水壓爆破技術在隧道施工中的應用

梁 永 玲

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

在隧道施工中，水壓爆破是一項開挖隧道洞體的創新技術。通過將炸藥置于受約束的有限水域內，利用水的能量傳遞性和不可壓縮性，將爆炸壓力均勻的作用于介質上，能顯著提高破碎效果，加快隧道掘進速度的先進爆破技術。

2012年，在山西中南部鐵路鋪子山隧道施工中，采用了水壓爆破技術，隧道洞體爆破效果良好。2015年，山西中部引黃工程部分標段采用了水壓爆破施工技術，有效的發揮了炸藥的能量傳遞，大大降低粉塵對環境的污染，取得了良好的環境保護效應，得到了廣泛的關注，進行了全系統的推廣和應用。

水壓爆破技術通過使用炮泥回填堵塞炮眼，有利于充分利用炸藥能量，使得爆破效率顯著提高，同時將爆破產生的粉塵大大降低，有利于保護施工人員身體健康。水壓爆破施工工藝適用于各類隧道施工，是隧道施工發展的趨勢。

1 水壓爆破與常規爆破的比較

在進行的隧道洞體施工中，常規爆破技術要達到圍巖破碎的目的，主要是依靠炮眼中炸藥爆炸產生的應力波及爆破氣體膨脹共同作用來完成。由于炮眼未進行回填堵塞，炸藥爆炸能量因壓縮炮眼中的空氣受到一定損失，爆炸生成的膨脹氣體會損失掉部分沖擊波。同時，爆破還會產生大量粉塵，嚴重污染作業環境。

在水壓爆破中，在炮眼中加入水袋，使用炮泥對炮眼進行回填堵塞，有利于圍巖破碎。沖擊波在水中傳播時，由于水具有的不可壓縮性，圍巖要承受幾乎不存在損失的爆炸能量。再者，水袋破裂產生水楔效應，能使得圍巖破碎率增加；爆炸水霧能將爆炸產生的灰塵、有害氣體等予以吸附，達到降塵效果。同時，采用炮泥回填堵塞炮眼，具有抑制膨脹氣體逃逸的作用，可有效利用膨脹氣體進行圍巖的二次破碎。

與常規爆破相比，水壓爆破解決了爆破污染環境和炸藥能量利用不充分兩大難題。與常規爆破進行比較，可以發現水壓爆破未增加工作量，具有相同的炮眼分布、數量和深度，且掏槽形式、

起爆時間順序及間隔也一樣。僅在于裝藥結構不同，水壓爆破裝藥時增添了水袋，炮眼使用炮泥進行了回填堵塞，見圖1，圖2。

進行的測試結果表明：在同樣裝藥量的前提下，水壓爆破要比常規爆破在炮眼底部的切向拉應變增大13%以上，有利于提高炮眼利用率及提高進尺。水壓爆破比常規爆破在炮眼中部和上部的切向拉應變增大7%～33%，可顯著提高巖石破碎度、降低大塊率。

水壓爆破能有效控制爆破振動。將其應用于城市暗挖隧道埋深淺、周邊管線及建筑物繁多等路段的施工，能有效減少對周圍環境的擾動，有效控制爆破巖石塊度，減少爆破粉塵濃度，具有常規爆破不可替代的作用與效果。

2 光面水壓爆破施工工藝

水壓爆破與常規爆破的區別在于裝藥結構。采用水壓爆破時，須在炮眼中一定位置裝入水袋，使用成品炮泥將炮眼口部搗填密實。本文以某隧道施工為例，介紹光面水壓爆破施工工藝。

2.1 水袋制作

須提前加工好炮泥及水袋。水壓爆破所使用的塑料袋，長200 mm，直徑35 mm，厚0.1 mm，有一定的強度。

采用KPS-60型水袋自動封裝機加工水袋，結構簡單，操作方便。先連接水管，用扎圈鎖緊為防進氣。將封裝機電源打開調節溫度至220 ℃，并預熱10 min。試運轉從出水口排除氣體，把塑料袋套在出水口上，一按電鈕水即可沖入袋中，隨之自動封口，水袋便加工成，見圖3。

2.2 炮泥制作

制作炮泥材料主要是水、黏土和砂。采用普通黏土即可，最大顆粒為10 mm，要求含水量不超過8%，干燥、潔凈。采用干凈細砂，河砂最好，要求含水量不超過3%。在進行制備前，對黏土和砂進行過篩處理，將其中的小石子、草根等雜質予以清除。

加工前一天，按土∶砂∶水=0.75∶0.1∶0.15攪和均勻，第二天制作成的炮泥比臨時拌和的柔韌性更好。

炮泥采用PNJ-A型炮泥機加工而成，結構簡單，操作方便，生產的泡泥規格統一，質地均勻，不斷裂。

為提高炮眼封堵質量，將產生的明火有效減少，成品炮泥須軟硬適中，表面光滑。因此，要求加工完畢的炮泥放置時間不宜太長，最好在使用前1 h～2 h制好，以免失水變硬。放置時間較長時，可在炮泥外包裹塑料薄膜，或放置在陰涼處，用濕土工布完全覆蓋保存，見圖4。

2.3 裝藥

按設計要求，依裝藥次序分別將一定數量的水袋、炸藥裝入炮眼中，再用炮泥將炮眼口堵塞密實。

炮眼定位。隧道的軸線與圓心使用全站儀測定后，開挖輪廓線使用紅油漆在掌子面上標出，再畫出炮眼位置。須精確定位周邊眼和掏槽眼位置。

隧道出口正洞，每循環設計進尺即垂直打眼均為3.5 m。

周邊眼裝藥步驟，先將一個水袋裝入炮眼最底部，再按一定間隔裝入一定數量的炸藥卷，要求離炮眼口最近的半卷藥卷應在1 m以內，將炮眼中裝填2個水袋后，最后將炮眼口使用炮泥堵塞密實。裝填結構如圖5所示。

掏槽眼、輔助眼、底板眼等裝藥步驟：先往炮眼最底部裝一個水袋，須把水袋裝填到底，隨之裝藥卷，藥卷數量要比常規爆破少一節，最后用炮泥堵塞炮眼口。裝填結構如圖6所示。

2.4 起爆

為確保起爆網絡的可靠性和準確性，起爆方式采用孔外簇聯、孔內延期微差的方法，使用并聯方式聯接各引爆雷管，專人對聯接點是否牢靠進行檢查，要求不能打結和拉細導爆管。

為確保爆破后的效果，為其他炮孔提供臨空面，要求先從掏槽眼開始起爆，一層一層向外輔助眼進行，最后是周邊眼、底板眼。

網絡聯好后，設置的專人復核無誤，且按要求做好各項安全防護措施后，方準起爆。

2.5 爆炸效果

爆破后通風10 min效果見圖7。

與常規爆破相比，隧道掘進水壓爆破能顯著提高炸藥能量利用率，具有提高施工進度，提高經濟效益的技術優勢。爆破后的巖石破碎度提高，縮短爆堆長度，有利于加快清渣進度。光爆質量顯著提高，半眼痕保留率達90%以上。粉塵濃度下降了67%，大大改善作業環境，保護施工人員健康。

3 應注意的問題

在施工中，為確保施工質量，應采取以下幾方面的控制措施：

1)在使用水壓爆破前，要對所有施工人員進行操作安全培訓。

2)在清孔過程中，要嚴格按設計要求仔細的進行炮眼清洗，須清理掉有棱角的碎石，以免劃破水袋漏水導致炸藥失效。

3)制備好的成品水袋要堅實挺拔，封口密實，方便裝填，不得出現漏水。

4)制備好的成品炮泥應軟硬適中，用手輕捏出現略微變形即可。炮泥太軟，在搗固時容易擠壓出炮眼口；硬了搗固時不易搗碎，堵塞不堅實。

5)須嚴格控制炮泥回填堵塞長度。為充分發揮炮泥效果，炮泥堵塞長度應不小于水袋長度。

6)裝藥過程中，使用PVC管向炮眼內送藥及水袋，PVC管頭部需用膠布包裹，防止送藥過程中將水袋破壞。

7)裝藥完畢后，應確保水袋、炸藥和炮泥之間應連接緊密，一定要搗固密實，確保能量被充分利用。

8)為增強爆破效果，一般隔段使用毫秒雷管，以有效確保各炮眼間的起爆時差。

4 結語

在隧道洞體開挖過程中，采取了節能環保的水壓光面爆破技術，具有提高循環進尺、提高光面爆破效果、提高炸藥利用率的優勢，還能減少洞碴大塊率、減少對周邊圍巖的擾動、降低粉塵含量，實現了文明施工，符合綠色施工的要求。在我國的隧道掘進施工中，進行水壓爆破技術的大力推廣和應用，對提高隧道施工安全，保護施工人員安全具有重要意義。

[1] 馬加存.關于隧道水壓爆破的應用與研究[J].工程技術(全文版)，2016(12):72-73.

[2] 穆俊紅.隧道掘進中水壓爆破技術的應用研究[J].工程技術(全文版)，2015(12):66-67.

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