城市景區隧道水壓爆破試驗研究及技術經濟分析

陳燕青CHEN Yan-qing；王建望②WANG Jian-wang；李利強LI Li-qiang；張鋒ZHANG Feng

（①中鐵一局集團有限公司，西安710055；②延安大學，延安716000）

0 引言

這種水壓爆破法相對以往的來說其優點是可以較快的擊碎巖石，同時還可以降低灰塵，達到保護環境的作用，使用該裝置時在炮眼中加入適當的水，這就是水壓爆破區別于其他爆破方式的點，注水的同時，用特殊材料研制的泥炮來堵住炮眼，由于水和泥炮的作用，增強了爆炸時產生的波，從而產生更大的力震碎石頭，爆炸產生的氣體也比普通爆破產生的氣體多，由此達到降塵的效果。

1 工程概況

這次爆破的的隧道名叫紫之隧道，爆破地點位于隧道的東線上面，里程K5+017～K6+845，隧道長度1828m，處于西湖西山國家森林保護區內，毗鄰景區游步道，對工程爆破防護和有害效應控制要求較高。這次需爆破的路段巖石主要是粉砂巖和細砂巖，這兩種巖石性質較松，容易爆破。由于爆破地點在景區，需要考慮環保等等因素，所以采用水壓爆破的方式進行爆破，團隊針對該地區的巖石情況設計爆破方案，經過勘測表明，該地區圍巖斷層深埋，再加上巖石破碎等等，采用臺階式開挖，開挖循環進尺3m。

2 水袋、炮泥的加工

由于這種水壓爆破方法的可靠性，爆破過程中用到的水和炮泥就顯得十分重要了，所用到的水袋是根據爆破時的炮口的大小特別定制的，爆破時根據需要現場制作，而泥炮則是采用黃土和泥沙配比調制而成的。

2.1 炮泥加工

制作泥炮的機器是河南鄭州某廠的泥炮機，隧道爆破現場的管口直徑為40mm，所以我們制作的泥炮直徑應該略小于這個直徑，大概在36mm 到38mm 之間，制作泥炮的泥土可以根據爆破地點就地取材，不過前提是要將泥炮中的雜質過濾出去，大小顆粒物均清除干凈，然后灑水保濕，保持兩三天后再根據不同的土質調整泥土濕度，再將合適濕度的泥土制作成泥炮。

圖1 炮泥機加工泡泥

2.2 水袋加工

水袋的加工過程也十分重要，加工過程如下：同泥炮制作一樣，水袋制作也需要注意直徑的大小，水袋外面塑料層的制作是根據管口直徑特殊定制的，爆破現場使用時還要采用封口機和灌水機進行封口和灌水，灌水之前將管道中的空氣排干凈再灌水，用封口機進行塑封。封口機用的是浙江溫州某廠的塑封機，還有要注意的是，灌水的時候盡量灌得飽滿。

具體的泥炮和水袋的數量和尺寸還要根據現場施工的具體情況來定，制作泥炮和水袋使用的機器也要根據現場的情況進行安裝。要保證爆破現場的施工持續穩定，要對加工水袋泥炮的加工工人進行培訓，以保證施工的持續進行。

圖2 水袋封口機

3 爆破試驗

進行正式隧道爆破之前必須要進行爆破實驗，實驗的目的是盡可能的優化爆破結構，達到保護環境和節約材料的作用。

圖3 水袋封口機加工水袋

圖4 加工完成水袋

優化方案如下：

①改變裝藥量，改良后的水壓爆破與傳統的爆破相比爆破裝置的結構上面沒有變化，僅僅是把藥量減少了，在炮眼中加入水袋，并且在炮筒尾部用炮泥填充。

②裝藥結構發生改變，改變后的裝藥結構如圖5 所示，結構變化為從原來沒有水袋和泥炮的結構變化為：在炮筒中間添加水袋，炮筒尾部添加泥炮，填裝順序依次為水袋、藥卷、水袋、泥炮。

③爆破強度和炮筒中填裝藥的劑量有很大關系，由此，配比出合適的劑量尤為重要，首先測量炮筒長度，根據炮筒長度計算出所需要的裝藥量，按照途中的炮筒長度依此填充藥、水袋、泥炮等等。計算裝藥量這步工作在實驗過程中計算好了實際爆破時就不需要進行此步驟了。

圖5 裝藥結構

圖6 安裝水袋

④爆破參數及爆破效果對照見圖7、表1、表2。

圖7 上臺階爆破參數圖

進行的爆破實驗得出數據進行數據分析后，實驗中的水壓爆破法減少了炸藥的使用量，一定程度上降低成本，由于水袋作用，爆破后的粉塵減少，保護了景區的環境，同時排煙和出渣減少，提高了炸藥的利用率，提高了使用效率。（表3）

根據實驗得出的數據表明，這種水壓爆破的爆破方式，可以節約6.7%的炸藥用量，由于爆破是循環進行的，由此，每次循環炸藥量可節約9.2kg。

4 技術經濟指標分析對比

4.1 技術指標

這次實地爆破的紫之隧道采用普通的爆破方式的數據在正常進行爆破時隧道深度為3.5m，每循環實際進尺為2.95～3.05m，平均每循環進尺為3.01m，炮眼利用率僅為86%。每一循環平均實際用藥量為136kg，實際單位用藥量為0.62kg/m3。爆破的巖石最大塊度為100cm，爆堆長36.7m。爆破后粉塵濃度平均為17.3mg/m3。

表1 常規爆破參數及爆破效果統計表

表2 水壓爆破參數及爆破效果統計表

采用水壓爆破后，一循環平均用時基本無變化。對比于普通爆破，水壓爆破多了加水袋和添加炮泥的時間，使水壓爆破的整體時間延長了，但排煙等待和出碴時間縮短，延長時間和縮短時間基本相當，互相抵消。

水壓爆破每循環平均進尺3.28m，炮眼利用率達94%。每一循環平均實際用藥量為126.8kg，實際單位用藥量為0.58kg/m3，單位耗藥量比常規爆破降低了4%。水壓爆破后空氣中的粉塵濃度大大降低了，較常規來說達到了45%左右。

4.2 經濟指標

紫之隧道的爆破工程添加了水袋和泥炮，節約了炸藥的用量，每次爆破可以節省炸藥9.2kg，一共節約費用991元（33.67×0.27×（73+36）+9.2×12.9=1109.6 元），節約的炸藥費用扣除了水袋和泥炮的費用還可節約220.9 元

表3 上臺階水壓爆破前后開挖情況對比表（鉆眼深度3.5m）

按此計算，東線2#隧道剩余的1600m（有拱架800m，無拱架800m），可以節省費用35.3 萬元；1600m 可少鉆爆44 個循環（1600/3.01-1600/3.28=44），縮短施工時間28d其中1180 為有拱架1 循環時間，660 為無拱架1 循環時間）。

5 試驗總結

綜上所述，對水壓爆破方式進行了多方面的測試，相對于普通的爆破方式，水壓爆破有顯著的優勢，炸藥利用率提高了，粉塵大大降低了，工人的工作環境改善了，爆破時對周圍不需要爆破的巖石影響較小，工作效率提高了，降低成本，保護環境。

綜合比較水壓爆破的優點，這是一種值得推廣的爆破方式，提高炸藥的利用率，降低了粉塵，保護環境。

6 試驗存在問題

①在試驗過程中，由于工人對水袋和泥炮加工的機器操作不熟練，需要邊加工邊調試機器，導致水袋和泥炮的生產效率不高，由于加工時長增加了，工人逐漸熟練，一個工人一小時可以生產水袋300 條，一個工人一小時可以生產200 條泥炮可以四個掌子面的施工。

②在技術問題完全過關的前提下，爆破安裝工人有沒有完全按照施工圖紙裝藥也是施工過程中的問題，這對工程也會造成一定的影響。