隧道掘進水壓爆破在鐵路隧道的應用

李增藝

摘要：水壓爆破技術由于施工速度快和價格低的特點，在鐵路隧道建設方面大范圍應用，但是并不是在所有的隧道爆破中都實用，比如說在土質較差的環境中，需要減少對周邊環境的影響，使用安全高效的控制爆破振動裝置來減少對外部環境影響。目前來說，城市地下工程設施較多，所以對爆破要求越來越高，過去的常規爆破已經無法滿足地下施工要求，所以水壓爆破技術因其“三提高一保護”的優勢得到廣泛應用與推廣。本文針對水壓爆破技術現狀、優勢以及使用進行介紹，便于掌握水壓爆破技術，建設優秀鐵路建設。

Abstract： The water pressure blasting technology because of the characteristic of the construction speed and low price， wide range of application in railway tunnel construction， but not in all of the tunnel blasting are practical， such as poor in soil environment， the need to reduce the impact on the surrounding environment， the use of safe and efficient control blasting vibration device to reduce the external environmental impact.At present， urban underground engineering facilities is more， the blasting demand is higher and higher， so the past conventional blasting has been unable to meet the requirements of underground construction， so the water pressure blasting technology because of its "SanDiGao a protection" advantage is widely used and promoted. This paper introduces the current situation， advantages and use of water pressure blasting technology， so as to master hydraulic blasting technology and build excellent railway construction.

關鍵詞：隧道建設；水壓爆破；爆破應用

Key words： tunnel construction；hydraulic blasting；blasting application

中圖分類號：U455.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0220-03

0 引言

水壓爆破顧名思義，就是在爆破的裝置上添加水袋，用專用設備制作的炮泥回填堵塞，利用水帶中的水作為爆炸傳導介質，體現三提高一保護的優越性。三提高一保護指節省炸藥、加快施工進度、節約成本和保護環境。水壓爆破技術實際上廣泛應用與地下工程施工，為滿足對施工高標準嚴要求，水壓爆破技術成為工程爆破的一項技術指標。同水壓爆破和常規爆破相比較來說，水壓爆破在技術和環保方面更有優勢。

1 水壓爆破現狀

1.1 應用及發展

水壓爆破技術在一開始使用在城市拆除爆破工程。在40年代末期時，挪威和瑞典等走在技術前端的高新城市就使用過水壓爆破拆除裝置的實驗，并且取得首次成功。在50年代時，水壓爆破技術得到推廣；后來到了70年代末，日本發明了ABS法，其實際應用結果表明：水壓爆破技術能夠降低對環境的污染，是一種無公害爆破技術。

我國應用水壓爆破技術從50年代開始投入應用，大范圍使用在70年代末到80年代初的一段時間，在八十年代初時，山東萊蕪鐵礦在爆破時使用水壓爆破技術應用于大塊的二次破碎作業，解決由于是在露天鐵礦而距離高建筑物的距離比較近，安全距離較短，影響施工安全。

1.2 國內實際應用

1984年，中國科技大學使用水壓爆破技術將一棟三層大板樓成功炸倒；鐵道部工程指揮處使用水壓爆破技術拆除85和131工事；1995年，西安礦業學院使用水壓爆破工程西拆除了一座容量達到3000t的水塔，在2014年，我國的成貴鐵路項目中，在全長41.37公里的鐵路當中，包括了隧道11座。為了使鐵路隧道快速、環保的進行掘進，該項目的部門經理決定使用水壓爆破技術。隧道掘進水壓爆破技術經過我國實驗專家的多次實驗，經過了十幾年的推廣以及使用，通過實踐證明，水壓爆破技術改善了利用炸藥能量和爆破導致的污染環境，凸現“三提高一保護”的優越性。這些工程的實際應用為我國的水壓爆破后期應用發展奠定了良好基礎。

1.3 工程概況

衢寧鐵路松陽隧道位于浙江省麗水市松陽縣境內，起始里程DK97+211～DK110+377.5，全長13.1665公里，為單線單洞隧道，采取兩個斜井和一個明洞共三個工區進行施工，全部由中鐵十二局集團第四公司有限公司承建。大路下斜井長1155米，位于線路前進方向右側，與正洞交點里程為DK102+500，向大里程方向施工3045m，向小里程方向施工2110m，單口通風最長距離將達4200米；孔槽源斜井長984米，位于線路前進方向右側，與正洞交點里程為DK108+520，向大里程方向施工1858m，向小里程方向施工2975m，單口通風最長距離將達4200米。隧道開挖采用普通的爆破開挖會延遲開挖進度，同時，通風距離遠、通風效果差、洞內作業環境惡劣，影響工作人員健康等施工環境原因導致施工進度下降。在此情景下使用水壓爆破技術，降低工程資金成本，加快施工的進度，對施工工程進展具有重要意義。

1.4 水壓爆破工藝以及流程

水壓爆破技術在隧道掘進工作中，可以有效控制爆破時的飛石，由于爆破導致的空氣沖擊波，爆破時由于炸藥發揮導致的振動以及揮發的有毒氣體。水是整個爆破過程中的傳播介質，具有密度大、不可壓縮性、傳播速度快等積極特性，在爆炸瞬間利用爆炸的沖擊力同時形成大量水分吸收塵土和有毒氣體。

水壓爆破工藝流程與普通的爆破在本質上是相同的，只不過再事先準備好爆破所需要的炮泥和水袋，按照準確的爆破程序分別裝入水袋和炸藥，緊接著用炮泥堵塞。

用衢寧鐵路浙江段先期工程松陽隧道為例，全程采用綠色環保技術。以“濕法”鉆孔、非電起爆手段進行現場爆破施工。在衢寧鐵路浙江段先期工程松陽隧道當中，隧道掘進水壓爆破技術的成功應用，提高了炸藥能量利用，提升工人的施工效率，減少施工時間，經濟和社會效益顯著增加。

2 水壓爆破技術特點

2.1 水壓爆破技術原理

水壓爆破使用具有不可壓縮性液體作為爆破介質，炸藥產生的高溫高壓氣團通過介質傳遞到被炸的圍巖上，為了充分利用炸藥能量，將水和炮泥復合堵塞到炸破地點，有利于巖石炸破時的破碎，原理就是水霧化后與炮泥堵塞，降低空氣中的沖擊波力度和爆破時振動強度，同時改善了由于爆破產生的煙塵，降低煙塵在空氣中的含量。

2.2 水壓爆破技術與常規鉆爆法技術對比分析

隧道掘進式水壓爆破技術與普通爆破技術在掏槽形式、炮眼位置布置、炮眼布置數量、炮眼布置深度、爆破順序和爆破時間間隔等一系列參數都是相同的，只不過增加的是炮泥、水袋還有炸藥等長度的設計不同。而圍巖的破碎是因為炸藥的爆炸產生的爆炸氣體膨脹作用導致的結果。

3 水壓爆破技術的推廣

為了在我國范圍內廣泛的推廣水壓爆破技術，指揮部成立“水壓爆破技術領導小組”組織，計劃制定多方面的推廣模式，在推廣過程中需要選定水壓爆破試點，首先選用松陽隧道孔漕源斜井為試點。經過一段時間的水壓爆破使用，首先顯現的就是“三提高一保護”的作用。經過施工工人的采訪中了解到的直觀感受就是降塵方面發揮的很明顯，降塵速度快，水壓爆破大大改善了洞內作業的環境，工人的施工思想轉變，由一開始的抵觸工作經過改善后改變到目前的要求使用水壓爆破裝置的局面，這一形成局面直接影響整個施工狀態。目前來說，我國國內隧道建設超過一千米的隧道已經完全使用水壓爆破技術進行爆破，將后期需要使用的水袋、炮泥以各個工區為不同單位進行集中化管理，統一領用。

4 實施水壓爆破效果分析

①自從使用了水壓爆破，在隧道口中一共施工循環施工了40次，總共挖掘長度為136米，為了比較普通爆破和水壓爆破的爆破效果，常規的爆破時間間隔也循環40次，總共挖掘長度為120米，其中挖掘過程中圍巖的地質級別相同，均為Ⅱ級凝灰巖，設計的挖掘進尺均為3.1米。常規的爆破在循環爆破中每次爆破平均進度為3米；水壓爆破中爆破評論進度為3.4米。應用水壓爆破裝置后的進度增加幅度為每循環提高0.4米。

常規的爆破使用的炮眼在爆破時使用利用率為83%，水壓爆破的炮眼在爆破時使用利用率為95%，單位消耗炸藥量降低。在通風指數中的時間由原先的40分鐘縮短為10分鐘。

由以上指數可以得出水壓爆破在一定程度上節省炸藥使用量、加快施工進度、縮短施工環境通風時間、改善施工作業環境。

②根據以上常規爆破和水壓爆破的指數分析對比，在相同的開挖面積中，使用的炮眼以及開挖程度都相同的情況下，使用水壓爆破裝置進行爆破比普通的爆破裝置進行的爆破每個循環中提升0.4米的開挖進度；每個循環中使用的炸藥，水壓爆破都會比普通爆破節省。水壓爆破比普通爆破節省炸藥約23.1kg，每爆破一立方將會節省使用炸藥0.21kg；爆破后的通風過程時間減少半個小時。結合以上數據進行分析得出，采用水壓爆破裝置，將會節省火工用品約267元人民幣，人工雇傭費約223元人民幣，電費節省30元人民幣左右，制作水壓爆破裝置支出大約60元人民幣。通過計算分析，將會節省大約460元人民幣左右。

經過以上數據分析，在松陽隧道爆破工作中，可以節省大量的費用和時間，利用數據推出：如果按照水壓爆破向前炸通170米，按照計算可以鉆爆六個循環，可以縮短工期40-60d。

5 水壓爆破使用應用總結

水壓爆破裝置經過改裝、試用、推廣等手段，實力證明了水壓爆破裝置相比較普通裝置的優越性，與以往的爆破裝置相比更加體現了水壓爆破裝置的“三提高一保護”的重要性。水壓爆破裝置可以說是真正意義上的“環保綠色爆破”，完全符合了我國根據國情所提出的可持續發展戰略。水壓爆破技術的發展前景廣闊，在眾多爆破技術領域里都可以投入使用。因此，從應用試點實驗和推廣效果來說，水壓爆破技術經得住實際檢驗，在爆破事故中有著顯著的效果，值得推廣發展的一項環保技術。

在使用水壓爆破裝置時會存在一些問題：

5.1 炮泥加工制作問題以及處理方法

炮泥在使用過程中容易斷裂開，影響炮泥的正常使用，原因是炮泥當中所含的砂漿比較高，為了使炮泥不容易斷裂可以重新對炮泥原料進行調配，在炮泥制作中增加粘土的含量可以有效解決炮泥斷裂問題。建議調配比例為黏土：砂土：水的比例為0.78：0.06：0.16。

形成器中炮泥堵塞，是由于成型器中的拌料在存放時間過久后內部水分流失導致的拌料干結，堵塞了形成器，再解決這項問題時只需要將形成器的端頭寫下來以后清理形成器內部的遺留拌料，用清水洗凈后重新安裝形成器零件，也可以采用保濕機器的方式防治形成器內部拌料缺失水分。其中料斗不下拌料也可以使用同樣的方法解決問題。

5.2 水袋加工制作問題以及處理方法

水袋的供水情況不佳時可以檢查裝置螺母的松緊情況，或者是單向閥門內留有異物導致的流失水分或是堵塞水袋供水，檢查進水管的密封情況等解決供水狀況。

在封口處如果有漏水和滲水的情況可能是溫控調節系統有問題，或是封頭處的耐高溫膠布損壞等。水袋如果一直運作，可能是開關出有損壞需要更換。

通過水壓爆破技術裝置的使用，凸顯了其“三提高一保護”性能，在推廣水壓爆破工藝時不僅僅解決的有技術上的問題，還需要解決的有工人思想認知問題，一系列系統工程的完善有利于水壓爆破技術的長期使用。

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