聚能水壓光面爆破技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

秦龍飛 張能

摘要：本文結(jié)合某高速項目隧道施工實例，詳細介紹了聚能水壓光面爆破的關(guān)鍵施工工藝及施工方法，同時提出了相應(yīng)的爆破效果檢測及爆破設(shè)計優(yōu)化的控制要點，旨在能對同類工程實踐活動提供較大的參考價值。

關(guān)鍵詞：隧道；聚能水壓光面爆破；控制要點；實例

1 引言

目前，國內(nèi)隧道所進行的光面爆破多為常規(guī)光面爆破，存在的主要問題是布眼過密、打眼作業(yè)占用時間長；光面爆破炮眼中存在藥卷處圍巖容易出現(xiàn)裂縫或者洞穴，干擾了圍巖穩(wěn)定；且出現(xiàn)超挖，增加了噴射混凝土工程量，導(dǎo)致施工成本增加。聚能水壓光面爆破技術(shù)已經(jīng)歷了理論研究和應(yīng)用試驗兩個階段。現(xiàn)今已邁入工程示范階段，能夠很好地解決常規(guī)光爆存在的問題。

2 聚能水壓光面爆破原理

常規(guī)光面爆破技術(shù)原理是光爆炮眼中的炸藥爆炸在巖體中傳播應(yīng)力波產(chǎn)生徑向壓應(yīng)力和切向拉應(yīng)力，由于光爆炮眼相鄰之間存在“空眼”，故而在光爆炮眼連線兩邊出現(xiàn)集中度很高的拉應(yīng)力，超過了巖石的抗拉強度，致使炮眼間的巖體形成的初始裂縫比其他方向厲害的多。此外，爆炸生成的高壓氣體膨脹做功使得初始裂縫延伸擴大，形成平順的爆裂面。

聚能水壓爆破除上述應(yīng)力波作用外，聚能槽產(chǎn)生的高溫高壓射流，及光爆炮眼中在爆炸作用下水袋產(chǎn)生的“水楔效應(yīng)”，促使巖石初始裂縫進一步擴大。聚能水壓光爆炮眼依靠水袋炮泥雙重堵塞效果，有效降低了爆炸膨脹氣體的外泄，延長爆炸壓力瞬間作用時間，充分發(fā)揮炸藥的爆力和猛度等爆炸性能，提高炸藥的能量利用率，使已形成的裂縫再延伸擴展加大。

3 施工方法

3.1裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)從底部至孔口分別依次為1個水袋、聚能管裝置、2個水袋和炮泥，裝藥結(jié)構(gòu)見圖3-1。由聚能管裝置替代的傳統(tǒng)爆破中的藥卷和傳爆線，炮泥和水袋使用專用的設(shè)備進行加工，用于回填堵塞。聚能管的長度結(jié)合實際施工炮眼而定，由非金屬材料PVC制成；聚能管由兩個半壁管組成，壁厚2mm，凹進去的槽稱之為聚能槽。聚能管內(nèi)部的截面尺寸就是炸藥的截面，聚能管裝置中的傳爆線和起爆雷管為施工現(xiàn)場通用的起爆器材。起爆雷管與常規(guī)光面爆破相同。

3.2爆破起爆網(wǎng)絡(luò)連接圖

采用簇聯(lián)起爆網(wǎng)絡(luò)。連接方法見圖3-2。其中，二級與三級連接雷管均為ms1。

3.3爆破綜合技術(shù)指標(biāo)

（1）超欠挖控制指標(biāo)；

（2）設(shè)計爆破進尺：3.0m；

（3）提高出碴效率，爆出石碴粒徑不大于70cm；

（4）開挖輪廓圓順、開挖面平整；

（5）炮眼利用率在90%以上，半眼痕保存率在85%以上，并在開挖輪廓面上均勻分布；

（6）兩循環(huán)進尺之間的臺階控制在10-15cm。

3.4鉆爆施工

1、施工準(zhǔn)備

（1）組裝聚能管裝置：注藥時需要小型空壓機和注藥搶等兩種設(shè)備，注藥搶長度45cm，重0.8kg。小型空壓機功率800w，重23kg。半壁管注藥很便捷：

①將藥卷的一端及縱向把包裝皮切開，再沿縱向切開面將兩個藥卷合攏，然后裝到注藥搶筒內(nèi)，最后擰緊旋轉(zhuǎn)蓋。

②注藥搶加壓采用小型空壓機，壓力值為0.2MPa；

③手持注藥槍順著半壁管從一端移動至另一端，炸藥就從注藥搶端頭不斷地流入半壁管中，裝好炸藥的半壁管相扣之前，需要在其中斷面尺寸較大的半壁管中安放一根傳爆線，閉合半壁管，按裝起爆雷管，聚能管制作基本組裝完成。為防止能管裝置在填裝過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動，確保聚能槽始終對準(zhǔn)隧道開挖輪廓面，需進一步在聚能管裝置的兩端套上塑料套圈。

（2）利用水袋加工機現(xiàn)場加工水袋，優(yōu)點是水袋灌水和封口自動化實現(xiàn)，塑料袋的材料為聚乙烯，水采用干凈的施工用水即可。一個水袋長度為20cm，水袋封口溫度宜控制在130～150℃之間，要求水袋封口嚴密，灌水飽滿。

（3）使用炮泥機設(shè)備加工炮泥，砂黏性土做為炮泥的原材料，為了使其有一定的塑性和強度含水率宜控制在12%～20%之間，便于回填堵塞。

2、放樣布眼

結(jié)合鉆爆設(shè)計炮眼布置圖，測量工作人員使用全站儀精確放樣出每個炮孔位置，并在掌子面上用紅油漆標(biāo)記出每個炮孔的位置，尤其是掏槽眼與周邊眼的位置，誤差不得超過5cm。

3、鉆孔

采用開挖臺車、氣腿式鑿巖機造孔，在鉆孔過程中保持鉆桿軸線與隧道軸線平行，按照紅油漆標(biāo)記出的炮孔位置正確鉆孔，先使用短鉆桿進行定位，再使用用長鉆桿進行加深，重點控制掏槽眼與周邊眼的鉆眼精度控制在5cm以內(nèi)。

4、清孔

在鉆孔完成后進行清孔驗收檢查，具體為將風(fēng)管通入炮眼孔底實施清孔，借助風(fēng)壓將孔底的石渣和水份吹出炮孔外。

5、裝藥

不同炮孔選擇相應(yīng)的裝藥結(jié)構(gòu)，周邊眼采用聚能水壓光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)，輔助眼和掏槽眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。尤其注意藥卷的裝填位置，為提高炮孔利用率和節(jié)省炸藥采用反向起爆裝藥。

6、連網(wǎng)起爆：連網(wǎng)起爆與常規(guī)光爆連網(wǎng)方式相同。

7、瞎炮處理

當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)瞎炮時，應(yīng)馬上采取警界措施，由爆破專業(yè)技術(shù)人員一同分析瞎炮產(chǎn)生的原因，拿出處理瞎炮的解決辦法，常見的處理瞎炮措施主要有：炸毀法（誘爆法）、二次爆破法等。

8、排煙、出碴

采用軸流式風(fēng)機進行隧道排煙，在出碴前需經(jīng)過技術(shù)員現(xiàn)場鑒定后方可進入作業(yè)。

3.5爆破效果檢測及爆破設(shè)計優(yōu)化

（1） 爆破效果檢查

主要從以下幾個方面進行檢查分析：

① 超欠挖情況。

② 循環(huán)進尺是否達到鉆爆設(shè)計要求。

③ 爆出的石碴粒徑是否方便裝碴要求。

④ 開挖輪廓面是否平順。

⑤ 平均線性超挖小于10cm，最大不超過15cm，相鄰兩茬炮臺階小于15cm。

（2） 爆破設(shè)計優(yōu)化

結(jié)合每循環(huán)爆破后實際效果，分析產(chǎn)生原因以便調(diào)整鉆爆參數(shù)，提高隧道開挖成型質(zhì)量。

① 根據(jù)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、巖性強度情況，調(diào)整孔距、藥量，尤其是周邊眼的相關(guān)參數(shù)。

② 結(jié)合爆破后石塊的大小調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)。若石塊偏小，說明炮孔布置過密；若石塊偏大則說明炮眼過疏，單孔用藥量偏大。

③ 結(jié)合爆破振速監(jiān)測，調(diào)整同段起爆最大藥量及雷管段別。

④ 根據(jù)掌子面凹凸情況調(diào)整鉆孔深度，確保爆破眼底基本處在同一平面上。

4 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場實際施工效果來看，聚能水壓光面爆破是值得推廣應(yīng)用的爆破技術(shù)：

（1）減少周邊眼打光爆炮眼40%，并縮短了周邊眼打孔時間。

（2）提高了斷面開挖質(zhì)量，炮眼利用率在90%以上，光爆的半眼痕保留率在85%以上。

（3）爆破成本降低15%以上，提高經(jīng)濟效益。

（4）爆破后的粉塵濃度較常規(guī)光爆明顯降低，有利于施工人員的健康。

參考文獻：

[1] 程樣國，余瓊.水壓爆破在隧道掘進中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2005，25（6）：36～38.

[2] 杜曉蓉.水壓爆破技術(shù)在黔桂鐵路定水壩隧道掘進中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué)，2007，21（6）：74～75.

（作者單位：中交第四公路工程局有限公司）