水壓爆破技術在隧道掘進施工中的運用

何祥松

(貴州省公路開發有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

1 引 言

在隧道工程掘進施工中，水壓爆破技術為國家級工法，采用特制水袋以及炮泥封堵炮孔，同時將水作為媒介，可保證炸藥所產生的能量在傳播過程中不發生損失，進而提高炸藥利用率，同時減少炸藥用量，避免在爆破過程中產生噪音污染以及粉塵污染。在隧道工程掘進施工中應用水壓爆破技術，顯著提高隧道工程建設效益，因此，對水壓爆破技術在隧道工程施工中的應用方式進行深入研究意義重大。

2 水壓爆破基本原理

在隧道工程水壓爆破施工中，需將一定量水灌注至孔中的某個部位，再應用砂漿機進行填充，水的壓縮性小，并且熱損耗小，因此在爆破過程中，爆炸能量幾乎不會損失，可減少炸藥消耗量。另外，在水的沖擊作用下，高壓水的瓦斯爆炸可產生巨大沖擊作用，并形成水楔。水楔具有楔形效應，可促進裂縫不斷擴展，保證破碎件膨脹均勻性。除此以外，在高溫高壓環境中，洞內水發生霧化，可有效吸收爆破過程中所產生的大量有毒有害氣體以及粉塵，避免對施工周邊生態環境造成不良影響。

3 水壓爆破施工技術優勢

在隧道工程掘進施工中，常規爆破技術為無回填堵塞爆破施工技術，將藥卷以及起爆雷管填入至炮眼中，在起爆后，藥卷即可產生爆轟波，并且可在炮眼中傳播，在炮眼無回填部位充滿空氣，因此，爆轟波的部分能量會因壓縮而損失，無法充分應用炸藥爆炸所產生的能量。另外，常規爆破技術所產生的振動以及沖擊波強度較大，粉塵濃度高，不利于施工現場安全和環境管理。

水壓爆破技術能夠有效解決常規爆破技術的各類弊端，裝藥結構形式，在鉆孔數量、布孔形式、起爆次序、裝藥量等方面均相同，二者之間的區別在于，在水壓爆破技術的實際應用中，在各個炮眼中，根據既定位置以及比例裝入藥包和水袋，同時再應用專業設備制作炮泥進行回填處理。通過將水袋裝填入炮眼中，在藥包爆炸過程中即可產生爆轟波，能夠在水中傳播至炮眼圍巖，并且在傳播過程中不會發生能量損失。炮泥是采用土、砂以及水，按照一定比例進行配置的，在曬干后硬度和密度均比較大，能夠對起爆過程中由于膨脹作用而沖出排煙的氣體量起到抑制作用，進而減少粉塵量，可被推廣應用于長大隧道工程爆破開挖施工中。

4 隧道工程概況

某隧道工程全長為1.98 km，在該隧道工程掘進施工中，選用水壓爆破技術，與常規爆破施工方案相比，炮眼分布形式、數量均相同，但是裝藥結構有一定區別，要求在常規爆破方案的基礎上加設水袋，并進行回填處理，將炮泥作為堵塞材料。在炮孔裝藥過程中，按照從下至上的順序分別裝入水袋、雷管、炸藥、水袋以及炮泥，在裝藥過程中，需對炮孔深度進行測量，同時根據炮孔深度嚴格控制裝藥量，在確定裝藥量后，即可裝藥，在隧道工程掘進施工前進行試驗分析，測量炮孔深度。在本工程施工中，炮孔中水袋以及炮泥的比例為3∶40。

5 隧道掘進施工中水壓爆破技術的應用要點

5.1 水壓爆破工藝流程

水壓爆破技術流程與普通爆破施工方式相比有一定區別，在爆破前，要求對炮泥以及水袋進行加工處理，并嚴格依據裝藥順序加入至炮孔中。

5.2 水壓爆破設備

在本工程水壓爆破施工中，需使用炮泥機以及水袋機，采用塑袋灌裝封口機制作水袋，并應用炮泥機制作炮泥。

5.3 炮泥加工

(1)炮泥原材料包括黏土、砂以及水，在選用黏土時，要求避免有較大雜質，黏土含水量控制在8%以內，選擇干凈細砂，如河砂，而砂含水量需控制在3%以內。(2)在炮泥制作過程中，首先需混合溶液，新土、砂以及水的混合比例為0.75∶0.09∶0.16，混合完成后，即可將其裝入至料斗中并進行擠壓，當炮泥成型后，即可切割成長度為25 cm左右的長條。

5.4 水袋加工

(1)水袋制作原材料包括塑料袋以及水，塑料袋長度為200 mm，厚度為0.8 mm，而直徑為35 mm。(2)在水袋制作過程中，首先打開封口機進行預熱，然后再制作水袋，在制作過程中，應注意避免排水管中有空氣，當準備工作完成后，即可將塑料袋安裝在噴嘴上，在裝滿水后即可封口。在炮孔裝藥過程中，需采用從下至上的裝藥順序，避免產生縫隙。在對水袋裝水時，可應用炮棍進行敲打，確保炮眼能夠達到規定位置，在應用炮泥進行堵塞時，也需可采用炮棍敲打，保證炮泥堅固性。

5.5 施工注意事項

(1)炮泥加工問題及解決方法

①料斗口拌料的下移難度比較大，對此，可在攪拌器中加入一定量水，并翻轉攪拌機，加入適量稀混合液，避免機械設備長時間未使用而發生干結，確保能夠保持濕潤狀態。②如果成形器無法形成炮泥，可能是由于裝置內部堵塞或者混合液干燥，對此，可去除模板中的混合液，并進行優化配置，對成型器表面進行全面清理，在清理完成后即可再次安裝并重新投入使用。

(2)水袋制作常見問題及原因

①供水不足或者供水時間不足，一般是由于進水口被堵塞或者進入異物所造成的，另外，如果進氣管中有空氣沒有排出，也可影響供水過程。②密封泄漏，該問題的產生原因包括線路損壞、線路不同點、溫度控制器發生損壞等。③間歇，造成間歇的原因有板蓋移動以及損壞等。對此，在施工前，應對炮眼進行全面檢查，確保干凈，避免有異物導致水袋被劃破進而漏水，對施工質量造成不良影響。在施工過程中，必須對水袋質量進行仔細檢查，確保在充滿水后不會發生漏水問題。另外，在炮泥制作方便，應提前2.5 h左右制作炮泥，避免過早制作完成導致炮泥發硬，進而導致灰塵增加。

5.6 施工效果分析

(1)炸藥用量少，可提高炸藥二次利用率，節約施工成本。(2)有利于縮短爆破時間，提高隧道掘進施工效率。(3)可減少施工環節粉塵量，避免對生態環境造成不良影響。與常規爆破施工技術相比，通過將水壓爆破技術應用于該隧道工程掘進施工中，可節約27.5 kg左右炸藥量，排煙時間也可縮短0.5 h。在水壓爆破技術的實際應用中，在裝設水袋時需耗費一定時間，但是可縮短施工時間，減少粉塵排放量，同時還可有效減少資源浪費。

6 結 語

綜上所述，在隧道工程掘進施工中，水壓爆破技術為新型技術類型，應用優勢明顯，不僅能夠有效提高隧道工程掘進施工質量，同時還可減少對生態環境所造成的不良影響。本文結合工程實例，對水壓爆破技術的應用方式進行分析，其在隧道工程掘進施工中應用優勢明顯，為推廣應用水壓爆破技術，還需對該項技術進行深入研究，推廣水壓爆破技術的應用優勢，進而推動隧道建設穩定發展。