城市景區(qū)隧道水壓爆破試驗(yàn)研究及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

陳燕青CHEN Yan-qing；王建望②WANG Jian-wang；李利強(qiáng)LI Li-qiang；張鋒ZHANG Feng

（①中鐵一局集團(tuán)有限公司，西安710055；②延安大學(xué)，延安716000）

0 引言

這種水壓爆破法相對以往的來說其優(yōu)點(diǎn)是可以較快的擊碎巖石，同時還可以降低灰塵，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的作用，使用該裝置時在炮眼中加入適當(dāng)?shù)乃@就是水壓爆破區(qū)別于其他爆破方式的點(diǎn)，注水的同時，用特殊材料研制的泥炮來堵住炮眼，由于水和泥炮的作用，增強(qiáng)了爆炸時產(chǎn)生的波，從而產(chǎn)生更大的力震碎石頭，爆炸產(chǎn)生的氣體也比普通爆破產(chǎn)生的氣體多，由此達(dá)到降塵的效果。

1 工程概況

這次爆破的的隧道名叫紫之隧道，爆破地點(diǎn)位于隧道的東線上面，里程K5+017～K6+845，隧道長度1828m，處于西湖西山國家森林保護(hù)區(qū)內(nèi)，毗鄰景區(qū)游步道，對工程爆破防護(hù)和有害效應(yīng)控制要求較高。這次需爆破的路段巖石主要是粉砂巖和細(xì)砂巖，這兩種巖石性質(zhì)較松，容易爆破。由于爆破地點(diǎn)在景區(qū)，需要考慮環(huán)保等等因素，所以采用水壓爆破的方式進(jìn)行爆破，團(tuán)隊(duì)針對該地區(qū)的巖石情況設(shè)計爆破方案，經(jīng)過勘測表明，該地區(qū)圍巖斷層深埋，再加上巖石破碎等等，采用臺階式開挖，開挖循環(huán)進(jìn)尺3m。

2 水袋、炮泥的加工

由于這種水壓爆破方法的可靠性，爆破過程中用到的水和炮泥就顯得十分重要了，所用到的水袋是根據(jù)爆破時的炮口的大小特別定制的，爆破時根據(jù)需要現(xiàn)場制作，而泥炮則是采用黃土和泥沙配比調(diào)制而成的。

2.1 炮泥加工

制作泥炮的機(jī)器是河南鄭州某廠的泥炮機(jī)，隧道爆破現(xiàn)場的管口直徑為40mm，所以我們制作的泥炮直徑應(yīng)該略小于這個直徑，大概在36mm 到38mm 之間，制作泥炮的泥土可以根據(jù)爆破地點(diǎn)就地取材，不過前提是要將泥炮中的雜質(zhì)過濾出去，大小顆粒物均清除干凈，然后灑水保濕，保持兩三天后再根據(jù)不同的土質(zhì)調(diào)整泥土濕度，再將合適濕度的泥土制作成泥炮。

圖1 炮泥機(jī)加工泡泥

2.2 水袋加工

水袋的加工過程也十分重要，加工過程如下：同泥炮制作一樣，水袋制作也需要注意直徑的大小，水袋外面塑料層的制作是根據(jù)管口直徑特殊定制的，爆破現(xiàn)場使用時還要采用封口機(jī)和灌水機(jī)進(jìn)行封口和灌水，灌水之前將管道中的空氣排干凈再灌水，用封口機(jī)進(jìn)行塑封。封口機(jī)用的是浙江溫州某廠的塑封機(jī)，還有要注意的是，灌水的時候盡量灌得飽滿。

具體的泥炮和水袋的數(shù)量和尺寸還要根據(jù)現(xiàn)場施工的具體情況來定，制作泥炮和水袋使用的機(jī)器也要根據(jù)現(xiàn)場的情況進(jìn)行安裝。要保證爆破現(xiàn)場的施工持續(xù)穩(wěn)定，要對加工水袋泥炮的加工工人進(jìn)行培訓(xùn)，以保證施工的持續(xù)進(jìn)行。

圖2 水袋封口機(jī)

3 爆破試驗(yàn)

進(jìn)行正式隧道爆破之前必須要進(jìn)行爆破實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是盡可能的優(yōu)化爆破結(jié)構(gòu)，達(dá)到保護(hù)環(huán)境和節(jié)約材料的作用。

圖3 水袋封口機(jī)加工水袋

圖4 加工完成水袋

優(yōu)化方案如下：

①改變裝藥量，改良后的水壓爆破與傳統(tǒng)的爆破相比爆破裝置的結(jié)構(gòu)上面沒有變化，僅僅是把藥量減少了，在炮眼中加入水袋，并且在炮筒尾部用炮泥填充。

②裝藥結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，改變后的裝藥結(jié)構(gòu)如圖5 所示，結(jié)構(gòu)變化為從原來沒有水袋和泥炮的結(jié)構(gòu)變化為：在炮筒中間添加水袋，炮筒尾部添加泥炮，填裝順序依次為水袋、藥卷、水袋、泥炮。

③爆破強(qiáng)度和炮筒中填裝藥的劑量有很大關(guān)系，由此，配比出合適的劑量尤為重要，首先測量炮筒長度，根據(jù)炮筒長度計算出所需要的裝藥量，按照途中的炮筒長度依此填充藥、水袋、泥炮等等。計算裝藥量這步工作在實(shí)驗(yàn)過程中計算好了實(shí)際爆破時就不需要進(jìn)行此步驟了。

圖5 裝藥結(jié)構(gòu)

圖6 安裝水袋

④爆破參數(shù)及爆破效果對照見圖7、表1、表2。

圖7 上臺階爆破參數(shù)圖

進(jìn)行的爆破實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，實(shí)驗(yàn)中的水壓爆破法減少了炸藥的使用量，一定程度上降低成本，由于水袋作用，爆破后的粉塵減少，保護(hù)了景區(qū)的環(huán)境，同時排煙和出渣減少，提高了炸藥的利用率，提高了使用效率。（表3）

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)表明，這種水壓爆破的爆破方式，可以節(jié)約6.7%的炸藥用量，由于爆破是循環(huán)進(jìn)行的，由此，每次循環(huán)炸藥量可節(jié)約9.2kg。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析對比

4.1 技術(shù)指標(biāo)

這次實(shí)地爆破的紫之隧道采用普通的爆破方式的數(shù)據(jù)在正常進(jìn)行爆破時隧道深度為3.5m，每循環(huán)實(shí)際進(jìn)尺為2.95～3.05m，平均每循環(huán)進(jìn)尺為3.01m，炮眼利用率僅為86%。每一循環(huán)平均實(shí)際用藥量為136kg，實(shí)際單位用藥量為0.62kg/m3。爆破的巖石最大塊度為100cm，爆堆長36.7m。爆破后粉塵濃度平均為17.3mg/m3。

表1 常規(guī)爆破參數(shù)及爆破效果統(tǒng)計表

表2 水壓爆破參數(shù)及爆破效果統(tǒng)計表

采用水壓爆破后，一循環(huán)平均用時基本無變化。對比于普通爆破，水壓爆破多了加水袋和添加炮泥的時間，使水壓爆破的整體時間延長了，但排煙等待和出碴時間縮短，延長時間和縮短時間基本相當(dāng)，互相抵消。

水壓爆破每循環(huán)平均進(jìn)尺3.28m，炮眼利用率達(dá)94%。每一循環(huán)平均實(shí)際用藥量為126.8kg，實(shí)際單位用藥量為0.58kg/m3，單位耗藥量比常規(guī)爆破降低了4%。水壓爆破后空氣中的粉塵濃度大大降低了，較常規(guī)來說達(dá)到了45%左右。

4.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

紫之隧道的爆破工程添加了水袋和泥炮，節(jié)約了炸藥的用量，每次爆破可以節(jié)省炸藥9.2kg，一共節(jié)約費(fèi)用991元（33.67×0.27×（73+36）+9.2×12.9=1109.6 元），節(jié)約的炸藥費(fèi)用扣除了水袋和泥炮的費(fèi)用還可節(jié)約220.9 元

表3 上臺階水壓爆破前后開挖情況對比表（鉆眼深度3.5m）

按此計算，東線2#隧道剩余的1600m（有拱架800m，無拱架800m），可以節(jié)省費(fèi)用35.3 萬元；1600m 可少鉆爆44 個循環(huán)（1600/3.01-1600/3.28=44），縮短施工時間28d其中1180 為有拱架1 循環(huán)時間，660 為無拱架1 循環(huán)時間）。

5 試驗(yàn)總結(jié)

綜上所述，對水壓爆破方式進(jìn)行了多方面的測試，相對于普通的爆破方式，水壓爆破有顯著的優(yōu)勢，炸藥利用率提高了，粉塵大大降低了，工人的工作環(huán)境改善了，爆破時對周圍不需要爆破的巖石影響較小，工作效率提高了，降低成本，保護(hù)環(huán)境。

綜合比較水壓爆破的優(yōu)點(diǎn)，這是一種值得推廣的爆破方式，提高炸藥的利用率，降低了粉塵，保護(hù)環(huán)境。

6 試驗(yàn)存在問題

①在試驗(yàn)過程中，由于工人對水袋和泥炮加工的機(jī)器操作不熟練，需要邊加工邊調(diào)試機(jī)器，導(dǎo)致水袋和泥炮的生產(chǎn)效率不高，由于加工時長增加了，工人逐漸熟練，一個工人一小時可以生產(chǎn)水袋300 條，一個工人一小時可以生產(chǎn)200 條泥炮可以四個掌子面的施工。

②在技術(shù)問題完全過關(guān)的前提下，爆破安裝工人有沒有完全按照施工圖紙裝藥也是施工過程中的問題，這對工程也會造成一定的影響。