淺析隧道水壓光面爆破技術

向忠寶

（中交一公局集團西北工程有限公司， 陜西 西安 710100）

0 引言

常規隧道爆破技術成熟，應用范圍廣，但存在炸藥能量利用低、環境污染嚴重等不足[1]。隧道技術工作者不斷探索新的爆破技術，水壓爆破作為一項新技術最先被中國學者何廣浙提出[2]，并逐步應用地鐵、公路及鐵路等隧道工程實施中[3]。前期室內爆破試驗表明，同樣的裝藥量和炮眼位置，水壓爆破較常爆破切向拉應變提高13%以上，提高炮眼利用率及進尺長度[4]。工程實踐表明，水壓爆破在提高了炸藥能量利用率，提高了施工效率，提高每循環進尺，降低了粉塵濃度，改善洞內作業環境，保護了隧道掘進作業人員的身心健康，存在“三提高一保護”明顯的優勢[5]。隧道開挖施工中采用水壓光面爆破技術，既可提高爆破成形效果，又能滿足工期要求[6]。為進一步優化爆破參數和裝藥結構形式，論文以鐵路隧道水壓光面爆破施工為例，跟蹤了水壓光面爆破與常規爆破二者的實際進尺長度、炮眼利用率、裝藥量、單位炸藥用量、圍巖平均炮痕保存率及爆破后的粉塵濃度等技術經濟指標，從而為同類工程的技術方案比較及工程實踐提供借鑒。

1 水壓爆破施工關鍵技術

隧道水壓爆破是在每個炮眼按先裝炸藥，在裝水袋，然后用炮泥進行堵塞的爆破方法，水壓爆破的鉆孔數量，布眼方式，起爆順序，鉆孔深度都與常規爆破相同，不同的是增加了水袋，然后用炮泥機加工成的“炮泥”填塞。其基本構造布置如圖1 所示。

1.1 水袋的制作

水袋是由KPS-60 型水袋自動封裝機生產而成，采用高壓泵式容積法計量方式進行灌裝，由凸輪機構完成水袋自動熱合封口。水袋機的外型尺寸97×36×100cm，整機功率0.68KW，電源為交流220V，50HZ，一小時可以生產500～600 個水袋。水袋為常用的聚乙烯塑料制成，袋厚為0.8mm 左右，塑料袋是由塑料加工廠加工而成的。

1.2 炮泥的制作

炮泥采用PNJ-1 型炮泥機制作而成，炮泥機重310kg，長1.71 米，寬0.59 米，高1.29 米。炮泥制作就地取材，成本低廉，通過調整配合比，保證炮泥有一定的強度，同時方便炮泥填塞過程易于搗碎，便于孔口封堵密實。炮泥以黏土為主，由水、砂、和粘土三種成分組成，三種成分的重量比例，粘土：砂：水為0.75：0.1：0.15。

1.3 裝藥結構

光爆眼（周邊眼）間隔裝藥結構：炮眼底部裝一節水袋→一卷炸藥→間隔60cm裝入半卷炸藥，采用導爆索（通常說的紅線）串聯，最后半卷炸藥離炮眼孔口80cm→裝入2 個水袋40cm→炮泥回填堵塞40cm 至炮眼口。此處需注意的是周邊眼最后半卷炸藥離炮眼口需控制在80cm。

非光爆眼（除周邊眼外的輔助眼、內圈眼、掏槽眼）裝藥結構：炮眼底部裝一節水袋→比常規爆破每個炮眼少裝一卷炸藥→將PVC 管插入后拿出量測炮眼中上部剩余長度，按照6 中采用“二分之一公式”和四舍五入的原則確定中上部需裝水袋個數（第一次裝藥時確定），裝入對應數量水袋→炮泥回填堵塞至炮眼口。

1.4 水壓爆破技術控制要點

為使節能環保水壓爆破技術能夠起到重要作用，必須嚴格按照“6 大要點”進行控制，即回填堵塞的炮泥必須堵到炮眼口；炮泥必須采用木質炮棍進行堵塞；炮眼口堵塞炮泥長度不得小于40cm；最外面一節炸藥距離炮眼口距離控制在80cm；周邊眼間隔裝藥處必須采用水袋進行間隔；填塞炸藥用的PVC 管必須有距離標記。

2 水壓爆破技術經濟性分析

某新建鐵路，地形地質條件復雜，其中隧道工程8 座，長度13.26km，占全線總長度61%。針對本項目隧道比重大的特點，從改善洞內施工環境，降低粉塵濃度，保護作業人員身體健康，縮短通風時間，降低成本消耗等多角度出發，實施節能環保水壓光面爆破施工技術，效果顯著。以該工程為例，進行了水壓爆破與常規爆破的技術經濟對比分析。

采用節能環保水壓光面爆破后，最高循環進尺達3.1m，平均循環進尺3m；II、III 級圍巖炮眼痕跡保存率達90%以上（其中拱部為93%，邊墻為90%以上）；平均線性超挖控制在8cm 內， 與常規爆破相比，光爆效果顯著提高，具體經濟指標分析如表1 所示。

表1 爆破效果對比分析

通過水壓爆破炮眼裝藥結構的調整，炮眼底部水袋相當于一卷炸藥的作用，而炮孔口距藥卷二分之一長度填塞水袋及炮泥堵口，因水有壓縮性極小，變形能低、熱能損失小特性，爆破時能較均勻的幾乎無損失的把能量傳遞到圍巖，充分提高炸藥能量利用率，其與常規爆破材料用量對比如表2 所示。

表2 單循環爆破器材用量對比表

由表2 可知，水壓光面爆破單循環可節省爆破材料費用約 208 元，平均每循環進尺增加0.2 米，且縮短了隧道通風排煙時間，加快了隧道出渣作業時間。爆破時，炮眼中的水在高溫下被霧化，吸收了爆破產生氣體中的粉塵，起到霧化降塵作用，大大降低了粉塵對環境的污染，改善了洞內空氣質量，為監測水壓爆破與常規爆破后隧道掌子面粉塵含量變化情況，保護作業人員健康。爆破后10min 對爆破中心范圍內進行了粉塵濃度連續監測，監測結果如表3 所示。由表3 可知，水壓光面爆破比常規爆破粉塵濃度最高降低了96.46%，降塵效果明顯。

表3 粉塵濃度監測記錄表

3 小結

水壓爆破具有節省炸藥、加快施工進度、縮短通風時間、改善洞內施工環境環境方面等優勢。根據文中的工程案例，相同的開挖斷面、炮眼布置和鉆孔深度下，水壓爆破循環進尺每循環可提高0.2cm；炮眼利用率由常規爆破的81%可提高到93%，每循環節省炸藥約20kG，通風排煙時間由原來的40 分鐘縮短為10 分鐘。