水压爆破在隧道开挖中的应用研究

于 博

（中铁十九局集团第三工程公司，辽宁 辽阳 111000）

多数情况下，采用钻眼爆破进行隧道开挖，炮眼通常无回填堵塞或仅用炸药纸箱纸堵塞，产生有害气体污染环境，影响施工人员人身健康[1]。本文介绍某隧道开挖施工中采用的节能环保水压爆破工艺流程，总结相关施工要点和质量控制要求，以供同行参考。

1 工程概况

增建铁路第二线某标段，位于褶皱系武当山复背斜，为由中元界武当山群地层形成的褶皱山系，遭受多期地质作用与岩浆活动的强烈改造，地质构造复杂，断裂、褶皱较为发育，岩层受构造影响较大，部分段域较为破碎。本标段难点工程之一为某双线隧道，里程全长1726m，其通过的主要地层为第四系全新统洪积粘土、中元古界武当群云母石英片岩。该隧道穿越大小6个冲沟，洞身构造形态主要为浅埋偏压，隧道最大埋深75m，最小埋深不足10m，加之断面和跨度较大，与铁路单线隧道相比断面及跨度扩大近一倍，增加了隧道开挖的难度。

2 爆破施工

2.1 装药结构设计

在隧道开挖实践中，由于炸药类型、炸药量及岩性的变化，往往需要对不同类型的装药结构进行分析，选择与实际场地相适应的装药结构[2]。按照炮眼中药包和水介质的相对位置不同，装药结构大体分为径向水偶合结构、药包间水间隔结构、药包底部水间隔结构和药包上部水间隔结构[3]。总体上，装药结构归结为药包——水间隔结构，根据药包、水袋柱数和前后位置可进行再细分。装药结构中，另外一关键技术环节是炮眼中有炸药、水和炮泥3者的体积最佳比例关系的确定。装药量、水袋长和炮泥长的三种不同比例下将水压爆破和常规爆破对比试验[5]，结果如表1所示。

表1 不同充填条件水压爆破试验

上述3种试验表明，水袋长和炮泥长的比例为0.75：1时，可充分提高炸药能量利用率，水压爆破效果较好，节省炸药15%左右，同时,其爆破的岩石要比常规爆破破碎。综上，该隧道采用节能环保水压爆破技术，装药结构采用水-药包-水间隔结构，水袋长和炮泥长的比例取为75：1。

2.2 施工工艺流程和机具设备

按爆破施工工艺流程，所需常规机具设备有自制的钻孔台车、爆破测振仪(5m上海)、数字粉尘仪(北京，P－5L)和智能复合气体检测仪(北京，MX-21)等，另有为制作炮泥的专用炮泥机（PNJ-1）和水袋封装所用的专用封装机（PSP-1）。

2.3 施工要点

（1）由专门的技术人员根据隧道围岩的实际情况制定相应合理可行的爆破设计。

（2）测量技术员按爆破设计图，准确地测量出开挖断面，画出炮眼位置，为钻孔做好准备。

（3）对制作水袋、炮泥的工人在上岗前要进行专门的技术培训，以保证操作的熟练及加工出合格的产品。炮泥由土、砂、水按一定比例（0.75：0.1：0.15）制作而成，不软不硬，表面光滑，可取得更好效果。水袋（即装水塑料袋）须有一定的壁厚，一般以0.8～1.0mm为宜，长为30cm，直径35～37mm，保证塞满钻孔而又不磨破水袋。

（4）由专门的技术人员监督、检查炮破工按正确的方法安装炸药、水袋及用炮泥堵塞炮孔，堵塞严密，防止出现冲炮而影响爆破效果。

（5）做好相关数据的记录，并及时进行爆破效果分析，总结经验。

3 质量控制

3.1 水袋、炮泥的质量控制

水袋要求充水饱满，封口严密，不漏水；炮泥要严格按照土、砂、水三者的比例加工制作，要求成品表面光滑，搬运过程中不弄破碎，直径满足堵塞炮孔要求。

3.2 炮眼质量控制

钻孔时要根据设计要求，确保孔位、方向、倾斜角和孔深，在一般情况下要求钻孔开口误差不超过炮孔直径，钻孔深度误差为5cm。钻孔完后，要将岩石粉吹尽，孔内有水时，应尽量排除干净，水排不尽时要用防水炸药。

3.3 装药、炮泥及水袋的质量控制

严格按设计装药、水袋及炮泥。小心装水袋，避免弄破水袋，炮泥要堵塞到炮眼口，并保证填塞严实。与水袋相邻的第一节炮泥顺势轻放，不要捣实以免将水袋弄破，从第二节起要捣实直至炮眼口。

4 现场爆破效果对比和结论

将常规爆破和节能环保水压爆破的爆破效果对比[1，6]，如表 2所示，从看出该法具有以下优点：

（1）节能环保水压爆破法充分利用炸药能量，提高炸药能量利用率和炮孔利用率，单位耗药量少，提高隧道掘进施工单循环进尺和施工效率；

（2）节能环保水压爆破法大大降低了爆破后的粉尘含量，炮药味小，通风排烟时间短，降低振动和冲击波的强度，改善施工环境，施工人员的身体健康得到保护；

（3）节能环保水压爆破法爆破后岩石破碎块度均匀，飞石得到有效控制，爆堆距离缩短，大块率降低，机械化出碴容易。

表2 常规爆破和水压爆破的爆破效果对比

[1]李兵.隧道掘进节能环保水压爆破施工技术[J].西部探矿工程, 2005(6)：228.

[2]姚金阶、朱以文等.考虑临空面冲击波反射的复合结构水压爆破[J].爆破, 2003 (2)：59-61.

[3]陈士海.水压爆破装药研究[J].西部探矿工程, 1996 (1)：60-62.

[4]王清洁, 顾文彬, 夏卫国等.多层介质中爆炸破坏效应的实验研究[J].工程爆破, 2003(2)：7-11.