聚能水壓光面爆破技術在鐵路隧道工程中的應用

王慧敏

（中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

鐵路工程具有跨度大，線路長，施工環境和地質條件多變等特點，對施工技術要求較高，尤其是在隧道施工中，對爆破技術的要求十分嚴格，只有實現對爆破技術的科學、合理、高效應用，才能夠確保隧道施工的進度、效率、質量以及安全性滿足施工要求。現階段，在隧道工程爆破施工過程中，聚能水壓光面爆破技術逐漸普及，其原理是將聚能管代替炸藥卷結合水壓爆破技術，并使用炮泥進行填充和堵塞處理，這種爆破方法可以充分爆發出炸藥的能量，能有效提高爆破工作效果和安全性。與常規爆破方式相比，聚能水壓光面爆破可以充分爆發出炸藥的能量，有效加快施工進度和節約施工成本，同時還能夠最大限度地降低洞內爆破粉塵污染，為隧道施工人員提供更好的施工環境。但該項爆破技術對施工流程和各項參數控制的要求較高，在爆破中技術人員必須要科學合理地應用該技術，有效做好每一個工作環節的質量控制工作，才能提高爆破工作的效率和安全性。

本文以川藏線拉林鐵路布喀木隧道工程為例，對聚能水壓光面爆破技術的原理和應用要點進行介紹，并分析技術優勢，僅供參考。

1 工程概況

川藏線拉林鐵路布喀木隧道位于念青唐古拉山與喜馬拉雅山之間的藏南谷底高山區，山高谷深,氣候極端惡劣。山脈呈南北向縱貫延展，谷嶺相間，地勢起伏跌宕。隧道縱斷面標高范圍為3081～4500m，最大埋深約為1381m。起訖里程為DK362+180～DK371+420，全長9240m，其中單線隧道長8920m。隧道Ⅱ級圍巖段長5750m、Ⅲ級圍巖段長2310m、Ⅳ級圍巖段長1030m、Ⅴ級圍巖段長58m、Ⅵ級圍巖段長70m、明洞段長22m。由于隧道位于青藏高原，環境惡劣，海拔高，空氣中氧含量低，隧道長排煙困難，且效率低，經相關爆破專家和項目技術人員研究，決定采用聚能水壓光面爆破技術進行隧道掌子面爆破開挖施工。

2 聚能水壓光面爆破技術原理分析

聚能水壓光面爆破技術的原理并不復雜，其主要是集合了常規聚能爆破的聚能原理和水壓爆破的緩能原理，將兩者的優勢集中，實現了更加高效和穩定的爆破施工。爆破施工中，采用雙向聚能管裝藥裝置代替常規裝藥方法，并將水袋安裝在炮孔的上下兩面，最后用黏土、砂以及水按照一定比例制作的砂袋進行回填堵塞，以此實現高效的聚能導向，將爆破勢能激發到極致，在高效、順利爆破的基礎上，實現保護原巖、降低對隧道施工環境影響的目的。與常規水壓光面爆破相比，聚能水壓光面爆破在前期的掏槽眼、輔助眼、裝藥以及整個爆破工作流程上基本保持相同，不同點在于兩者的周邊光面眼間距不同，聚能水壓光面爆破技術周邊眼間距更大（圖1）；同時聚能水壓光面爆破需要使用特定的聚能藥管替代常規的光面爆破藥卷，并根據工程的實際情況配置專用的炮泥材料對炮孔進行封堵處理，專業性強、靈活性高。除了具備常規光面爆破工作所產生的作用與效果之外，聚能水壓光面爆破還能夠充分發揮出聚能管當中所產生的高溫高壓射流和水袋在爆破作用下產生的水楔效應，全面提高內部膨脹氣體的壓力作用，最大限度增加爆破能量[1]。除了爆破能量大之外，因為聚能爆破線性聚能裝藥的射流作用，因為聚能爆破線性聚能裝藥的射流作用，在爆破過程中水射流在聚能原理的作用下能迅速貫穿和劈開巖體，實現高效的光面爆破。在此過程中，水射流還會在緩能原理的作用下有效降低對隧道周圍原巖的破壞和影響，將爆破施工可能會造成的振動和損壞降至最低，同時也能夠有效減少爆破粉塵的產生，保持良好的施工環境。

圖1 聚能水壓光面爆破周邊炮眼布置示意

3 聚能水壓光面爆破技術應用要點

3.1 鉆孔

鉆孔是聚能水壓光面爆破的第一步，在正式爆破之前，需要先根據爆破設計方案對周邊眼的位置進行計算和確定，在反復確認周邊炮眼位置無誤后，交由專業技術人員進行鉆孔，在鉆孔過程中還需要不斷對炮孔進行測算和校驗，在保證炮眼位置無偏差的同時，保證炮眼的平行度和角度也符合設計要求。鉆孔施工中，首先，要對隧道掌子面的各項參數進行確認，精準計算炮孔深度；其次，所鉆炮孔的底部里程要相同，不能出現偏差，以免影響最后的光面爆破效果；最后，鉆孔完成后要按照要求對所有炮眼進行反復檢查和確認，如有問題及時調整，確保無誤之后等待下一步工作的進行。

3.2 制作炮泥和水袋

3.2.1 制作炮泥

炮泥制作所使用的材料主要是以黏土、砂和水為主。制作中需要根據具體要求選擇干凈的砂土材料，黏土顆粒直徑需要控制在10mm以下，不得摻有腐殖土和雜物等，保證炮泥材料干凈細膩；加水總量也需要進行嚴格控制，通常加水量需要控制在8%以下[2]。土∶砂∶水按照7.5∶1∶1.5的比例進行配比，配比完成的混合料需要提前進行軟化，以確保炮泥制作順利進行。

3.2.2 制作水袋

水袋制作前需要對原材料進行合理選擇，必須要保證水體的干凈與整潔程度，同時要充分符合水袋的制作工藝要求和標準。在該項目爆破工作當中水袋的直徑為34mm，厚度為0.7mm，使用的是聚乙烯塑料袋。水袋的制作需要使用專業的封口機來處理。在實際操作過程中，首先進行定量調節工作，主要是獲取所需要的材料灌裝容量然后進行灌注封口[3]。在正式開始封口工作之前，相關工作人員需要對內部的空氣進行徹底排除，然后再進行后續的操作。在灌注工作當中，相關施工人員需要將塑料袋夾住，并且將其直接套在水管口上方，然后完成后續的灌注工作。

3.3 安裝聚能管

聚能管在施工現場專用房間內制作，制作步驟如下：

（1）使用廠家提供的注藥槍，打開注藥槍后蓋，把炸藥卷沿中線縱向切開，剝去藥卷外皮，然后裝入注藥槍筒中并壓實，擰緊注藥槍后蓋；

（2）用小型空氣壓縮機給注藥槍加壓，壓力為0.2個大氣壓；

（3）注藥工人手握注藥槍在聚能管的半壁管內從頭到尾均速移動，使炸藥均勻連續的注入；

（4）兩個半壁管全部注滿炸藥后，在其中的一個半壁管內壓入一根傳爆線，然后兩個半壁管按照要求組裝在一起，裝上起爆雷管；

（5）在炮眼安裝過程中為防止聚能管在炮眼中轉動，在裝入炮眼之前，在聚能管兩端安裝定位塊，聚能管組裝結束；

（6）為了保證安全，在聚能管加工房間內禁止安裝起爆雷管，等現場準備放入炮眼內時再安裝起爆雷管。

聚能管使用的是定型PVC管道材料（見圖2），需要根據預先設定好的標準要求，在工廠內部進行集中生產。PVC 管道的實際長度需要根據實際情況進行針對性調整。聚能管主要由主體與蓋片兩個部件所構成，聚能管的兩側區域存在一對內凹的聚能槽，并且聚能槽之間相互對稱。聚能管當中安裝有炸藥傳爆線以及起爆雷管等，需要在施工現場對其進行全面檢查和處理，要保證起爆雷管和常規的光面爆破雷管的設置方法相同。

圖2 聚能管示意

3.4 裝藥

聚能水壓光面爆破的裝藥工作主要是對掏槽眼、輔助眼以及周邊眼進行裝藥處理，如圖3、圖4、圖5所示。在掏槽眼和輔助眼裝藥過程中，首先需要確認水袋的位置、炮眼的基礎位置和炮眼的剩余孔洞深度，需要保證裝藥在炮眼深度的50%以上，剩余部分的炮眼需要使用炮泥對其進行封堵，需保證基礎面的壓實程度。在周邊眼裝藥工作中，先在周邊眼的基礎位置填裝一個水袋，聚能管需要和炮眼最底部位置安裝的水袋貼緊[4]。聚能管的頂部需要裝填兩個水袋，并且需要使用炮泥材料對其進行堵塞處理，同時使用木質炮棍對其進行充分攪拌，在周邊眼裝藥工作結束之后，需要基于常規的光面爆破工作方法，對其進行連線處理。

圖3 輔助眼裝藥結構示意圖

圖5 周邊眼裝藥結構示意圖

3.5 爆破

聚能水壓光面爆破必須要保證爆破工作的安全性和穩定性。在此次爆破工作過程中，在爆破管設置出孔內延期微差、孔外簇聯的起爆方式，有效地保證了爆破工作效果和安全性。在正式開始爆破工作之前，需要對以下幾個方面問題加以重視：首先，引爆雷管的連接線采用的是并聯方式，需要有效保證導爆索之間的連接效果，避免產生松動；其次，連接工作結束之后，需要專業人員對其安全性能進行全面檢查，保證起爆網絡的設置符合有關規范和標準要求，相關施工人員需要根據特定的爆破工作步驟，對整個爆破工作進行有效控制[5]。

3.6 隧道出渣

在該項目中，應用聚能水壓光面爆破技術后，由于爆破產生的水霧起到了良好的降塵效果，爆破后隧道掌子面的工作環境基本沒有受到影響，并且渣塊大小相對均勻，便于裝車。所以，現場工作人員在確認無危石、啞炮危險后，便開始組織車輛裝車運渣，出渣效率高。在出渣的過程中，隧道的初期支護施工也迅速跟進，整個施工流程順利通暢，大大提高了整個隧道的施工效率。

4 聚能水壓光面爆破技術的優勢分析

聚能水壓光面爆破與常規爆破相比，除了上述相關技術方面的不同之外，還有如下幾種應用優勢：

（1）可以最大限度地降低施工過程中對圍巖的擾動和影響，爆破斷面光滑平整、巖面無裂縫，保障隧道掌子面施工安全。在該工程中，聚能水壓光面爆破之后，原巖基本沒有受到擾動影響，損傷程度也十分細微，在經過針對性加固處理后基本可以忽略不計，有效保證了隧道掌子面施工的安全性和穩定性，也為之后加快施工進度提供了堅實保障。

（2）可以有效控制超挖和欠挖問題，節約了隧道初期支戶噴射混凝土用量，有效降低隧道施工成本。該項目中應用聚能光面水壓爆破超挖方量與相關技術人員依據以往施工經驗和數據統計的如果利用常規爆破方式施工的超挖方量數據對比情況如表1所示。對比結果顯示，應用聚能光面水壓爆破在控制超挖方面效果卓越。

表1 聚能光面水壓爆破與常規爆破超挖情況對比

（3）增大了隧道單炮進尺，加快了施工循環時間，提高了工作效率。以該項目為例，經由統計，應用聚能光面水壓爆破后，施工循環時間上加快了近20%，大大縮減了隧道工程的施工總工期，節約了人力、物力，提高了成本控制工作效果[6]。

（4）水袋在爆破過程中形成水霧，在隧道掌子面附近可有效降塵，減少洞內通風時間。在該工程中，應用聚能光面水壓爆破后，爆破粉塵產生量十分有限，基本沒有對隧道掌子面的施工環境造成太大影響。

5 結束語

實踐證明，在隧道掘進工作過程中，聚能光面水壓爆破技術的應用可以有效提高整個爆破工作的效率和安全性，可以最大限度地減少爆破粉塵和噪聲的產生，降低對周邊區域環境的影響，能夠更好、更快地推動施工進程，節省施工成本，實現更高的經濟效益，值得在隧道工程的爆破施工中進行推廣應用。