隧道Ⅱ,Ⅲ級圍巖光面水壓爆破技術試驗研究

東 懷 正

(中國鐵路總公司拉林鐵路建設總指揮部，西藏 林芝 860100)

隧道掘進光面水壓爆破技術是結合隧道掘進光面爆破和水壓爆破兩項技術應用于隧道掘進施工的新技術，是一種創新技術，也是未來隧道快速掘進發展的趨勢[1]。

拉林鐵路新建正線全長403.14 km，橋隧總長300.98 km，橋隧比為74.7%。其中：隧道47座216.47 km，占線路長度53.7%；10 km以上隧道6座83.64 km，5 km以上隧道9座75.24 km，3 km以上隧道5座20.94 km。根據設計勘測資料，長大隧道Ⅱ,Ⅲ級圍巖長度為81.1 km，占長大隧道長度的45.1%。為了加快隧道掘進速度，降低成本，提高施工質量，增加效益，改善作業環境，保護施工人員身體健康等多方面因素，拉林鐵路于2016年3月選 取布喀木隧道橫洞實施光面水壓爆破試驗。

布喀木隧道橫洞全長1 695 m，橫洞與隧道小里程方向平面夾角90°,單車道斷面凈空尺寸為5.0 m×6.5 m(寬×高)，錯車道斷面凈空尺寸為7.5 m×6.2 m(寬×高)。橫洞埋深大，Ⅱ級圍巖1 450 m,Ⅲ級圍巖170 m,Ⅳ級圍巖70 m,Ⅴ級圍巖5 m。

1 光面水壓爆破定義及意義

1.1 水壓爆破定義

水壓爆破是將炸藥置于受約束的有限水域內，當炸藥爆炸時，利用水的能量傳遞性和不可壓縮性，將壓力均勻的作用于介質上，使介質達到破碎的一種爆破技術。

1.2 水壓爆破目的與意義

通過進行隧道水壓光面爆破技術研究，主要解決以下問題：1)光爆效果及表面平整度的控制;2)開挖輪廓得到控制，可避免出現二襯混凝土超耗；3)節省炸藥用量；4)增大循環進尺；5)減少通風時間，增強降塵效果。最終形成一整套適用于Ⅱ,Ⅲ級圍巖水壓光面爆破技術，為類似環境及條件隧道施工提供理論依據及參考經驗。

2 光面水壓爆破施工工藝

光面水壓爆破與普通光面爆破工藝流程基本相同[3]，光面水壓爆破要事先加工好炮泥和水袋，在裝藥時按照設計的裝藥結構依次裝入水袋、炸藥、水袋，最后用炮泥堵塞[4]。

水壓爆破設計→整理工作面→測量放線→布設孔位→鉆孔施工→測量實際孔距孔深→計算藥量與裝藥結構→水袋、炮泥加工→裝藥回填炮泥→聯接起爆網絡→人員、機械設備撤離警戒→起爆→通風→檢查分析爆破效果。

3 光面水壓爆破設計實例

布喀木隧道橫洞主要以片麻巖為主，隧道主要以Ⅱ級圍巖為主，采用全斷面開挖施工工藝，斷面面積為42.72 m2，斷面總的炮眼數量設計為115個，周邊眼、輔助眼設計深度為3.5 m，掏槽眼設計深度為4 m，見圖1。

常規鉆爆全斷面每循環裝藥144.8 kg，炮眼孔口未堵塞。采用光面水壓爆破參數設計與常規鉆爆一樣，不同的是在裝藥結構，裝藥時間隔增加了水袋和孔口炮泥。

經現場試驗確定，光面水壓爆破的裝藥量比常規爆破節省，掏槽眼減少裝藥5.2 kg，輔助眼減少裝藥10.4 kg，周邊眼減少裝藥4.1 kg，底板眼減少裝藥1.8 kg，每循環節省炸藥21.5 kg，見表1。

表1 布喀木隧道橫洞常規/水壓爆破參數對比表

4 實施效果分析

4.1 技術指標分析

布喀木隧道橫洞使用常規爆破平均每循環進尺3.1 m。自2016年3月16日使用光面水壓爆破技術至2016年5月1日，共施工47 d，已掘進了389 m共計118循環，平均每日掘進8.28 m，每循環掘進約3.3 m。與常規爆破相比，每循環提高進尺0.2 m。

光面水壓爆破比常規爆破單位耗藥量降低了20%，通風時間從40 min縮短為10 min，由此可見光面水壓爆破在減少炸藥用量、提高循環進尺、縮短通風時間、改善洞內施工環境等方面具有突出的優勢。

4.2 經濟指標分析

通過常規爆破與光面水壓爆破對比分析，在相同的條件下，光面水壓爆破比常規爆破每循環開挖進尺多0.2 m，每循環節省炸藥21.5 kg，由于通風時間減少，爆渣集中，出渣時間相應也減少，提高了施工進度。

4.2.1使用光面水壓爆破每延米所節省的費用

1)火工品節省的費用。布喀木隧道橫洞開挖斷面面積為42.72 m2。炸藥的單價為14.8元，每循環使用118個雷管，共計1 865.49元。

隧道每開挖1 m節省炸藥：

(144.8÷3.1-123.3÷3.3)×14.8=138.32元。

隧道每開挖1 m節省雷管：

1 865.49÷3.1-1 865.49÷3.3=36.47元。

合計開挖每延米節省火工品費用：

138.32+36.47=174.79元。

2)人工費節省的費用。每循環進尺提高0.2 m，開挖斷面42.72 m2，每開挖一方開挖班組工資為55元。

0.2×42.72×55÷3.3=142.4元。

3)施工用電節省的費用。隧道開挖使用三臺功率為132 kW的空壓機，每循環鉆孔時間為3.5 h；一臺通風機功率為264 kW，采用水壓爆破前后的通風時間分別為40 min和10 min，電費為1.2元/度，每開挖1 m節省費用：

132×3×3.5×1.2÷3.1-132×3×3.5×1.2÷3.3+264×2/3×1.2÷3.1-264×1/6×1.2÷3.3=84.6元。

合計節省費用為174.79+142.4+84.6=401.79元。

4.2.2使用光面水壓爆破每延米另外支出的費用

光面水壓爆破設備的一次性投入為炮泥制作機和封口機的費用很低，炮泥機到場費用為5 000多元，封口機6 000多元。

1)制作水袋、炮泥的人工費用。制作水袋需要1人，制作炮泥需要3人，每人按150元/d的工資計算，每天是可以制作6個循環使用的炮泥和水袋，折合每延米支出費用：

150×4÷3.3÷6=30.3元。

2)水袋費用。水袋每個0.2元，每延米費用：

(13×5+61×6+41×5)×0.2÷3.3=38.5元。

3)制作炮泥的土砂費用。土砂每方40元，每方土砂可制作炮泥1 200 m，合計6 000根，每循環使用521根，可使用11.5個循環，每延米增加費用：

40÷11.5÷3.3=1.1元。

4)封袋機、炮泥機的電費。每天工作平均工作4 h即可滿足施工需求，炮泥機功率為4 kW,封袋機功率為0.68 kW,電費1.2元/度，每天施工水袋、炮泥的電費：

(4+0.68)×4÷3.6×1.2=4.9元。

使用光面水壓爆破每延米需另外支出的費用合計為：

30.3+38.5+1.1+4.9=74.8元。

4.2.3經濟效益分析

根據以上匯總數據分析，將以上每延米節省的費用合計，除去每延米另外支出的費用后，采用光面水壓爆破每延米可節省費用: 401.79-74.8=326.99元。

4.3 社會及環境效益分析

當今社會提倡低炭、節能、環保，隧道掘進采用光面水壓爆破提高了炸藥利用率、施工進度、經濟效益，保護了作業環境，另外在降低粉塵含量，減少對環境的污染，保護施工人員的身體健康等方面優勢十分明顯，社會、環境效益顯著。

5 結語

經過現場試驗對比，光面水壓爆破對Ⅱ級、Ⅲ級圍巖的爆破效果，要優于Ⅳ,Ⅴ級圍巖的爆破效果，隧道Ⅱ級、Ⅲ級圍適合大面積使用光面水壓爆破。但在Ⅳ,Ⅴ級圍巖的開挖施工中，仍需要進行試驗總結，進一步調整裝藥結構，總結出適用于Ⅳ,Ⅴ級圍巖的光面水壓爆破參數，并推廣應用。