聚能水壓光面爆破技術在隧道施工中的應用

■林燕祥

(福建第一公路工程集團有限公司，泉州 362600)

1 工程背景

九峰隧道在III級圍巖段的掘進過程中，起初采用傳統的常規(guī)光面爆破施工方法，光面效果差、施工進度緩慢、超欠挖控制不滿足要求等，項目部經過對該施工方法進行多次總結和改進，但效果甚微，最后引進一種叫聚能水壓光面爆破的新方法，經過一段時間的摸索和應用，傳統的常規(guī)光面爆破施工方法存在缺點均得到了較好的改善。

福建第一公路工程集團承建的廈蓉高速公路擴建工程A5合同段九峰隧道，右洞Ⅲ級圍巖起訖樁號為YK139+200～YK139+870，長 670m；左洞Ⅲ級圍巖起訖樁號 ZK139+224.44～ZK139+890，長 665.56m，施工過程中采用全斷面開挖。隧道Ⅲ級圍巖性為微風化變質細砂巖、變質粉砂巖、變質泥巖相間的巖性組合。節(jié)理裂隙較發(fā)育且具層理308°∠30°，巖體較破碎-較完整。富水性差，水量貧乏。

2 聚能水壓光面爆破原理

聚能爆破炮眼裝藥結構與常規(guī)光面爆破不同，其炮眼底部先安裝特制的水袋，接著安裝制作好的聚能管，炮眼上部再裝水袋，炮眼口用特制的炮泥堵塞，最后接上起爆雷管。起爆瞬間，巖石中產生徑向壓應力和沿周邊眼輪廓線兩側產生高集中性拉應力，拉應力大小超過了巖石的抗拉強度，使巖石周邊眼輪廓線方向產生光面裂縫，應力波產生后緊跟著聚能槽產生的高壓射流、水袋產生的“水楔效應”以及爆炸產生的高溫高壓氣體的靜力作用，促使巖石裂縫進一步擴展加大，達到光面爆破的效果。

3 聚能水壓光面爆破施工技術

3.1 主要施工工藝流程

施工準備→超前地質預報→爆破設計→測量放樣、炮眼定位→鉆孔、清孔→炮泥、水袋制作→聚能藥槽制作→水袋安裝→聚能管安裝→水袋安裝→炮泥堵塞→連線、檢查、起爆→通風、排塵、排險→爆破效果檢查→出渣、初期支護。

3.2 施工控制要點

3.2.1 爆破設計

聚能水壓光面爆破技術布孔與常規(guī)光面爆破完全一樣，鑿巖工具和工藝均無變化。不同之處在于周邊孔的間距，常規(guī)光面爆破40～50 cm，聚能水壓光面爆破周邊孔間距布置80～100cm，起拱線、圍巖節(jié)理發(fā)育處可根據現場情況適當縮小孔間距。九峰隧道出口段左右洞Ⅲ級圍巖主要為微風化變質細砂巖、變質粉砂巖、變質泥巖相間的巖性組合，節(jié)理裂隙較發(fā)育且具層理，根據現場實際圍巖情況，周邊眼間距布置定為80～100cm。

3.2.2 炮泥、水袋制作

炮泥應嚴格按照配合比進行制作，否則含砂量過多的話炮泥成型差，過少的話比重就小。水量要適中，過多造成炮泥太軟，難以振搗堅實，過少難以粘結。經現場試驗，三種成分的質量比為：黏土∶砂∶水=0.75∶0.09∶0.16；水袋使用YH-8040塑袋灌裝封口機制作，水袋長度20cm，寬4cm。水袋要采用圓頭水袋減小摩擦力，防止水袋損壞，便于安裝，水袋不要裝滿，應保證在其容量的90%左右。

3.2.3 聚能藥槽制作

聚能藥槽的制作需往半壁管注藥，利用注藥槍和空壓機等設備，注藥槍長45cm，重0.8kg；小型空壓機功率600W，重19kg，排氣壓力0.8MPa(實際使用中0.6MPa打藥效果最佳)。

圖1 炮眼設計圖

從藥卷的一端沿藥卷縱向把包裝皮切開，然后兩藥卷沿縱向切開面合并并裝入注藥槍筒中，最后擰緊旋轉蓋；接著給注藥槍加壓至0.6MPa；緊接著手握注藥槍沿聚能半壁管從頭到尾慢慢移動，炸藥就從槍口連續(xù)不斷流入半壁管中，以剛好填滿半壁管為準。注好炸藥后兩個半壁管相扣之前，在其中一片半壁管中通長放置一根導爆索，然后合并裝在一起，為確保聚能管裝置中的聚能槽對準隧道輪廓面以防止轉動，應用絕緣膠布在聚能管裝置上纏繞幾處，并在兩端套上塑料橡圈，這樣聚能管基本就組裝好。值得注意的是，為了安全，在聚能管裝置組裝房內不得安裝起爆雷管，待運到掌子面裝藥前再安裝。

圖2 聚能管截面尺寸

3.2.4 裝藥

先在炮孔最底端安裝一個水袋，水袋務必裝到炮孔的最底端，不能留有縫隙；接著安裝聚能管裝置，聚能管長2.5 m，是炮孔深度的70%，聚能管頭部插上一節(jié)有導爆管雷管的加強起爆藥包，然后聚能管裝置頭要緊挨著炮孔最底端的水袋，聚能槽要與輪廓面一致，特別要注意千萬不能裝錯；緊接著再往炮孔中安裝兩節(jié)水袋；最后再用加工好的炮泥回填填塞一直到炮孔口，用木質或竹制炮棍搗實炮泥，起到填塞密實的作用。所有炮孔裝填完后，像常規(guī)光面爆破那樣連線起爆。

圖3 裝藥結構示意圖

3.2.5 連線、檢查、起爆

起爆網路采用復式聯結網路，每一簇即“一把握”，導爆管在自由端15cm以上處，安裝2個引爆雷管，各簇導爆管在自由端10cm以上處安裝2個引爆火雷管，各聯結均采用黑膠布包扎，以保證起爆的可靠性和準確性。聯結時注意：導爆管不能打結和拉細；各炮眼雷管連接次數相同；網路連接好后，要有專人負責檢查。爆破現場負責人在警戒工序結束，經確認警戒區(qū)內人員、設備均已撤離警戒區(qū)，警戒人員到崗做好安全警戒后，發(fā)出第二次警報并以倒計時數秒的方式發(fā)出“起爆”命令，爆破員操縱擊發(fā)槍(或起爆器)起爆。

3.2.6 通風、排塵、排險

爆破后隧道內的粉塵及有毒有害氣體濃度較大，需要15min左右的時間進行排塵，將爆破煙塵和有毒有害氣體的濃度降至安全允許的范圍內。如果在驗炮時發(fā)現工作面的風筒脫節(jié)或損壞而不能使工作面的煙塵很快吹散時，驗炮人員應首先對通風設施進行處理。然后進行危石，啞炮等排險。

3.2.7 爆破效果

爆破后，通過現場檢查，采用聚能水壓光面爆破比之前常規(guī)光面爆破的光面效果明顯好轉，且通過儀器測量斷面，超欠挖控制效果良好。

4 結語

新引進的聚能水壓光面爆破的施工方法明顯提高了光爆效果，減少鉆孔數量，改善了爆破后的工作環(huán)境，降低了粉塵，減小了噪音，減少了對周邊居民的影響，而且進尺比常規(guī)光面爆破平均多20～30cm左右。該項技術不僅節(jié)能環(huán)保，而且取得較大的經濟與社會效益，可值得借鑒和推廣。