水压爆破在地铁施工中的运用

李 健

(中铁十四局集团大盾构工程有限公司，湖北 武汉 430000)



水压爆破在地铁施工中的运用

李 健

(中铁十四局集团大盾构工程有限公司，湖北 武汉 430000)

以青岛地铁3号线西流庄—永平路车站隧道为例，结合水压爆破原理，从设计要求、施工流程、爆破参数、炮泥制作等方面，分析了水压爆破的设计方案，并介绍了其施工注意事项，以保证开挖掘进效果。

水压爆破法，地铁，振动速度，花岗岩

1 工程概况

隧道自青岛地铁3号线西流庄车站平行出发后，沿振华路向西北方向穿行，在振华路与永清路交汇处区间线路折向西行，在K22+551.519处下穿晓翁河桥，然后向西直行进入永平路站，周围多为二十世纪五六十年代的砖土混合式民房及破旧楼房。场区内基岩以粗粒花岗岩为主，煌斑岩、花岗岩呈脉状穿插其间。受沧口断裂影响，岩体较破碎，节理发育，爆破施工既要减少超欠挖现象，保证开挖掘进效果，又要确保周边建筑物，道路及管线安全，技术要求高，施工控制难度大。

2 水压爆破原理

水压爆破与常规爆破相比，仅是水压爆破炮眼中增添了水袋和炮泥。隧道掘进水压爆破，由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆破能量几乎无损地传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎，此外还产生“水楔”效应和水雾作用，前者有利于围岩破碎和防止岩爆，后者有利于降尘、吸附有害有毒气体和防止瓦斯爆炸。由于炮眼中上部有水袋和炮泥回填堵塞，有力抑制膨胀气体冲出炮眼口，使膨胀气体起到二次破碎围岩的目的。要特别指出的是，炮眼底部的水，对冲击波的反射作用加强了应力波强度和作用时间，更有利于围岩破碎。

3 水压爆破设计

3.1 设计要求

隧道采用上下台阶法开挖施工，Ⅱ，Ⅲ类围岩进尺1.5 m～2 m，Ⅳ，Ⅴ类围岩进尺为1.2 m(含竖井施工)。由于区间隧道周边建筑物多为砖混结构较破旧，爆破作业要严格控制装药量和爆破震动，控制开挖循环进尺。

3.2 施工流程及装药结构

炮泥、水袋制作工艺及常规爆破装药示意图见图1。

水压爆破装药步序图见图2。

循环进尺1.5 m上台阶炮眼布置图见图3。

3.3 爆破设计及参数(以循环进尺1.5 m为例)

Q=223(1.6/200)(3/1.8)=351 kg。

当掘进深度为1.5 m时(见表1)，光爆眼以内所有的炮眼(包括辅助眼、掏槽眼和底板眼等)，先在炮眼最底部装一袋水袋，紧接着装药卷，药卷的卷数比常规爆破少一卷，随之装两袋水袋(掏槽炮眼装三袋)，最后用炮泥边回填边捣固直至炮眼口。光爆眼也称周边眼，其装填步骤也是首先往炮眼最底部装一袋水袋，紧接着按常规爆破装药卷，离炮眼口最近的半卷药定格在距炮眼口80 cm位置，随之装两袋水袋，最后用炮泥回填堵塞到炮眼口。水压爆破效果见表2，爆破波形图测试见图4。

表1 循环进尺1.5 m上台阶爆破参数

表2 水压爆破效果表

3.4 水袋及炮泥制作

水袋和炮泥采用封口机和炮泥机工厂化制作。水压爆破所使用的塑料袋，长200 mm，直径35 mm，厚0.1 mm,有一定的强度，水袋填塞炮眼过程中要防止炮棍冲击和小碎石摩擦，以避免水袋漏水。封口机，重为75 kg，长0.42 m，宽0.35 m，高1 m，工作电压220 V，功率0.68 kW，有车轮可以自由移动，操作极其简便，每小时可加工水袋700个。炮泥成分为土、砂和水，土以不含小碎石块的粘土为佳，砂以河砂为佳。土、砂、水的比例为0.75∶1∶0.15，按照比例搅合均匀后，放入炮泥机即可，加工成的炮泥应软硬适中。炮泥过软，在装填过程中容易挤出炮眼口；炮泥过硬，在装填过程中不易捣固碎，造成炮眼堵塞不严实。炮泥机重190 kg，长1.47 m，宽0.44 m，高0.54 m，工作电压380 V，功率4 kW，每小时可加工长200 mm，直径35 mm的炮泥900根。

3.5 水压爆破与常规爆破对比分析

隧道掘进水压爆破与常规爆破相比，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26.7%；二是提高施工进度，每循环提高进尺0.15 m；三是大大提高经济效益，每延米可以节省费用539.2元，一保护使粉尘浓度大大下降，缩短通风20 min，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“四个有效控制”方面，效果极其显著。

1)有效地控制爆破震动速度，经实测最大震速一般为0.8 cm/s左右，达到了设计文件和业主要求，确保建筑设施安全，确保了地面交通安全和正常运营。2)有效控制了爆破后粉尘浓度，经实测粉尘浓度与常规爆破相比下降了70%左右，避免了粉尘从竖井口逸到了地面上，确保地面上环境不被污染。3)有效控制了掌子面前的温度，与爆破前相比，不但没上升反而还下降了5 ℃。4)有效控制了爆破后岩石的块度，经实测岩石粒径多为30 cm以下，最大不超过50 cm，十分便于清碴，这对城市地铁暗挖隧道施工是求之不得的，大大加快了施工效率。

4 施工注意事项

1)施工中要根据围岩的情况及时调整爆破参数，施工掌子面情况结合施工图纸和TSP超前地质预报相互验证，如在掌子面围岩节理发育、围岩的走向、渗水等出现异常情况，要对爆破进尺、装药量、布炮孔等方面进行优化设计施工。爆破施工前要了解周边居民情况，进行爆破作业前必须通知相关居民，以免其受到惊吓，影响周围住户的正常生活和工作；2)辅助工作要配套到位才能保证爆破效果，加工成的水袋应不漏水、不渗水，袋中无空气，挺拔坚硬。加工成的炮泥不软也不硬。炮泥过软炮棍捣固时容易挤出炮眼；炮泥过硬炮棍捣固时炮泥不易破碎并堵塞不坚实；3)钻爆作业人员要培训，严格按照设计要求进行爆破施工。每个炮眼按水袋→药卷→水袋→炮泥的先后顺序装入炮眼中，炮眼最底部的水袋一定要装入炮眼最底部，不得留有空隙。水袋与炸药、炸药与水袋、水袋与炮泥必须衔接紧密。炮泥回填堵塞一定要到炮眼口，必须边回填炮泥边用炮棍捣固密实。捣固炮泥不能用PVC塑料管，它柔软直径小，捣固不密实，应用类似铁锹把的木棍，长1 m、直径30 mm左右，用这种木棍捣固炮泥才符合要求。

5 结语

城市爆破施工面临着管迁、民扰等问题，有别于野外施工作业，经工程实践，上述水压爆破设计优化了常规爆破设计施工方案，达到了预期效果，没有对周边民房、商业建筑造成损害，减少了城市因素对施工形成的束缚，相反，也减少了施工对城市日常运转造成的影响，降低了地铁施工造成的污染，保护了环境，企业创造了良好的经济效益和社会效益。

[1] 何广沂.节能环保工程爆破[M].北京：中国铁道出版社，2007.

[2] 张继春.工程控制爆破[M].成都：西南交通大学出版社，2002.

[3] 马乃耀.爆破施工技术[M].北京：中国铁道出版社，1992.

Application of hydraulic blasting method in subway construction

Li Jian

(China Railway 14th Bureau Group Large-Shielding Engineering Co., Ltd, Wuhan 430000, China)

Taking Xiliu village-Yongping road station tunnel of Qingdao subway line No.3 as an example, combining with hydraulic blasting principles, starting from aspects of design demands, construction procedures, blasting parameters and stemming fabrication, the paper analyzes hydraulic blasting design scheme, and introduces its construction matters, with a view to guarantee the excavation effect.

hydraulic blasting method, subway, vibration velocity, granite

1009-6825(2017)12-0154-02

2017-02-14

李 健(1985- )，男，工程师

U455

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