論隧道掘進水壓爆破施工技術

王國豐

摘要 隧道掘進水壓爆破在不同圍巖條件下的傳遞效率不同，故在隧道掘進過程中，須針對不同地質圍巖條件和不同圍巖裂隙發育條件，進行爆破設計。基于此，文章以某高速公路隧道施工項目為例，對隧道掘進水壓爆破施工技術進行研究，結合不同地質圍巖條件下隧道掘進水壓爆破工藝原理及設計進行分析，提出了相關施工操作要點，并對水壓爆破技術的效益進行綜合分析。

關鍵詞 隧道掘進;爆破設計;炸藥用量;水袋用量;爆破效率

中圖分類號 U455.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0148-03

0 引言

隧道掘進采用水壓爆破施工技術，相比常規爆破施工，尤其對于隧道圍巖裂隙發育區域，爆破效率更高;水壓爆破會產生“水楔”效應，減少了對環境的污染，降低了對施工人員的傷害;水壓爆破工藝易操作，成本低，爆破效率高，具有較高的實用價值和良好的推廣應用前景[1-2]。

1 工程概況

某高速隧道為全線重點控制性工程，全長1 340 m，處于巖溶性白云層地質，圍巖等級為Ⅲ～Ⅴ級，裂隙較為發育，依托此項目的工程實踐，針對傳統爆破施工和水壓爆破施工的效果，分別進行了試驗。試驗結果顯示，水壓爆破在節省炸藥、加快進度、提高經濟等方面效果顯著。

2 工藝原理

隧道掘進水壓爆破采用水袋間隔裝藥的方式，工藝原理為：

（1）爆炸沖擊波在水中傳播衰減量少，傳遞效率高，且爆破時水不會產生塑性流動和過粉碎，同時，炮泥加水袋堵塞，避免炸藥能外泄，爆破效果更佳。

（2）炮眼中的水袋，在炸藥爆炸的作用下，會產生“水楔”效應，爆炸時水袋霧化，吸收粉塵，減少環境的污染，減少了隧道爆破后通風時間，加快了每循環施工進度，且降低了對施工人員的身體傷害[3]。

（3）水壓爆破減少了爆破震動對圍巖的損害，隧道開挖輪廓線成型良好，爆破后浮石少，有利于頂板安全，渣石塊度均勻，加快了裝渣速率，加快施工進度。

（4）依據隧道掘進水壓爆破在不同圍巖條件下的傳遞效率不同，在隧道掘進過程中，針對不同地質圍巖條件和不同圍巖裂隙發育條件，進行爆破設計，設計不同重量的水袋、藥卷和裝藥方式組合。

3 施工技術要點

3.1 施工準備

進行技術交底和放樣測量，材料與設備見表1及表2。

3.2 爆破設計

對不同圍巖條件分別進行常規爆破和水壓爆破設計;隧道水壓爆破炮眼中增加了水袋和炮泥，且依據不同類型的炮眼，設計裝入不同重量的水袋和藥卷，且水袋的排布位置不一樣，水袋0.3 kg/袋，爆破設計參數見表3～5所示。

3.3 鉆眼及成孔檢查

鉆眼：按照爆破設計的孔位，采用氣腿式風鉆進行鉆孔，確保周邊眼有準確的外插角，使兩茬炮交界處臺階不大于15 cm;鉆眼完成后，嚴格成孔檢查，有不符合要求的炮眼重鉆，經檢查合格后才能裝藥爆破[4]。

3.4 水袋加工及炮泥制作

3.4.1 水袋加工

（1）水袋制作工藝流程見圖1。

（2）水袋材料及設備：1）水袋為通用的聚乙烯塑料制成，能自動灌水、自動封口，水袋裝水規格為0.3 kg/袋;2）水袋加工設備為KPS-60型塑袋灌裝封口機。

3.4.2 炮泥制作

（1）炮泥制作工藝流程見圖2。

（2）炮泥主要采用黏土、砂和水拌和而成。炮泥配合比為：黏土∶砂∶水=（70～80）∶（8～10）∶（12～20）。

3.5 安裝炸藥、水袋及炮泥

裝藥須分片分組，雷管要“對號入座”，所有炮眼炮泥堵塞長度不小于20 cm。

（1）水壓爆破技術安裝炸藥、水袋及炮泥特點：1）在炮眼中增加了水袋和炮泥;2）對不同炮眼類型，設計裝入不同量的水袋，設計如表6所示。

（2）炮眼裝填順序：裝填水袋→炸藥→水袋→炮泥堵塞密實;依據爆破設計和不同炮眼類型，設計了不同量的藥卷和水袋。

（3）裝填水袋要逐袋裝入，水袋、藥卷、炮泥之間要適當搗固以保持緊密[5]。

3.6 聯結起爆網絡及起爆

起爆網絡為復式網絡，以保證起爆的可靠性和準確性，非點炮人員撤離安全區后才能引爆。爆破后，如有瞎炮，需進行專門處理，并分析原因，調整爆破設計。

3.7 通風出渣

通風采用壓入式，隧道出碴采用無軌運輸方式。

（1）開挖洞身深度超過200 m開始通風，大于500 m時再增設一臺風機。風管采用高強度、低摩擦阻力的新型風管和密封性好操作方便的拉鏈式接頭[6]。

（2）常規爆破通風至達標，平均用時40 min，而水壓爆破只需20 min，能有效降低環境污染。

（3）隧道出碴采用無軌運輸方式，配斗容3.5 m3裝載機兩臺裝碴，挖機清底，10 t自卸汽車6臺運輸。

3.8 初期支護并進入下一循環作來

在完成隧道開挖后，按設計要求立即進行初期支護。然后進入下一循環作業

4 效益分析

4.1 爆破效果分析

對不同圍巖等級（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）及兩種爆破方式分別進行試驗，常規爆破和水壓爆破效果見表7。

（1）在同工況下，水壓爆破比常規爆破效率更高，且單位耗藥量更低，開挖輪廓線良好，爆破振動速度降低了44.7%，排煙時間為20 min左右，與常規爆破通風排煙時間40～50 min，有明顯的提高，加快了每循環進尺速度。

（2）對隧道水壓爆破進行爆破設計，針對不同圍巖裂隙發育、不同圍巖條件，設計不同的炸藥用量、水袋用量和裝藥方式進行裝藥組合，具體的組合方式見表2～5所示。

（3）圍巖Ⅳ、Ⅴ級圍巖，巖石破碎，水壓爆破更能夠充分利用爆破能，有效地提高爆破效率，節省炸藥，縮短通風時間，加快進度并改善洞內施工環境。

4.2 經濟效益分析

Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖，主洞開挖面積是105 m2，設計炮眼深度3.3 m，常規爆破與水壓爆破經濟性比較，主要增加了炮泥和水袋的費用，降低了10%的炸藥消耗量，有良好的經濟效益。

超欠挖得到了有效控制，洞室成形規整、光滑，有利于圍巖穩定，提高了防護能力，增加了施工安全性，減震效果明顯。

5 結論

綜上所述，水壓爆破效率高，尤其對于圍巖裂隙發育區域，減少了炸藥的用量，有較好的經濟效益及社會效益。

（1）依據不同圍巖條件，進行爆破設計，設計不同重量的藥卷、水袋以及裝藥方式組合，得到最佳爆破效果，有效控制隧道超欠挖。

（2）隧道開挖輪廓線成型良好，爆破后浮石少，有利于頂板安全，渣石塊度均勻，加快了裝渣速率，加快施工進度。

（3）“水楔”效應，減少污染，加快施工進度，降低對施工人員的身體傷害，尤其在裂隙發育區域更明顯。

（4）加工簡單，造價低，且操作方便;水袋、炮泥采用全機械化加工制作，可以保證制作質量;水壓爆破施工操作與常規爆破施工相比，只需增加往炮眼中裝填水袋和用炮泥回填堵塞炮眼的工作，仍由開挖班組完成，不需增加勞動力。

（5）該施工技術，適用于所有隧道水壓爆破施工，特別是對于隧道圍巖破碎或裂隙發育區域，爆破效率更高。

參考文獻

[1]胡偉東. 城市軌道交通隧道掘進過程中的水壓爆破施工技術[J]. 城市道橋與防洪， 2020（1）： 121-123+17-18.

[2]李愛軍. 隧道水壓爆破施工技術在長邯高速改擴建工程中的應用[J]. 工程建設與設計， 2019（21）： 116-119.

[3]陳斌， 黃嫚， 史寶童， 等. 水壓爆破技術在六盤山隧道施工中的應用研究[J]. 公路與汽運， 2017（1）： 188-190+200.

[4]東懷正. 隧道Ⅱ， Ⅲ級圍巖光面水壓爆破技術試驗研究[J]. 山西建筑， 2018（20）： 155-156.

[5]郝勁戈， 陳云瑞. 水壓爆破降塵機理研究[C]//. 北京力學會第二十八屆學術年會論文集（下）， 2022： 772-775.

[6]猶元揚. 水壓光面爆破在特長深埋隧道施工中的應用[C]//. 2021年重慶市礦山學會年會優秀論文集， 2021： 6-10.