水压爆破施工技术在重庆轨道交通建设过程中的应用

谷中军

【摘要】随着经济社会的快速发展，城市轨道交通已成为公共交通的必然选择，但轨道交通建设快速发展，施工中遇到周边环境及地质情况越来越复杂的情况。在城市中，人口密集，建筑物众多，对轨道建设中的隧道爆破施工要求也越来越严格。如何减少爆破施工作业对人们生活和建筑物的影响，已成为城市轨道建设不得不面临的重要课题。重庆轨道交通五号线大石坝车站暗挖施工，为减少对周边环境影响，采取了水压爆破施工技术，取得了明显社会和经济效果，在施工中用实际经验总结出了水压爆破的方法和流程。

【关键词】水压爆破；炮泥制作；钻爆；施工技术

1工程概况

本工程里程：YCK23+814.9～YCK25+678.056，线路全长1863.156m。工程范围包含2车站（大石坝站、忠怒沱站），3区间（大龙山～大石坝钻爆区间、大石坝～忠怒沱站区间、忠恕沱～红岩村站高架区间）及其附属工程。大石坝车站左侧设置施工通道，为车站和暗挖区间的进出通道。其中施工通道主洞长325m，支洞长114.932m，总长439.932m。

地表建构物主要为条石基础，砖结构的房屋，层高2～8层，主要用途为商业运营的商铺和住房。若施工方法不当可能会造成地表建筑物不均匀沉降、墙体开裂、房屋损坏，带来巨大经济损失，噪声扰民也会导致投诉或其他纠纷等。

2水压爆破

2.1技术原理

隧道爆破掘进，其炮眼围岩破碎是炸药爆炸产生的应力波和爆炸气体膨胀共同作用的结果。将普通爆破炮眼无回填堵塞部位改为用水袋与炮泥回填堵塞，利用在水中传播的应力波对水的不可压缩特性，爆炸能量无损失的经过水传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于围岩的破碎，水在炸药爆炸作用下产生的水楔效应，有利于进一步破碎围岩，炮眼中有水还可以起到雾化降尘的作用。

水压爆破和常规爆破装药结构图

水压爆破中，炮眼底部的水袋与炮眼中上部的水袋作用形式不同，前者代替了炸药，后者代替了空气及部分回填土，但达到的目的是一致的。炮眼底部的水袋取代了炮眼底部的一部分炸药，炮眼底部水袋与炮眼中上部水袋相比最大的区别是，炮眼底水袋代替了炮眼底部药卷，它必须起到相当于药卷的作用，所以不能过长，过长会导致向炮眼底部方向传播的冲击波逐渐变小，而岩石的夹制作用逐渐变大，到了一定位置应力波不足以破碎围岩；炮眼中上部水袋作用则不然，虽向炮眼口方向传播的冲击波逐渐变小，但岩石的夹制作用也逐渐变小，到了一定位置应力波仍会破碎岩石，所以炮眼中上部水袋要比炮眼底部水袋长得多。经实际爆破效果相比，仅炮眼眼口水袋长度可相当于2-3药卷长度，而内部炮眼由于夹制作用大，其炮眼底水袋长度可相当于1节药卷长度。

2.2 水压爆破的技术要点

（1）往炮眼中一定位置装入一定量的水。一定位置是指炮眼底部和炮眼的中上部。一定量的水是指水袋的直径与长度。

（2）注水长度与炮泥回填堵塞的长度的最佳比例。

（3）炮眼底注水长度和直径。

（4）注水工艺，即水袋制作工艺。

（5）炮泥制作工艺。

2.2水压爆破工艺流程

钻爆设计 施工准备（炮泥制作及沙袋加工） 钻孔台车就位 测量 钻孔 清孔 泡泥沙袋及火工品就位 安装炸药沙袋泡泥 连线（需逐孔检检查装药情况） 起爆 排险 出渣 初期支护

2.3炮眼注水工艺

（1）水袋制作

往炮眼中注水的工艺是，先把水灌入到塑料袋中，然后把水袋填入炮眼的底部与中上部位。封口机使用前，排空水管内空气，然后将袋子分别安装在喷嘴上，水袋灌满后压口塑封，水袋灌装应尽可能饱满。

水袋封口机及成品水袋

（2）水袋制作要点

对于隧道爆破，一般为水平炮眼，为便于装填水袋，水袋以长200mm，直径35mm为宜；水袋袋厚经现场实际使用，应为0.8mm左右为宜。过薄则承载力小，易变形又容易划破；水袋要盛满水，封口严实，不漏水，不渗水；合格的水袋坚实挺拔，很方便装填炮眼中。

2.4炮泥制作工艺

（1）炮泥制作

炮泥是由黏土、砂和水三种成分组成，三种成分的重量比例为黏土：砂：水=0.75：0.1：0.15。

现场炮孔直径40mm，炮泥加工直径一般取36～38mm。粘土取自当地，加工前先将粘土中杂物清除，大颗粒人工破碎，后用喷雾器均匀洒水，放置2～3天，然后再调整含水率至10-18%（根据不同土质）左右，待熟合后装入炮泥机的进料仓中，启动电钮，圆柱形炮泥从出口徐徐被挤压出来，这时按照长200mm左右逐段切割，即为加工好的炮泥。

炮泥机及成品炮泥

（2）炮泥制作要点

炮泥的主要成分土和砂以选取黏土和细砂为宜。在与水搅和之前，如有石块必须捡出，如小石块过多，应过筛，其筛眼尺寸为5mm*5mm左右为好。

炮泥應按照一定的比例制作。如砂过多，炮泥成型较差；过少则炮泥比重小。水要适中，过少起不到粘合及降尘作用，过多则炮泥软，不易捣固坚实。

合格的炮泥，表面光滑，用手指轻捏在表面上可留下指痕，这样既含有一定的水又便于捣固。

制作好的炮泥不要暴晒在太阳下或者放置时间过长，免得失去水分变硬，最好在使用前2～3小时加工制作好。

2.5钻爆设计

2.5.1爆破参数

水压爆破在炮眼数量、炮眼深度、炮眼分布以及起爆顺序等设计与常规爆破一模一样，仅在每个炮眼的装药量和装药结构上作了变化，即适当地减少了各个炮眼的装药量，往炮眼中装入水袋，最后用炮泥回填堵塞。

2.5.2炮孔装药结构

炮孔的装药结构从炮孔底部至炮孔口依次为水袋、药卷、水袋和炮泥。装药前，先用尺量出炮孔深度，根据实测的炮孔深度计算出装药量及水袋、炮泥的长度后，将炸药、水袋和炮泥按顺序装填入炮孔中。需要说明的是，仅需在试验阶段准确测量每个炮孔的深度，在实际施工时，装填结构参数确定后，就不需要重复此项工作了。水袋、炮泥在炮孔中的长度比例为1：1左右。

2.6水压爆破基本情况

自2014年10月8到10月29日，施工主通道连续采取水压爆破施工36个循环，共计掘进了84.8m，设计掘进深度2.5m，每循环实际进尺2.3～2.45m，平均每循环进尺为2.356m；施工支通道连续采取水压爆破施工12个循环，共计掘进了28.5m，设计掘进深度2.5m，每个循环实际进尺2.3～2.43m，平均每循环进尺为2.375m。，平均炮眼利用率达95%。

3.技术经济指标分析对比

大石坝车站施工通道掘进水压爆破与常规爆破相比，技术指标分析对比见下表

技术指标分析对比表

炮眼装药结构 装药量（kg） 单位用药量（kg/m3） 节省炸药（%） 实际

进尺 炮眼利率（%） 提高进尺（m） 通风时间（min） 振速（cm/s）

常规 爆破 129.7 1.05 19 2.22 89 0.136 50 1.1～1.8

水压 爆破 105.3 0.85 2.356 95 15 0.66～1.4

根据对比，水压爆破具有显著的“三提高一保护”作用与效果。

一是提高炸药有效能量利用率，即节省炸药19%；二是提高施工进度，每循环提高进尺0.136m；三是大大提高经济效益，经测算，每延米可以节省费用180.2元；一保护是粉尘浓度大大下降，缩短通风35分钟，改善作业环境，保护施工人员身体健康。

除上述爆破效果外，在“五个有效控制”方面，效果极其显著。

（1）有效地控制爆破振动速度，经实测最大振速一般在0.66～1.4cm/s，达到了设计文件要求，确保了上方蓝箭宾馆建筑设施安全。

（2）有效控制了沖击波强度，因炸药用量的减少，爆轰波自然会降低，对空气压缩造成的冲击会大大减弱。

（3）有效控制了爆破后粉尘浓度，改善作业环境，减少对环境的污染。

（4）有效控制了掌子面前的温度，与爆破前相比，不但没有上升反而有所下降。

4.结语

综上所述，隧道掘进水压爆破确实能节省炸药、加快施工进度、提高经济效益，确实能保护作业人员身体健康，在地铁暗挖隧道施工中能大大减少施工扰民，保证建筑物安全。目前在重庆轨道交通第二轮规划建设中，正在全面推广水压爆破技术。

参考文献

[1]钟桂彤主编. 铁路隧道[M]. 北京：中国铁道出版社，1990.

[2]陈豪雄等主编. 隧道工程[M]. 北京：中国铁道出版社，1995.

[3]于书翰，杜谟远主编. 隧道施工. 北京：交通出版社， 2001.