水壓爆破技術在泥質砂巖特長隧道開挖中的應用

曹 宗 軍

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610016)

1 概 述

四面山特長隧道進洞口位于重慶市江津區柏林鎮沙河村境內，隧址區屬剝蝕中低山地貌區。隧址區處于石龍峽背斜西翼，為單斜構造，未見次級褶曲和斷層，構造簡單。四面山隧道為分離式和一般小凈距組合式隧道，左洞長4 880 m，右洞長4 875.35 m。隧道穿越地層為砂巖、泥巖互層，圍巖差，主要為Ⅳ級和Ⅴ級圍巖，采取雙洞雙向掘進施工。隧道拱高7.05 m，上半圓半徑為5.45 m的三心圓曲邊墻結構，凈空面積(含仰拱)64.28 m2，周長(含仰拱)31.17 m。四面山進出口各布置6臺、22 m3/min電動空壓機，各安裝2臺110 kW×2型軸流風機通過φ1.6 m雙抗軟風管(阻燃、抗靜電)將新鮮空氣送至洞內，分別配置2臺630 kVA和2臺800 kVA變壓器。

四面山特長隧道由于隧道洞深長，使用常規爆破法爆破產生的煙塵較大，通風排煙效果差，排煙持續時間長，隧道能見度低，導致爆破開挖過程中施工循環時間長，進而制約了隧道的施工工效。隧道內的車輛穿行存在著極大的安全隱患，亦極大地影響施工環境及作業人員的身心健康，鑒于此，項目部研究并最終采用了水壓爆破技術。

2 水壓爆破技術原理

采用手風鉆鉆孔，楔形掏槽，周邊孔間隔裝藥光面爆破，在傳統的爆破參數上改變了爆破孔裝藥結構，在崩落孔孔底塞一節水袋，在傳統裝藥數量的基礎上減少了一節藥卷，孔口塞入2節水卷。通過爆破產生的氣體切割巖石，同時爆破氣體擠壓水卷形成水楔，形成孔內二次抨擊，利用水這種穩定介質進一步切割破碎巖石達到爆破效果。同時，爆破產生的水霧在巖石表面形成水膜覆蓋、粘結爆破粉塵在巖石上，進而達到降塵的效果。

在不影響工序時間、不改變爆破孔參數的前提下，通過在爆破孔內不同部位填塞爆破水卷、改變孔內一定的裝藥結構，利用爆破壓力在水中傳播的爆破應力波對水的不可壓縮性使爆炸能量經水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無損失，十分有利于巖石破碎。同時，水在爆炸氣體膨脹作用下產生的“水楔”效應通過炸藥爆破擠壓使爆破孔內的水形成二次抨擊，有利于巖石進一步破碎，進而達到降低炸藥單耗的效果。

同時，通過爆破產生水霧、水膜包裹巖石從源頭上控制了爆破產生的煙塵，大大降低了粉塵對環境的污染。

該項技術不延長工序時間，降低炸藥單耗約0.1 kg/m3，所縮短的通風時間較傳統通風時間減少了一半。

爆破水袋的基本情況：

用于水壓爆破的擠壓式自動封口圓條形水袋構造見圖1、2。

(1)袋口收縮囊；

(2)袋口水泡鼓包；

(3)袋口反壓進水口；

(4)圓條形儲水袋。

圖1 水壓爆破的擠壓式自動封口水袋構造圖

圖2 用于水壓爆破用的擠壓式自動封口圓條形水袋

工作原理：節能環保隧道水壓爆破技術是按一定的爆破裝藥結構向爆破孔內塞入條形水袋(水卷)以提高爆破效率及排煙降塵作用。該爆破水袋設計的要點是需將孔口進行內反包以通過在水袋袋口位置設置兩個收窄口，在水袋充水過程中將水反向擠壓至孔口反包層中，水袋充水越多，壓力越大，孔口反包層內擠入的水越多，袋口通過擠壓收縮更緊，從而達到水袋儲水和自動封口的效果。采用該自動擠壓式封口水袋省去了水袋封口機及人工封口工序，大大提高了爆破水袋(水卷)的生產效率。

常規的人工裝水袋后需要進行機械封口，但封口后的水袋內必然存在一定、未能充滿的空間進而導致爆破水袋不夠飽滿、圓潤，影響使用效果，而通過采用擠壓式封口水袋，充水越多、水壓越大，水袋越飽滿、封口越緊致，更有利于塞入圓形的爆破孔中，裝填更加容易。

3 水壓爆破技術的應用

該項技術已經應用于重慶江習高速工程四面山特長隧道，圖3、4為隧道現場爆破效果。該項技術經過近一年時間的使用，對隧道施工爆破煙塵的排放、環境質量的改觀、縮短施工工序等起到了重要作用，取得了較好的效果。

圖3 用于隧道的爆破水卷

注：此為Ⅴ類圍巖呈成層狀分布且節理較發育圖4 水壓爆破現場效果圖

4 水壓爆破與常規爆破效果之比較

4.1 能見度及排煙時間比較(表1、2)

通過將常規爆破與承壓爆破降塵及通風時間進行對比(表1、2)，分析并得知水壓爆破具有顯著的降煙及降塵效果。

4.2 經濟比較分析(表3)

(1)使用水壓爆破技術每延米節省的費用。

①火工品節省的費用(炸藥/雷管)；②人工費節省的費用；③節約的電費(通風風機)。

(2)使用水壓爆破技術每延米需另外支出的費用。

①制作炮泥、水袋的人工費；②水袋費用；③制作炮泥的土砂費用；④電費(設備)。

由表3中的合計2-合計1=52 891 257-6 186 067=6 705 190(元)=670.52(萬元)

由表3之比較得知，水壓爆破節約費用達670.52萬元，經濟效益顯著。

表1 常規爆破與水壓爆破效果比較分析表

表2 常規爆破與水壓爆破參數分析表

表3 常規爆破與水壓爆破經濟分析比較表

5 結 語

采用水壓爆破技術后，隧道施工的環境質量明顯變好，巖石塊度變小，通風時間縮短，炸藥單耗變小，極大地提高了施工效率，降低了施工成本，對特長隧道爆破施工降塵積累了大量經驗及試驗數據，為后續同類型工程施工及技術研究提供了參考性模板。

參考文獻：

[1] 公路工程技術標準，JTG B01-2014[S].

[2] 公路工程施工安全技術規范，JTGF9—2015[S].