水壓爆破在地鐵施工中的運用

李 健

(中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，湖北 武漢 430000)

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水壓爆破在地鐵施工中的運用

李 健

(中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，湖北 武漢 430000)

以青島地鐵3號線西流莊—永平路車站隧道為例，結合水壓爆破原理，從設計要求、施工流程、爆破參數、炮泥制作等方面，分析了水壓爆破的設計方案，并介紹了其施工注意事項，以保證開挖掘進效果。

水壓爆破法，地鐵，振動速度，花崗巖

1 工程概況

隧道自青島地鐵3號線西流莊車站平行出發后，沿振華路向西北方向穿行，在振華路與永清路交匯處區間線路折向西行，在K22+551.519處下穿曉翁河橋，然后向西直行進入永平路站，周圍多為二十世紀五六十年代的磚土混合式民房及破舊樓房。場區內基巖以粗粒花崗巖為主，煌斑巖、花崗巖呈脈狀穿插其間。受滄口斷裂影響，巖體較破碎，節理發育，爆破施工既要減少超欠挖現象，保證開挖掘進效果，又要確保周邊建筑物，道路及管線安全，技術要求高，施工控制難度大。

2 水壓爆破原理

水壓爆破與常規爆破相比，僅是水壓爆破炮眼中增添了水袋和炮泥。隧道掘進水壓爆破，由于炮眼中有水，在水中傳播的沖擊波對水不可壓縮，爆破能量幾乎無損地傳遞到炮眼圍巖中，這種無能量損失的應力波十分有利于巖石破碎，此外還產生“水楔”效應和水霧作用，前者有利于圍巖破碎和防止巖爆，后者有利于降塵、吸附有害有毒氣體和防止瓦斯爆炸。由于炮眼中上部有水袋和炮泥回填堵塞，有力抑制膨脹氣體沖出炮眼口，使膨脹氣體起到二次破碎圍巖的目的。要特別指出的是，炮眼底部的水，對沖擊波的反射作用加強了應力波強度和作用時間，更有利于圍巖破碎。

3 水壓爆破設計

3.1 設計要求

隧道采用上下臺階法開挖施工，Ⅱ，Ⅲ類圍巖進尺1.5 m～2 m，Ⅳ，Ⅴ類圍巖進尺為1.2 m(含豎井施工)。由于區間隧道周邊建筑物多為磚混結構較破舊，爆破作業要嚴格控制裝藥量和爆破震動，控制開挖循環進尺。

3.2 施工流程及裝藥結構

炮泥、水袋制作工藝及常規爆破裝藥示意圖見圖1。

水壓爆破裝藥步序圖見圖2。

循環進尺1.5 m上臺階炮眼布置圖見圖3。

3.3 爆破設計及參數(以循環進尺1.5 m為例)

Q=223(1.6/200)(3/1.8)=351 kg。

當掘進深度為1.5 m時(見表1)，光爆眼以內所有的炮眼(包括輔助眼、掏槽眼和底板眼等)，先在炮眼最底部裝一袋水袋，緊接著裝藥卷，藥卷的卷數比常規爆破少一卷，隨之裝兩袋水袋(掏槽炮眼裝三袋)，最后用炮泥邊回填邊搗固直至炮眼口。光爆眼也稱周邊眼，其裝填步驟也是首先往炮眼最底部裝一袋水袋，緊接著按常規爆破裝藥卷，離炮眼口最近的半卷藥定格在距炮眼口80 cm位置，隨之裝兩袋水袋，最后用炮泥回填堵塞到炮眼口。水壓爆破效果見表2，爆破波形圖測試見圖4。

表1 循環進尺1.5 m上臺階爆破參數

表2 水壓爆破效果表

3.4 水袋及炮泥制作

水袋和炮泥采用封口機和炮泥機工廠化制作。水壓爆破所使用的塑料袋，長200 mm，直徑35 mm，厚0.1 mm,有一定的強度，水袋填塞炮眼過程中要防止炮棍沖擊和小碎石摩擦，以避免水袋漏水。封口機，重為75 kg，長0.42 m，寬0.35 m，高1 m，工作電壓220 V，功率0.68 kW，有車輪可以自由移動，操作極其簡便，每小時可加工水袋700個。炮泥成分為土、砂和水，土以不含小碎石塊的粘土為佳，砂以河砂為佳。土、砂、水的比例為0.75∶1∶0.15，按照比例攪合均勻后，放入炮泥機即可，加工成的炮泥應軟硬適中。炮泥過軟，在裝填過程中容易擠出炮眼口；炮泥過硬，在裝填過程中不易搗固碎，造成炮眼堵塞不嚴實。炮泥機重190 kg，長1.47 m，寬0.44 m，高0.54 m，工作電壓380 V，功率4 kW，每小時可加工長200 mm，直徑35 mm的炮泥900根。

3.5 水壓爆破與常規爆破對比分析

隧道掘進水壓爆破與常規爆破相比，具有顯著的“三提高一保護”作用與效果。一是提高炸藥有效能量利用率，即節省炸藥26.7%；二是提高施工進度，每循環提高進尺0.15 m；三是大大提高經濟效益，每延米可以節省費用539.2元，一保護使粉塵濃度大大下降，縮短通風20 min，改善作業環境，保護施工人員身體健康。

除上述爆破效果外，在“四個有效控制”方面，效果極其顯著。

1)有效地控制爆破震動速度，經實測最大震速一般為0.8 cm/s左右，達到了設計文件和業主要求，確保建筑設施安全，確保了地面交通安全和正常運營。2)有效控制了爆破后粉塵濃度，經實測粉塵濃度與常規爆破相比下降了70%左右，避免了粉塵從豎井口逸到了地面上，確保地面上環境不被污染。3)有效控制了掌子面前的溫度，與爆破前相比，不但沒上升反而還下降了5 ℃。4)有效控制了爆破后巖石的塊度，經實測巖石粒徑多為30 cm以下，最大不超過50 cm，十分便于清碴，這對城市地鐵暗挖隧道施工是求之不得的，大大加快了施工效率。

4 施工注意事項

1)施工中要根據圍巖的情況及時調整爆破參數，施工掌子面情況結合施工圖紙和TSP超前地質預報相互驗證，如在掌子面圍巖節理發育、圍巖的走向、滲水等出現異常情況，要對爆破進尺、裝藥量、布炮孔等方面進行優化設計施工。爆破施工前要了解周邊居民情況，進行爆破作業前必須通知相關居民，以免其受到驚嚇，影響周圍住戶的正常生活和工作；2)輔助工作要配套到位才能保證爆破效果，加工成的水袋應不漏水、不滲水，袋中無空氣，挺拔堅硬。加工成的炮泥不軟也不硬。炮泥過軟炮棍搗固時容易擠出炮眼；炮泥過硬炮棍搗固時炮泥不易破碎并堵塞不堅實；3)鉆爆作業人員要培訓，嚴格按照設計要求進行爆破施工。每個炮眼按水袋→藥卷→水袋→炮泥的先后順序裝入炮眼中，炮眼最底部的水袋一定要裝入炮眼最底部，不得留有空隙。水袋與炸藥、炸藥與水袋、水袋與炮泥必須銜接緊密。炮泥回填堵塞一定要到炮眼口，必須邊回填炮泥邊用炮棍搗固密實。搗固炮泥不能用PVC塑料管，它柔軟直徑小，搗固不密實，應用類似鐵鍬把的木棍，長1 m、直徑30 mm左右，用這種木棍搗固炮泥才符合要求。

5 結語

城市爆破施工面臨著管遷、民擾等問題，有別于野外施工作業，經工程實踐，上述水壓爆破設計優化了常規爆破設計施工方案，達到了預期效果，沒有對周邊民房、商業建筑造成損害，減少了城市因素對施工形成的束縛，相反，也減少了施工對城市日常運轉造成的影響，降低了地鐵施工造成的污染，保護了環境，企業創造了良好的經濟效益和社會效益。

[1] 何廣沂.節能環保工程爆破[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[2] 張繼春.工程控制爆破[M].成都：西南交通大學出版社，2002.

[3] 馬乃耀.爆破施工技術[M].北京：中國鐵道出版社，1992.

Application of hydraulic blasting method in subway construction

Li Jian

(China Railway 14th Bureau Group Large-Shielding Engineering Co., Ltd, Wuhan 430000, China)

Taking Xiliu village-Yongping road station tunnel of Qingdao subway line No.3 as an example, combining with hydraulic blasting principles, starting from aspects of design demands, construction procedures, blasting parameters and stemming fabrication, the paper analyzes hydraulic blasting design scheme, and introduces its construction matters, with a view to guarantee the excavation effect.

hydraulic blasting method, subway, vibration velocity, granite

1009-6825(2017)12-0154-02

2017-02-14

李 健(1985- )，男，工程師

U455

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