聚能+水壓光面爆破技術

周 佳，李 明，李 斌，張 川，蔡 欣，王龍飛

(中交二公局第三工程有限公司， 陜西 西安 710016)

1 應用背景

寶雞至坪坎高速公路是銀川至昆明高速公路(G85)的組成部分，隧道位于陜西省寶雞市秦嶺天臺山，隧道從北向南穿越秦嶺主山脊，隧道全長15.56 km，設計標準為雙向六車道，設計速度80 km/h，通過1#有軌斜井輔助正洞施工第二區段3.185 km。主斜井縱坡-40.175%，全長868.694 m，副斜井縱坡-36.153%，全長962.706 m。

斜井坡度大，常規爆破開挖鉆孔數量多、勞動強度大、爆破后排煙困難并且爆破后輪廓面極不平順，通過對聚能爆破、水壓爆破開挖工藝的優缺點研究總結，在工藝原理、鉆孔數量、裝藥結構、經濟性等方面深度優化創新。形成新型聚能+水壓爆破開挖工藝。

2 常規光面爆破開挖工藝

項目隧道開挖在改換爆破掘進工藝之前運用常規爆破掘進工藝施工，其周邊眼間距為35～45 cm；輔助眼和掏槽眼滿填裝藥。常規爆破掘進工藝起爆后，隧道輪廓面參差不齊，極不平順，超欠挖現象嚴重。

3 聚能+水壓光面爆破原理

聚能爆破是周邊眼采用聚能管加水袋和炮泥代替傳統的炸藥，使爆炸釋放的能量具有矢量性，極大提高炸藥爆炸能量由自由發散性向定向性的轉變。爆炸瞬間在巖體中除爆破產生的徑向壓應力和切向拉應力通過聚能槽切割巖石形成光面效果，爆破后隧道輪廓面平順，炮眼保留率高，超欠挖良好。

水壓爆破是輔助眼、掏槽眼內安裝水袋和炸藥、孔口用炮泥堵塞，炮泥堵塞孔口更好的提高了炸藥效能，孔內安放水袋減少了炸藥的使用量，水袋在爆破過程形成水楔效應，更好的切割圍巖，有效地控制了渣石粒徑。炮眼里放置的水袋在爆炸過程中瞬間形成水霧，使洞內爆破粉塵含量大大降低，起到改善作業環境，提高洞內空氣質量作用。

4 聚能+水壓光面爆破開挖工藝

周邊眼聚能爆破將乳化炸藥均勻涂放在聚能管內，經過人工組裝制成成品聚能管。周邊炮眼間距可布到80 cm孔深3 m，周邊炮眼底部安裝一節水袋，然后安裝聚能管，再安裝一節水袋，最后用炮泥封堵炮眼口，其炮眼裝藥結構如圖1所示，根據圍巖的節理、裂隙發育情況其周邊眼間距可適當調整。

輔助眼、掏槽眼水壓爆破是在炮眼中用水袋代替部分炸藥，最后用炮泥堵住孔口，孔深3 m，其裝藥結構示意圖見圖2。

圖1 周邊眼聚能爆破裝藥結構(單位：cm)

圖2 輔助眼、掏槽眼水壓爆破炮眼裝藥結構(單位：cm)

5 聚能+水壓爆破創新之處及優點

5.1 聚能+水壓爆破創新之處

(1)解決了行業隧道施工一直存在的超欠挖難題。

(2)充分結合爆破中聚能管使爆炸能量聚集發揮，使炮眼內炸藥釋放的能量由自由散發向定向性的轉變。水壓爆破中水袋的水楔效應進一步破碎巖石及水霧降塵的優點。

5.2 聚能+水壓爆破優點

工程進度方面：聚能管光面爆破，周邊炮眼間距增大1倍，炮眼數量減少50%，鉆孔所用時間縮短，節省工人作業量，功效提高。

施工成本方面：聚能水壓光面爆破主要是降低成本。分析比較：一使用這項新工藝所耗的鉆爆費用與常規爆破對比分析見表1；二是圍巖初支噴射砼方量對比分析見表2。

表1 常規光爆與聚能水壓爆破光面眼鉆孔費用對比

注:每延米費用根據有軌運輸斜井現場統計每班開挖工人工資、鉆頭鉆桿消耗量及水電費計算得出

由表1分析可知，聚能水壓光面爆破每延米鉆爆費用比常規光面爆破節省成本費用984.37元，即節省38.14%；聚能水壓光面爆破比常規光面爆破每延米節省噴射砼量費用為345.6元，即節約22.64%。

質量方面：使用聚能+水壓光面爆破后圍巖面平順光滑，無超欠挖現象，并且圍巖穩定，無剝落現象。輔助眼和掏槽眼爆破后無殘留啞炮，石渣細碎，滿足有軌運輸要求。

通過使用聚能+水壓爆破新工藝，使炸藥釋放的能量具有矢量性，極大提高炸藥爆炸能量由自由發散性向定向性的轉變，與常規爆破相比周邊眼數量減少約1/2，而且聚能管裝置上的塑料套圈使其在炮眼中固定，爆破能量集中沿聚能槽釋放，切割巖體，大大降低對隧道圍巖影響深度，對保障圍巖的穩定十分有利；輔助眼和掏槽眼采用水壓爆破，炮眼中的水袋節省部分炸藥，有效控制巖石粒徑，而且水霧可以起到降塵作用。

6 結語

本項目通過聚能+水壓爆破技術的應用，與常規爆破相比展現出其優越的效果。解決了行業隧道施工一直存在的超欠挖難題，使開挖輪廓平順，并且提高了隧道開挖質量，降低了施工成本，改善了作業面環境。聚能爆破和水壓爆破技術相結合，使炮眼內炸藥釋放的能量由自由散發，向定向性的轉變，該創新應用目前在行業內已經初步取得認可。項目先后迎來了寶坪全線單位、陜西省交通運輸廳、中交集團、交通部等單位的觀摩學習，在后續的實際生產中將會為企業和行業產生良好的經濟及社會效益。