六盤山軟巖隧道水壓爆破優化技術

馬騰飛+李樹忱+周建芳

摘 要：依據六盤山軟巖隧道工程，對開挖過程中的水壓爆破技術進行優化和改造，使其適用于軟巖隧道的爆破開挖，達到提高爆破質量、加快開挖循環進度以及降低施工成本的目的。

關鍵詞：軟巖隧道；水壓爆破；開挖；優化

引言

水壓爆破減塵技術即是利用爆破應力波對水的不可壓縮性，使經過水傳達到炮眼圍巖中的爆炸能量幾乎無損失，減少單位巖石的炸藥消耗量，減少溫室氣體及粉塵排放，并且有利于巖石破碎[1]。炮眼中的水可以有效起到霧化減塵的作用，大大降低粉塵對環境的污染[2]。水壓爆破減塵工藝流程見圖2。

水壓爆破技術相對于傳統爆破技術的區別是需要提前加工好水袋和炮泥，裝藥是按照一定的順序裝入水袋、炸藥、水袋，再用炮泥堵住炮孔。由此可見水袋、炮泥的制作工藝、加工儲存、運輸及安裝質量，在水壓爆破工藝的實施中起著至關重要的作用。另外由于水壓爆破比傳統爆破的能量損失小，爆破威力大，因此對于特定軟巖隧道的開挖如果采用水壓爆破技術，需要對一些程序進行優化改造，以便達到提高爆破質量、加快開挖循環進度以及降低施工成本的目的。本文依據六盤山軟巖隧道工程，提出適用于六盤山軟巖隧道水壓爆破開挖的優化措施，為同類工程提供技術參考。

1 水壓爆破技術材料優化措施

1.1 水袋優化措施

（1）水袋選擇。炮眼鉆孔使用的鉆頭為φ42鉆頭，為了便于水袋裝入，并減少水袋與炮眼孔壁之間的間隙，宜采用直徑φ35水袋進行注水封口。水袋采用的聚乙烯塑料制成，水袋壁厚過薄則承載力小，易變形、劃破，過厚增加成本[3]。經現場多次試驗、結合實際使用情況，水袋壁厚宜選用0.8mm。

（2）水袋形狀優化。前期進行水壓爆破采用的水袋為平頭水袋，安裝過程中平頭部分與孔壁摩擦力太大，安裝不方便，而且搗入過程中易出現破損現象。為了解決這一問題，宜把水袋改為圓頭水袋；圓頭水袋在不減少注水量的情況下，減少了與孔壁的摩擦力，不宜損壞，安裝方便，既保證了水壓爆破效果，又減少了安裝時間，據現場統計：每循環節省時間約5-10分鐘。

（3）提高水袋加工質量。六盤山隧道水壓爆破前期，在常溫狀態下水袋的封口溫度為150℃，由于寧夏地區氣溫偏低，水溫在10℃以下，采用150℃進行封口，水袋通常封口不嚴，水量損失嚴重。為了解決這個問題，通過進行對比試驗，在寧夏地區的最佳溫度為240℃。當封口溫度為240℃進行封口，做出的水袋袋體堅挺，水量飽滿，無漏水現象，現場安裝方便。

（4）水袋成品保護措施。為了加強對水袋成品的保護，采用塑料筐集中存放，水袋在筐內整齊碼放，口部朝上，每筐定量100支水袋，這種措施不僅減少保證了水袋的質量，更方便工人搬放。同時，對于水袋安裝數量，也便于準確的統計和管控。

1.2 炮泥優化措施

（1）炮泥制作。炮泥應按照一定的比例制作。如砂過多，炮泥成型較差；過少則炮泥比重小。水要適中，過少起不到粘合及降塵作用，過多則炮泥軟，不易搗固堅實[4]。為了確保炮泥的加工質量，在工區周邊采集10組土樣，進行炮泥試制，最終優選出1組土樣，經實驗室檢測，三種成分的重量比例為黏土：砂：水=0.75：0.11：0.14。

為了保證雨季和旱季，粉砂質黏土的含水量，把土樣含水量調整好之后，用塑料薄膜對土樣進行覆蓋，并定期檢測含水率，以保證炮泥質量穩定性。合格的炮泥表面光滑，用手指輕捏炮泥可留下指痕，這樣的炮泥既含有一定的水分又便于搗固[5]。

（2）炮泥成品保護措施。前期炮泥加工完采用塑料筐盛放，經過12小時后，炮泥已經表皮干縮，硬度變大，堵塞時很難與炮眼孔壁密貼；另外臨時加工很難滿足夜間施工，為了保證堵塞質量且不影響施工，建議準備一批密封箱、保鮮膜，加工好的炮泥用密封箱盛放，箱內覆蓋保鮮膜，密封箱存放于室內，避免風吹日曬，采取這種措施后，炮泥存放時間可以提高到3天，且炮泥軟硬程度一直能滿足施工需要。

1.3 炮泥及水袋安裝

水壓爆破最常規的裝藥結構為，掏槽眼孔底一支水袋，連續裝藥，其余部分用水袋炮泥塞滿，周邊眼間隔裝藥，間隔部分用水袋填充，其余部分用水袋炮泥塞滿。

為了提高水袋和炮泥安裝質量，必須提高炮眼的清孔質量，以便降低孔壁的摩擦力。六盤山隧道水壓爆破前期，炮眼清孔采用的是風壓清孔，水袋安裝和炮泥搗入時，出現被孔壁上粘連得石屑劃破現象，且水袋和炸藥不易塞入孔底，造成掏槽效果差，需重新補炮，不僅浪費了炸藥，而且極大地影響了操作工人對水壓爆破的信心，嚴重影響爆破效率。

出現狀況后，通過與開挖工班進行溝通、查找分析原因，積極采取優化措施：在清孔管上接上水管，用水壓進行清孔試驗；實施后，清孔質量得到提升，水袋安裝變得更加輕便，炮眼利用率也有所提高。

2 水壓爆破技術結構優化措施

2.1 裝藥結構優化

分析：炮眼底水袋與炮泥回填堵塞這種裝藥結構節省炸藥，但是清孔質量不能滿足時，易出現孔底欠挖，而且安裝過程中，由孔底水袋需搗入孔底，搗入深度較深，力度與深度不好掌握，易搗破水袋。

采取措施：首先提高清孔質量，采用水壓清孔，其次對水袋形式進行調整，將平頭水袋改為圓頭水袋，最后又在搗棍前端安裝橡膠軟頭，這樣以來水袋安裝質量得以提高，爆破質量也有了保證，水袋安裝效率也有所提高，節省裝藥時間每循環約5分鐘左右。

2.2 單孔裝藥量優化

分析：按照常規爆破的裝藥量進行裝藥，而且由于水袋的加入，爆破能量損失更小，加上水 作用，爆破威力過大，對周邊圍巖易造成擾動，且超挖現象嚴重。

調整裝藥量：通過現場試驗，將掏槽眼和輔助眼的炸藥用量減少，每孔減少1管和半管炸藥進行現場試驗，通過連續4個循環試驗，根據殘孔率，超欠挖情況，以及爆堆隕落距離各方面的分析比對，最后決定每孔減少半管炸藥，這樣以來爆破效果變得更好，殘孔率提高，炸藥用量減少，對周邊的圍巖的擾動也降低到最小。

3 水壓爆破技術保障措施優化

3.1 物資設備保障優化

水壓爆破期間每天需要消耗大量水袋和炮泥，六盤山軟巖隧道雙線獨頭掘進，前期購置的設備難以滿足施工需要，為此又增加了一臺封口機和一臺炮泥機。

同時為了保證水袋和炮泥的質量和數量，專門設置兩個庫房為水袋、炮泥的加工存儲室，并購置足量的、塑料箱、密封箱和保鮮膜，保證炮泥的含水量。

3.2 安全保障優化

（1）防止設備漏電。由于炮泥成分含水且水袋需要灌水，因此炮泥機和灌封機在開機前要用儀表檢查是否漏電，防止因水出現的漏電現象，建議安設專用警示標志且操作前做好登記工作，提高安全意識。

（2）正確操作炮泥機。炮泥機開機上料時不可以使用工具撥弄料倉中的物料，防止發生事故，只有在停機后才可采用工具清除料倉壁和攪拌翅上的泥土。

（3）提高炮泥堵塞長度。建議提高炮泥堵塞長度，最好應大于或等于水袋的長度，有利于提高爆破質量，同時相比于與常規爆破，水壓爆破時人員、臺車和設備撤離掌子面的距離應該提高。

（4）安裝的水袋不要漏水。如果炮眼中水袋漏水可能有發生啞炮問題，建議安裝水袋搗入炮泥時不要用力過猛，如果出現啞炮問題建議按照相關安全規范處理。

4 水壓爆破優化技術效果分析

對常規爆破技術和水壓爆破優化技術兩種工藝的各項技術指標進行對比，由表1、表2可以看出，采取水壓爆破之后，每循環炸藥用量降低了15%，炸藥單耗降低23%，實際進尺提高10%，炮眼利用率提高11%，在單洞工程量1000m的情況下，水壓爆破優化技術工期將比采用常規爆破提前28天，有效節約施工成本。

5 結束語

采用水壓爆破優化技術，可以有效提高水袋和炮泥的質量及安裝效率，從而達到提高爆破質量、加快開挖循環進度以及降低施工成本的目的，可為同類工程提供技術參考。

參考文獻

[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，2012（24）：209-211.

[2]劉鵬舟.水壓爆破技術在西秦嶺隧道施工中的應用[J].甘肅科技縱橫，2013，42（10）：77-81.

[3]徐偉.水壓爆破在鋪子山隧道施工中的應用[J].公路與汽運，2014（3）：233-235+236.

[4]崔文輝.水壓爆破在城市地鐵隧道施工中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（15）：5303-5305.

[5]谷中軍.水壓爆破施工技術在重慶軌道交通建設過程中的應用[J].建筑工程技術與設計，2015（29）：236，984.