聚能水壓光面爆破技術在隧道施工中的應用

秦龍飛 張能

摘要：本文結合某高速項目隧道施工實例，詳細介紹了聚能水壓光面爆破的關鍵施工工藝及施工方法，同時提出了相應的爆破效果檢測及爆破設計優化的控制要點，旨在能對同類工程實踐活動提供較大的參考價值。

關鍵詞：隧道；聚能水壓光面爆破；控制要點；實例

1 引言

目前，國內隧道所進行的光面爆破多為常規光面爆破，存在的主要問題是布眼過密、打眼作業占用時間長；光面爆破炮眼中存在藥卷處圍巖容易出現裂縫或者洞穴，干擾了圍巖穩定；且出現超挖，增加了噴射混凝土工程量，導致施工成本增加。聚能水壓光面爆破技術已經歷了理論研究和應用試驗兩個階段。現今已邁入工程示范階段，能夠很好地解決常規光爆存在的問題。

2 聚能水壓光面爆破原理

常規光面爆破技術原理是光爆炮眼中的炸藥爆炸在巖體中傳播應力波產生徑向壓應力和切向拉應力，由于光爆炮眼相鄰之間存在“空眼”，故而在光爆炮眼連線兩邊出現集中度很高的拉應力，超過了巖石的抗拉強度，致使炮眼間的巖體形成的初始裂縫比其他方向厲害的多。此外，爆炸生成的高壓氣體膨脹做功使得初始裂縫延伸擴大，形成平順的爆裂面。

聚能水壓爆破除上述應力波作用外，聚能槽產生的高溫高壓射流，及光爆炮眼中在爆炸作用下水袋產生的“水楔效應”，促使巖石初始裂縫進一步擴大。聚能水壓光爆炮眼依靠水袋炮泥雙重堵塞效果，有效降低了爆炸膨脹氣體的外泄，延長爆炸壓力瞬間作用時間，充分發揮炸藥的爆力和猛度等爆炸性能，提高炸藥的能量利用率，使已形成的裂縫再延伸擴展加大。

3 施工方法

3.1裝藥結構

炮孔的裝藥結構從底部至孔口分別依次為1個水袋、聚能管裝置、2個水袋和炮泥，裝藥結構見圖3-1。由聚能管裝置替代的傳統爆破中的藥卷和傳爆線，炮泥和水袋使用專用的設備進行加工，用于回填堵塞。聚能管的長度結合實際施工炮眼而定，由非金屬材料PVC制成；聚能管由兩個半壁管組成，壁厚2mm，凹進去的槽稱之為聚能槽。聚能管內部的截面尺寸就是炸藥的截面，聚能管裝置中的傳爆線和起爆雷管為施工現場通用的起爆器材。起爆雷管與常規光面爆破相同。

3.2爆破起爆網絡連接圖

采用簇聯起爆網絡。連接方法見圖3-2。其中，二級與三級連接雷管均為ms1。

3.3爆破綜合技術指標

（1）超欠挖控制指標；

（2）設計爆破進尺：3.0m；

（3）提高出碴效率，爆出石碴粒徑不大于70cm；

（4）開挖輪廓圓順、開挖面平整；

（5）炮眼利用率在90%以上，半眼痕保存率在85%以上，并在開挖輪廓面上均勻分布；

（6）兩循環進尺之間的臺階控制在10-15cm。

3.4鉆爆施工

1、施工準備

（1）組裝聚能管裝置：注藥時需要小型空壓機和注藥搶等兩種設備，注藥搶長度45cm，重0.8kg。小型空壓機功率800w，重23kg。半壁管注藥很便捷：

①將藥卷的一端及縱向把包裝皮切開，再沿縱向切開面將兩個藥卷合攏，然后裝到注藥搶筒內，最后擰緊旋轉蓋。

②注藥搶加壓采用小型空壓機，壓力值為0.2MPa；

③手持注藥槍順著半壁管從一端移動至另一端，炸藥就從注藥搶端頭不斷地流入半壁管中，裝好炸藥的半壁管相扣之前，需要在其中斷面尺寸較大的半壁管中安放一根傳爆線，閉合半壁管，按裝起爆雷管，聚能管制作基本組裝完成。為防止能管裝置在填裝過程中發生轉動，確保聚能槽始終對準隧道開挖輪廓面，需進一步在聚能管裝置的兩端套上塑料套圈。

（2）利用水袋加工機現場加工水袋，優點是水袋灌水和封口自動化實現，塑料袋的材料為聚乙烯，水采用干凈的施工用水即可。一個水袋長度為20cm，水袋封口溫度宜控制在130～150℃之間，要求水袋封口嚴密，灌水飽滿。

（3）使用炮泥機設備加工炮泥，砂黏性土做為炮泥的原材料，為了使其有一定的塑性和強度含水率宜控制在12%～20%之間，便于回填堵塞。

2、放樣布眼

結合鉆爆設計炮眼布置圖，測量工作人員使用全站儀精確放樣出每個炮孔位置，并在掌子面上用紅油漆標記出每個炮孔的位置，尤其是掏槽眼與周邊眼的位置，誤差不得超過5cm。

3、鉆孔

采用開挖臺車、氣腿式鑿巖機造孔，在鉆孔過程中保持鉆桿軸線與隧道軸線平行，按照紅油漆標記出的炮孔位置正確鉆孔，先使用短鉆桿進行定位，再使用用長鉆桿進行加深，重點控制掏槽眼與周邊眼的鉆眼精度控制在5cm以內。

4、清孔

在鉆孔完成后進行清孔驗收檢查，具體為將風管通入炮眼孔底實施清孔，借助風壓將孔底的石渣和水份吹出炮孔外。

5、裝藥

不同炮孔選擇相應的裝藥結構，周邊眼采用聚能水壓光面爆破裝藥結構，輔助眼和掏槽眼采用連續裝藥結構。尤其注意藥卷的裝填位置，為提高炮孔利用率和節省炸藥采用反向起爆裝藥。

6、連網起爆：連網起爆與常規光爆連網方式相同。

7、瞎炮處理

當現場出現瞎炮時，應馬上采取警界措施，由爆破專業技術人員一同分析瞎炮產生的原因，拿出處理瞎炮的解決辦法，常見的處理瞎炮措施主要有：炸毀法（誘爆法）、二次爆破法等。

8、排煙、出碴

采用軸流式風機進行隧道排煙，在出碴前需經過技術員現場鑒定后方可進入作業。

3.5爆破效果檢測及爆破設計優化

（1） 爆破效果檢查

主要從以下幾個方面進行檢查分析：

① 超欠挖情況。

② 循環進尺是否達到鉆爆設計要求。

③ 爆出的石碴粒徑是否方便裝碴要求。

④ 開挖輪廓面是否平順。

⑤ 平均線性超挖小于10cm，最大不超過15cm，相鄰兩茬炮臺階小于15cm。

（2） 爆破設計優化

結合每循環爆破后實際效果，分析產生原因以便調整鉆爆參數，提高隧道開挖成型質量。

① 根據圍巖節理裂隙發育、巖性強度情況，調整孔距、藥量，尤其是周邊眼的相關參數。

② 結合爆破后石塊的大小調整相應的參數。若石塊偏小，說明炮孔布置過密；若石塊偏大則說明炮眼過疏，單孔用藥量偏大。

③ 結合爆破振速監測，調整同段起爆最大藥量及雷管段別。

④ 根據掌子面凹凸情況調整鉆孔深度，確保爆破眼底基本處在同一平面上。

4 結語

根據現場實際施工效果來看，聚能水壓光面爆破是值得推廣應用的爆破技術：

（1）減少周邊眼打光爆炮眼40%，并縮短了周邊眼打孔時間。

（2）提高了斷面開挖質量，炮眼利用率在90%以上，光爆的半眼痕保留率在85%以上。

（3）爆破成本降低15%以上，提高經濟效益。

（4）爆破后的粉塵濃度較常規光爆明顯降低，有利于施工人員的健康。

參考文獻：

[1] 程樣國，余瓊.水壓爆破在隧道掘進中的應用[J].隧道建設，2005，25（6）：36～38.

[2] 杜曉蓉.水壓爆破技術在黔桂鐵路定水壩隧道掘進中的應用[J].巖土力學，2007，21（6）：74～75.

（作者單位：中交第四公路工程局有限公司）