聚能水壓光面爆破技術在隧道施工中的應用

■林燕祥

(福建第一公路工程集團有限公司，泉州 362600)

1 工程背景

九峰隧道在III級圍巖段的掘進過程中，起初采用傳統的常規光面爆破施工方法，光面效果差、施工進度緩慢、超欠挖控制不滿足要求等，項目部經過對該施工方法進行多次總結和改進，但效果甚微，最后引進一種叫聚能水壓光面爆破的新方法，經過一段時間的摸索和應用，傳統的常規光面爆破施工方法存在缺點均得到了較好的改善。

福建第一公路工程集團承建的廈蓉高速公路擴建工程A5合同段九峰隧道，右洞Ⅲ級圍巖起訖樁號為YK139+200～YK139+870，長 670m；左洞Ⅲ級圍巖起訖樁號 ZK139+224.44～ZK139+890，長 665.56m，施工過程中采用全斷面開挖。隧道Ⅲ級圍巖性為微風化變質細砂巖、變質粉砂巖、變質泥巖相間的巖性組合。節理裂隙較發育且具層理308°∠30°，巖體較破碎-較完整。富水性差，水量貧乏。

2 聚能水壓光面爆破原理

聚能爆破炮眼裝藥結構與常規光面爆破不同，其炮眼底部先安裝特制的水袋，接著安裝制作好的聚能管，炮眼上部再裝水袋，炮眼口用特制的炮泥堵塞，最后接上起爆雷管。起爆瞬間，巖石中產生徑向壓應力和沿周邊眼輪廓線兩側產生高集中性拉應力，拉應力大小超過了巖石的抗拉強度，使巖石周邊眼輪廓線方向產生光面裂縫，應力波產生后緊跟著聚能槽產生的高壓射流、水袋產生的“水楔效應”以及爆炸產生的高溫高壓氣體的靜力作用，促使巖石裂縫進一步擴展加大，達到光面爆破的效果。

3 聚能水壓光面爆破施工技術

3.1 主要施工工藝流程

施工準備→超前地質預報→爆破設計→測量放樣、炮眼定位→鉆孔、清孔→炮泥、水袋制作→聚能藥槽制作→水袋安裝→聚能管安裝→水袋安裝→炮泥堵塞→連線、檢查、起爆→通風、排塵、排險→爆破效果檢查→出渣、初期支護。

3.2 施工控制要點

3.2.1 爆破設計

聚能水壓光面爆破技術布孔與常規光面爆破完全一樣，鑿巖工具和工藝均無變化。不同之處在于周邊孔的間距，常規光面爆破40～50 cm，聚能水壓光面爆破周邊孔間距布置80～100cm，起拱線、圍巖節理發育處可根據現場情況適當縮小孔間距。九峰隧道出口段左右洞Ⅲ級圍巖主要為微風化變質細砂巖、變質粉砂巖、變質泥巖相間的巖性組合，節理裂隙較發育且具層理，根據現場實際圍巖情況，周邊眼間距布置定為80～100cm。

3.2.2 炮泥、水袋制作

炮泥應嚴格按照配合比進行制作，否則含砂量過多的話炮泥成型差，過少的話比重就小。水量要適中，過多造成炮泥太軟，難以振搗堅實，過少難以粘結。經現場試驗，三種成分的質量比為：黏土∶砂∶水=0.75∶0.09∶0.16；水袋使用YH-8040塑袋灌裝封口機制作，水袋長度20cm，寬4cm。水袋要采用圓頭水袋減小摩擦力，防止水袋損壞，便于安裝，水袋不要裝滿，應保證在其容量的90%左右。

3.2.3 聚能藥槽制作

聚能藥槽的制作需往半壁管注藥，利用注藥槍和空壓機等設備，注藥槍長45cm，重0.8kg；小型空壓機功率600W，重19kg，排氣壓力0.8MPa(實際使用中0.6MPa打藥效果最佳)。

圖1 炮眼設計圖

從藥卷的一端沿藥卷縱向把包裝皮切開，然后兩藥卷沿縱向切開面合并并裝入注藥槍筒中，最后擰緊旋轉蓋；接著給注藥槍加壓至0.6MPa；緊接著手握注藥槍沿聚能半壁管從頭到尾慢慢移動，炸藥就從槍口連續不斷流入半壁管中，以剛好填滿半壁管為準。注好炸藥后兩個半壁管相扣之前，在其中一片半壁管中通長放置一根導爆索，然后合并裝在一起，為確保聚能管裝置中的聚能槽對準隧道輪廓面以防止轉動，應用絕緣膠布在聚能管裝置上纏繞幾處，并在兩端套上塑料橡圈，這樣聚能管基本就組裝好。值得注意的是，為了安全，在聚能管裝置組裝房內不得安裝起爆雷管，待運到掌子面裝藥前再安裝。

圖2 聚能管截面尺寸

3.2.4 裝藥

先在炮孔最底端安裝一個水袋，水袋務必裝到炮孔的最底端，不能留有縫隙；接著安裝聚能管裝置，聚能管長2.5 m，是炮孔深度的70%，聚能管頭部插上一節有導爆管雷管的加強起爆藥包，然后聚能管裝置頭要緊挨著炮孔最底端的水袋，聚能槽要與輪廓面一致，特別要注意千萬不能裝錯；緊接著再往炮孔中安裝兩節水袋；最后再用加工好的炮泥回填填塞一直到炮孔口，用木質或竹制炮棍搗實炮泥，起到填塞密實的作用。所有炮孔裝填完后，像常規光面爆破那樣連線起爆。

圖3 裝藥結構示意圖

3.2.5 連線、檢查、起爆

起爆網路采用復式聯結網路，每一簇即“一把握”，導爆管在自由端15cm以上處，安裝2個引爆雷管，各簇導爆管在自由端10cm以上處安裝2個引爆火雷管，各聯結均采用黑膠布包扎，以保證起爆的可靠性和準確性。聯結時注意：導爆管不能打結和拉細；各炮眼雷管連接次數相同；網路連接好后，要有專人負責檢查。爆破現場負責人在警戒工序結束，經確認警戒區內人員、設備均已撤離警戒區，警戒人員到崗做好安全警戒后，發出第二次警報并以倒計時數秒的方式發出“起爆”命令，爆破員操縱擊發槍(或起爆器)起爆。

3.2.6 通風、排塵、排險

爆破后隧道內的粉塵及有毒有害氣體濃度較大，需要15min左右的時間進行排塵，將爆破煙塵和有毒有害氣體的濃度降至安全允許的范圍內。如果在驗炮時發現工作面的風筒脫節或損壞而不能使工作面的煙塵很快吹散時，驗炮人員應首先對通風設施進行處理。然后進行危石，啞炮等排險。

3.2.7 爆破效果

爆破后，通過現場檢查，采用聚能水壓光面爆破比之前常規光面爆破的光面效果明顯好轉，且通過儀器測量斷面，超欠挖控制效果良好。

4 結語

新引進的聚能水壓光面爆破的施工方法明顯提高了光爆效果，減少鉆孔數量，改善了爆破后的工作環境，降低了粉塵，減小了噪音，減少了對周邊居民的影響，而且進尺比常規光面爆破平均多20～30cm左右。該項技術不僅節能環保，而且取得較大的經濟與社會效益，可值得借鑒和推廣。