水壓爆破在城市軌道施工中的應用

夏偉

（中鐵二十四局集團有限公司貴陽軌道交通1號線第五工作段，貴州貴陽 550000）

水壓爆破在城市軌道施工中的應用

夏偉

（中鐵二十四局集團有限公司貴陽軌道交通1號線第五工作段，貴州貴陽 550000）

隨著我國國民經濟的發展，交通基礎設施建設實現了跨越式的發展，特別是快速通道在緩解城市交通的開發應用，以地下軌道為代表的城市軌道得到快速發展，城市隧道事業進入了以建設高等級鐵路為主的新時期。尤其地鐵隧道施工，對施工安全要求很高，是施工中的難點，稍有不慎即可能造成安全事故。本文以某項目為例，介紹水壓爆破方法的應用。

水壓爆破 城市隧道 應用方法

水壓爆破，是將藥包置于注滿水的被爆容器中的設計位置上，以水作為傳爆介質傳播爆轟壓力使容器破壞，且空氣沖擊波、飛石及噪聲等均可有效控制的爆破方法。

1 工程概況

貴陽市軌道交通1號線第五工作段土建工程，包括三站（北京京路站、合群路站、延安路站），兩條區間隧道，施工區域處在貴陽市老城區繁華地段，通過對地勘資料的分析、現場走訪驗證、周邊建筑施工時地下環境情況的了解等多種手段得出結論，區間隧道處于溶蝕中低山及貴陽溶蝕盆地北側，施工場地多為高巖溶、高富水地段、噶斯特地貌特征明顯，施工環境均處貴陽復雜構造變形區；周邊建筑物眾多，上空有電纜電線、地下管網密集，人口活動較多，給管線遷改工作帶來諸多不便，而且老城區地下管線老化嚴重，埋設位置與設計圖紙存在偏差，存在嚴重的施工隱患，隧道施工多次面臨，下穿房屋、下穿河流、臨近房屋等，施工難度大，造價高，車站工程施工位置均處在交通繁忙道路交叉口，開挖深度18～28.5m，地下水位較高（車站頂板下1m左右），地下構造復雜（溶洞發育、有斷層通過），車站臨邊建筑物較多（多為高層建筑物），這給土方開挖工作、基坑止水工作帶來困難。

2 施工方案

（1）布眼前首先要確定至少一個以上臨空面，鉆孔方向應盡可能做到與臨空面平行；橫向分布孔距為20-30cm；縱向孔距為20-30cm布置成平排炮孔；排距以20-30cm為宜，必須采取逐排作業，不可多排作業，鉆眼的深度根據現場石方狀態而定，現場定為1.2-2m。（2）鉆孔的直徑與破碎的效果有直接的關系，鉆孔過小，不利于藥劑的充分發揮；孔太大，易沖孔，耗費藥劑，根據以往經驗本工程宜采用42mm鉆孔。鉆孔內的余水和余渣使用高壓風吹洗干凈，孔口旁應無土石渣。（3）鉆孔的深度和裝藥深度。鉆孔的深度可根據施工要求選擇，一般在1.2～2m較好；裝藥深度為孔深的100%。（4）現場渣樣清理；水壓爆破完成后，對爆破產生的一些相對較大的試塊，采用液壓炮機輔以人工破碎至合適粒徑，由挖掘機和自卸汽車配合，運送至指定地點。

3 施工安全措施

雖然水壓爆破無震動、無飛石、無噪音和無毒氣污染，但現場安全生產管理工作仍是重點，為保證安全施工，制定以下安全措施：（1）無關人員不得進入施工現場，使用破碎劑前確保操作人員對說明書已仔細閱讀并理解；（2）采用具有腐蝕性的靜態破碎劑時，灌漿人員必須戴防護手套和防護眼鏡；孔內注入破碎劑后，作業人員應保持安全距離，嚴禁在注孔區域行走；（3）在相鄰兩孔之間，嚴禁鉆孔與注入破碎劑同步進行；發生異常情況時必須停止作業，待查明原因并采取相應措施確保安全后，方可繼續施工；（4）在破碎工程施工過程中需要改變和控制反應時間時，必須依照規定加入抑制劑或觸發劑，并按要求配制使用，嚴禁擅自加入其它任何化學物品；（5）嚴禁將破碎劑加入水后裝入小口容器內；（6）剛鉆完孔或剛沖孔的鉆孔，孔壁溫度較高；應確保溫度正常符合要求并清洗干凈后才能繼續裝藥；（7）破碎劑在運輸和儲存過程中應防潮，開封后應立即使用；如一次未使用完，應立即扎緊袋口，需用時開封；破碎劑嚴禁與其它材料混放。（8）制定防涌（突）水的安全措施時，應在開挖面布置超前鉆孔，預防水囊、暗河、高壓涌水等的危害。應對工程地質和水文地質作詳細的調查分析，先判明地下水流方向，再確定鉆孔位置、方向、數目和鉆孔深度，并應采取下列措施：——非施工人員應撤出危險區；——應及時測算水量、水壓、流速、含泥量等，備足配套的抽水設備；——在鉆孔前預先埋管設閥，控制排水量，防止承壓水沖擊及淹沒坑道等意外險情發生。——水平鉆孔鉆到預期的深度尚未出水時，可會同設計單位進一步進行地質和水文的勘測工作，重新判定地下水情況。

4 水壓爆破技術作為是一種新型爆破施工技術有以下優點

（1）基于水的不可壓縮性和較高的密度、較大的流動粘度，水中爆轟產物的膨脹速度要慢，在耦合水中激起爆炸沖擊波的作用強度高和作用時間長；（2）在炮孔周圍巖石中產生的爆炸應力波強度高，衰減慢，作用時間較長，即有較高的爆炸壓力峰值，因此，對巖石造成的破壞作用強；（3）因為水的不可壓縮性和較高的能量傳遞效率，同時相當于炮泥，水又具有一定的堵塞作用，因此，傳遞給巖石的爆破能量分布更加均勻、利用率高；（4）在爆破破碎質量上，它能使破碎塊度更加均勻；在爆破安全方面，它能夠有效地控制爆破震動、爆破飛石、空氣沖擊波和爆生有毒氣體的強度和數量、降低爆破粉塵；（5）與耦合裝藥相比，水耦合裝藥又能夠降低孔壁巖面上的初始沖擊壓力，利于提高光面爆破、預裂爆破的成型質量。

同時鉆孔水壓爆破與無限水域下水壓爆破相比其爆破的水域小，炸藥到巖石距離很短，沖擊波產生與傳播和無限水域下水壓爆破有很大區別。對較小直徑鉆孔來說，以水作為介質的爆破與普通爆破的壓力波陣面不同，鉆孔內各點的應力是瞬間同時到達的，只是不同點上應力大小不同而已，即水中沖擊波陣面為圓柱形，壓力波入射與炮孔壁成直角，在孔深不太大時可近似認為孔內應力均勻，在孔壁上基本是均勻作用，其效果和使用弱性炸藥一樣，柱狀裝藥時更是如此。

5 工程應用效果

隧道掘進節能環保水壓爆破是采用專用設備制作的水袋往炮孔中注水，在水中傳播的沖擊波對水不可壓縮，爆炸能量無損失地經過水傳遞到炮眼圍巖中，這種無能量損失的應力波十分有利于巖石破碎。此外，水在爆破氣體膨脹作用下產生的“水楔”效應有利于巖石進一步破碎。炮眼中有水還可以起到霧化降塵的作用，改善了施工作業環境。同時用專用設備制作的炮泥回填堵塞炮眼，比土堅實、密度大、還含有一定的水分，對抑制爆生氣體沖出炮眼要比無回填堵塞或僅用紙卷、土回填好得多，而且操作使用方便。

因此，隧道掘進節能環保水壓爆破之所以能提高炸藥能量利用率，是由于往炮眼注水和炮泥回填堵塞的共同結果，兩者缺一不可。

6 結語

水壓爆破技術是一種新型的爆破方法，它是常規的炸藥爆破的一種發展、延伸，因此利用水壓爆破技術特點，在人防工程、陣地工程隧道掘進中進行水壓爆破.結果表明，水壓爆破應用于隧道掘進中的光面爆破，具有很好效果，既有效地控制了爆破震動，又可以防毒降煙，同時破碎圍巖較均勻，大塊率降低，有利于機械化施工，提高了經濟效益。

［1］魏廣源.水壓爆破技術在隧道掘進中的應用［J］.中小企業管理與科技（下旬刊），2012年08期.

［2］吳曉亮，路潔心，李賀.水壓爆破技術的應用《山西焦煤科技》2011年6期.