jiān)測(cè)記錄表

3 小結(jié)

水壓爆破具有節(jié)省炸藥、加快施工進(jìn)度、縮短通風(fēng)時(shí)間、改善洞內(nèi)施工環(huán)境環(huán)境方面等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)文中的工程案例，相同的開挖斷面、炮眼布置和鉆孔深度下，水壓爆破循環(huán)進(jìn)尺每循環(huán)可提高0.2cm；炮眼利用率由常規(guī)爆破的81%可提高到93%，每循環(huán)節(jié)省炸藥約20kG，通風(fēng)排煙時(shí)間由原來的40 分鐘縮短為10 分鐘。