水壓爆破在軟巖隧道開挖中的應用

楊 志 芳

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

近年來，在我國經濟快速增長的帶動下，鐵路橋梁、公路、地下空間等基礎設施建設涉及到的巖石工程施工也越來越廣泛。而當前最常使用的方法就是工程爆破。水壓爆破作為當前工程爆破的一種施工技術，它不僅可以大幅度提升炸藥的利用率，保證施工效果，同時還能在維護周邊環境的同時，提高經濟效益，并為各類型隧道開挖提供了有力技術支持。基于此，相關企業需要正視水壓爆破在隧道施工中發揮的積極作用，并嘗試在軟巖隧道開挖中應用水壓爆破技術，不斷總結該技術的實際應用要點，以便于為今后類似軟巖隧道開挖施工提供參考依據[1]。

1 水壓爆破工藝特點及原理

1.1 水壓爆破工藝特點

與以往常規爆破不同的是，水壓爆破會在炮孔內增加水袋以及填堵炮泥。在使用時，利用水的不可壓縮特性，在炸藥爆炸產生的沖擊波作用下增加其能量，進而提升爆破效果。與此同時，炮孔內水袋中的水會在爆炸中形成水霧，用以發揮排煙除塵的作用。在實際施工中，水壓爆破技術的施工簡單易行，可操作性強，施工人員僅需要一臺塑袋灌裝封口機以及一臺炮泥機就可以制作水壓爆破所需的水袋以及炮泥，滿足爆破需求。另外，由于水壓爆破技術可以減少有害氣體以及粉塵的排放，改善作業環境，因此具有極高的推廣價值[2]。

1.2 水壓爆破的原理

我們可以從以下幾方面入手，對水壓爆破工藝的原理窺探一二：第一，眾所周知，炸藥在爆炸時一定會產生沖擊波，而這種沖擊波在水中的衰減速度要遠遠低于在空氣中的衰減速度。水壓爆破正是利用了這一點，在炮孔底部添加一定量的水袋，使炸藥爆炸產生的沖擊波可以通過水袋直接作用于巖石上，這一方面提高了炮眼的利用率，另一方面還有效減少了炸藥能量的損耗，對于巖石破碎有著巨大優勢；第二，當炸藥爆炸后，炮眼中的水袋也會產生“水楔”效應，并進一步對圍巖進行破碎，大大降低了由爆破產生的大塊率。另外，堵塞水袋在爆炸時會產生霧化作用，吸收周邊因爆炸產生的粉塵，有效降低空氣中的粉塵濃度，讓爆炸帶給周圍環境的危害降到最低；第三，不同于常規爆破，水壓爆破主要采用了炮泥加水袋堵塞，這不僅防止了炸藥能量的外泄，使其主要作用于周圍巖石上，提高爆破效率，同時還能適當減少炸藥的消耗，以達到提高隧道開挖經濟效益的目的[3]。

2 在軟巖隧道開挖中應用水壓爆破技術的方法

2.1 水袋的制作

在水壓爆破技術中，水袋占據著極其重要的地位，在制作水袋時需要注意以下幾點：第一，對制作材料的要求。水袋一般由聚乙烯塑料制作而成，并且根據施工要求制成一定規格。經過多次嘗試，直徑在35 mm、厚度在0.8 mm、長度在200 mm的水袋用作水壓爆破為宜。并利用自動灌水以及自動封口機進行制作，通常每小時可以加工制作500個～700個水袋；第二，水袋制作的技術要點。1)在開啟封口機之前，技術人員需要調節灌水定量；2)將機器后門打開，松開泵連桿端頭螺母，調節移位蝶形螺母就可以通過調節泵連桿滑塊左右位置，來獲得制作水袋所需的灌裝容量。順時針可以減少灌裝容量，而逆時針則相反；3)在調整完畢后需要將端頭螺母擰緊，避免因螺母松動而影響到灌裝容量，并對調整桿造成破壞；4)接通電源，在指示燈亮了之后，通過溫控調節器將封口溫度調節至220 ℃左右。如果綠燈變為紅燈，就說明當前封口溫度已達到調節溫度；5)在正式開始灌注封口前，技術人員需要先將主令開關打開，在機器運轉兩次后，確保計量泵內已吸滿水且空氣排出后，就可以將塑料袋用拇指與食指夾住，套在出料管口上，最后按下啟動開關，就可以完成水袋的自動灌注與封口[4]。另外，在水袋制作完畢后，需要加強對水袋成品的保護。將水袋整齊碼放在塑料筐中，口部朝上，每筐碼放100支水袋，既方便工人搬運，同時又便于水袋的統計與管控。

2.2 炮泥的制作

炮泥的制作需要按照一定的比例進行。如果制作時砂過多，則會影響到炮泥的成型；而如果砂過少則會導致炮泥的比重小。另外炮泥的制作對水的比例把控較為嚴格，水過多炮泥就會軟，不易搗固堅實；而水過少則起不到粘合以及降塵作用。因此，為了保證炮泥的制作質量滿足水壓爆破需求，相關施工企業需要根據當地特點，在施工現場周邊采取十組土樣，分別進行炮泥的制作，從中優選出一組土樣。在經過實驗檢測后，炮泥的制作比例通常為黏土∶砂∶水=0.75∶0.11∶0.14。在軟巖隧道開挖中，炮泥制作容易受自然氣候條件影響。所以，為了在旱季以及雨季實現對粉砂質黏土含水量的有效把控，需要在土樣含水量調整好后，利用塑料薄膜對土樣進行覆蓋保護。同時在施工期間隨時對土樣的含水量進行檢測，維持炮泥質量的穩定性。符合水壓爆破要求的炮泥應該表面光滑，用手指輕捏可留下指痕，這樣的炮泥不僅含有一定水分，同時也便于搗固。在炮泥制作完成后，如何存放保管炮泥也是一項重要工作。在前期炮泥加工完成后采用塑料筐存放，經過12 h之后，制作好的炮泥表面就會因失水而出現干縮，且硬度增大，在實際施工中很難與炮眼孔壁進行密貼[5]。除此之外，臨時加工炮泥通常很難滿足夜間施工需求，對此，為了在保證正常供應的基礎上，確保堵塞質量，可以專門準備一些密封箱以及保鮮膜，用以存放制作好的炮泥。在密封箱內覆蓋保鮮膜，并將密封箱置于室內，避免風吹日曬。通過這種方式，可以將炮泥的存放時間延長至3 d，且炮泥質量始終可以滿足水壓爆破需求。

2.3 炮孔裝藥結構

施工技術人員在按照設計孔網參數以及深度鉆好炮孔后，首先要將每一個炮孔內的殘渣清除干凈，必須要確保裝填前各炮孔的干凈整潔，以避免水袋在裝填過程中被炮孔內殘余渣滓扎破。然后在清理干凈的炮孔內先放置一支水袋墊底，之后根據設計要求的單孔裝藥量向炮孔內裝填炸藥。在炸藥裝好后裝填水袋，最后再裝填炮泥堵塞封口。其中，根據炮孔位置以及作用的不同，其炮孔裝藥結構也會存在一定差異，具體來說：

第一，掏槽眼。其主要采取連續裝藥結構，先將一支水袋墊底，之后裝填炸藥，再裝填2支～4支水袋，用炮泥進行堵塞封口，并用木棍堵緊炮泥；

第二，周邊眼。如果采取間隔裝藥結構，就需要先在孔底裝填一支水袋墊底，之后裝炸藥，炸藥要按照間隔裝藥布置，炸藥裝好后連續裝入4支水袋，最后堵塞炮泥至孔口，并用木棍搗實堵緊。而如果采取連續裝藥結構，則要在孔底墊入一支水袋后裝炸藥，炸藥裝好后連續裝入8支～10支水袋，最后堵塞炮泥至孔口，并用木棍搗實堵緊；

第三，輔助眼。其主要采取連續裝藥結構，先將一支水袋墊底，之后連續裝填炸藥，再裝填2支～4支水袋后堵塞炮泥至孔口，并用木棍堵緊炮泥[6]。值得注意的是，掏槽眼以及輔助眼等炮孔在裝藥堵塞時，必須要確保填塞密實。且各炮孔的實際裝藥量也應該根據圍巖的軟硬程度而定，軟巖要減少，而硬巖則要增加。周邊孔間隔裝藥要均勻。另外，在裝填水袋時，需要一袋袋利用炮棍輕輕捅入到炮眼內的相應位置。

2.4 起爆

水壓爆破的起爆網絡以及起爆順序，與以往常規爆破并無區別。其爆破網絡采取簇連接方式，而起爆則采用電容式非電毫秒雷管激發器。

3 在軟巖隧道開挖中應用水壓爆破技術的保障措施

3.1 從物資設備的角度來看

在軟巖隧道開挖施工中采用水壓爆破技術，每天需要消耗掉大量的水袋與炮泥。因此，為了避免因水袋、炮泥供應不及時造成的工期延長，必要時可以另外購置相應的封口機以及炮泥機。另外，為了確保水壓爆破可以有充足的水袋與炮泥作支持，應該專門安排兩間庫房作為加工存放水袋與炮泥的場所。同時購入足量的塑料箱、密封箱以及保鮮膜，以確保炮泥的含水量。

3.2 從安全的角度來看

第一，炮泥機的操作要規范。在炮泥機開機上料時，不可以利用工具隨意撥弄料倉中的物料，以免發生事故。只有在炮泥機完全停機后，才可借助工具對料倉壁以及攪拌翅上殘余的泥土進行清理。

第二，防范設備漏電。不管是水袋制作還是炮泥制作都需要水。所以，為了防止設備漏電，應該在灌封機與炮泥機通電前，用相關儀器設備對其進行檢查，確保其不存在漏電隱患。同時，對機械設備的檢測需要隨時做好記錄，并在需要時安設專用警示標志，以提高安全意識[7]。

第三，避免水袋漏水。在水壓爆破時，如果炮眼中的水袋有漏水問題，就會增加發生啞炮的概率。對此，在裝填水袋后，相關人員一定要控制好搗入炮泥的力度，不要用力過猛。如已出現啞炮問題，則要嚴格遵循相關安全規范進行處理。

第四，加強人員培訓。水壓爆破對于鉆爆作業人員的要求較高。因此，需要加強對鉆爆作業人員的專業技能培訓以及安全教育，敦促其始終按照設計要求進行爆破施工。在培訓中要強調，炮眼最底部的水袋一定要裝入炮眼的最底部，不能留有絲毫空隙[8]。并且水袋與炸藥、炸藥與水袋、水袋與炮泥之間的銜接一定要緊密。搗固炮泥則應選用類似鐵鍬把、直徑在30 mm、長度約為1 m的木棍，以確保搗固質量。

4 結語

水壓爆破作為一種操作簡單、適用范圍廣的爆破方式，將其應用于軟巖隧道開挖施工中，可以達到改善作業環境、有效節約炸藥、提高施工效率以及節能減排等效果。所以，相關施工企業需要加大對水壓爆破技術的研究實踐力度，不斷提高水袋與炮泥的制作質量與安裝效率，從而在保證爆破質量的前提下，縮短軟巖隧道的開挖循環進度，降低成本，并為今后同類型工程施工建設提供參考。

參考文獻:

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[2] 崔文輝.水壓爆破在城市地鐵隧道施工中的應用[J].城市建設理論研究(電子版),2015(15)：67-69.

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[4] 戴潤軍,王 哲,周 昆.水壓爆破在軟巖隧道開挖中的實踐應用[J].交通節能與環保,2017,13(1):84-87.

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[7] 馬騰飛,李樹忱,周建芳.六盤山軟巖隧道水壓爆破優化技術[J].科技創新與應用,2017(13):208-209.

[8] 李 健.水壓爆破在地鐵施工中的運用[J].山西建筑,2017,43(12):154-155.