大長隧道水壓聚能光面爆破技術(shù)與應(yīng)用

王曉勇

(中鐵十四局集團第四工程有限公司,山東 濟南 250002)

隨著我國高速鐵路建設(shè)的在中西部的高速發(fā)展,山嶺隧道建的比例逐年提高,施工難度也相應(yīng)增大,爆破開挖中爆破效果直接影響了施工速度和經(jīng)濟效益。在隧道掘進施工中結(jié)合了聚能爆破與水壓爆破相關(guān)特點,形成了聚能水壓爆光面破技術(shù),該技術(shù)通過聚能管存放乳化炸藥,在聚能管外端設(shè)水袋,其余裝置與普通炸藥爆破類似。達到了提高炸藥能量利用率、減少掉塊、提高安全性的效果。

1 工程概況

張吉懷鐵路魯家莊隧道全長2.235km,為單洞雙線隧道,共設(shè)輔助坑道1 座。該隧道是重點工程,隧道斷面大,地質(zhì)條件差,巖層多為水平層,斷層破碎帶較多,涌水突泥、坍塌等安全風險大,施工不確定因素較多。

2 爆破原理

聚能水壓光面爆破是將聚能爆破與水壓爆破的優(yōu)點有機的結(jié)合起來,利用復合爆破聚能裝置替代傳統(tǒng)的藥卷和導爆索。三種因素在巖體產(chǎn)生裂縫的瞬間相互作用,促使裂縫充分延伸擴展。

3 聚能水壓光面爆破技術(shù)

聚能水壓光面爆破與常規(guī)爆破技術(shù)的不同之處在于周邊孔炮孔間距和節(jié)能環(huán)保上,常規(guī)爆破技術(shù)周邊炮孔間距一般控制在0.4m-0.5m。而聚能水壓光面爆破：拱頂0.8cm-1.0m,起拱線處0.6m,拱墻處0.7cm-0.8cm,周邊孔間距布置為0.5m-1.0m,且在周邊孔中增加聚能管、水袋和炮泥。聚能管結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 中L 為炮孔深度,L1為炮孔底藥卷,L2為聚能管,炮孔中上部水袋長為L3和L4為,炮泥長為L5和L6。炮孔深度L=L1+L2+L3+L4+L5+L6

圖1 聚能管結(jié)構(gòu)圖

式中,L1為1 個藥卷卷長；L2為炮孔長度的70%左右的聚能管長；L3與L4水袋長度基本相等；L5與L6炮泥長度基本相等。

3.1 聚能管參數(shù)

聚能管采用工廠化生產(chǎn)。一個完整的聚能管由兩根從中心切開的PVC 管組成,PVC 管壁厚為0.2cm,聚能管的長度根據(jù)周邊眼實際鉆孔深度確定。雙聚能藥槽半壁管如圖2 所示。

圖2 雙聚能藥槽半壁管

3.2 水袋加工

該技術(shù)使用的水袋一般采用常見的聚乙烯塑料袋,水袋規(guī)格尺寸為：長20cm、厚0.5mm、直徑35mm,灌滿水袋后立即塑封封堵嚴密,封堵前需排掉水袋里的空氣。制作完成后檢查封口嚴密性。

3.3 炮泥加工

采用專用炮泥機加工炮泥,直徑35mm。炮泥中黏土、水、砂的配合比為0.7:0.15:0.15。

加工前將黏土中的雜物清除,然后依據(jù)不同土質(zhì)將含水率調(diào)整至最佳含水量,一般含水率控制在15%左右。將炮泥半成品裝入進料倉中,從出口擠出炮泥,根據(jù)出口工作平臺上的刻度,按照每段20cm 等長度切割,完成后放置存儲箱中。

4 施工工藝流程及技術(shù)要點

4.1 施工工藝流程

見圖3。

圖3 聚能水壓爆破工藝流程圖

4.2 技術(shù)要點

4.2.1 聚能管制作

半壁管注藥采用空氣壓縮機、注藥槍等設(shè)備。具體步驟如下：

第一步：將藥卷的外包裝沿縱向切開后重疊放入注藥槍筒中；

第二步：注藥槍加壓,其壓力為2.0 倍標準大氣壓；

第三步：將注藥槍沿半壁管從頭至尾勻速移動,將乳化炸藥從槍口流入半壁管中。在其中一片半壁管中放置一根導爆索；

第四步：在聚能管裝置的兩端安裝套圈,固定好聚能管。

4.2.2 測量定位炮孔布置

由測量人員在掌子面上準確放出每個周邊孔位置,拱墻70-80cm,起拱線附近55-65cm,拱頂80-100cm。按常規(guī)布置掏槽眼和輔助眼時,炮孔布置見圖4。

圖4 炮孔布置圖

4.2.3 裝填操作步驟

第一步,在聚能管底部放置藥卷,安裝電雷管；

第二步,聚能管裝填至炮孔深度的70%左右,其中聚能管一端頂緊炮孔底部,對位置進行測量,保證準確性；

第三步,所有炮孔裝填兩袋水袋和兩個炮泥；

第四步,用木質(zhì)炮棍搗固炮泥,起到有效的堵塞。

5 爆破比較分析

經(jīng)對比分析,在相同斷面、相似圍巖條件、相同鉆孔深度的前提條件下,聚能水壓光面爆破相比常規(guī)光面爆破每循環(huán)(3m)約節(jié)省費用4170 元,每延米約節(jié)省1390元。

5.1 爆破材料經(jīng)濟效果對比

由表1 可知,每循環(huán)相比常規(guī)爆破,雷管節(jié)省95.2元,導爆索節(jié)省85.224 元,炸藥節(jié)省182.77 元,水袋多耗56 元,炮泥多耗56 元,聚能管多耗580 元,定位裝置多耗43.5 元,合計多耗費用372.603 元。

表1 常規(guī)光面爆破與聚能水壓光面爆破材料經(jīng)濟分析

5.2 超欠挖與噴射對比

由表2 可知,每循環(huán)相比常規(guī)爆破,出渣節(jié)約405元,噴射混凝土節(jié)約4140 元,合計節(jié)約4545 元。

表2 隧道出渣量和噴射砼用量對比表

5.3 工序時間分析

由表3 可知,每循環(huán)相比常規(guī)爆破,壓縮通風時間0.5h,壓縮鉆孔時間約1.5h,壓縮噴射混凝土時間約1h,合計3 小時。

表3 各個工序時間統(tǒng)計表

結(jié)束語

隧道掘進出現(xiàn)異常虧損,超欠挖是主要的原因。通過實踐,在相同斷面,相似圍巖條件,相同鉆孔深度的前提條件下,得出以下結(jié)論：

(1)聚能水壓光面爆破可減少每循環(huán)的炸藥量；

(2)在炮孔中增加水袋,利用爆破瞬間產(chǎn)生的急劇膨脹的高溫高壓氣體,水袋產(chǎn)生“水楔”效應(yīng)且水袋中水瞬間汽化,產(chǎn)生足夠大的壓力,促使巖石裂縫充分的延伸擴展。

該技術(shù)對新奧法施工的山嶺隧道掘進施工有一定的借鑒和應(yīng)用意義。