水压爆破在软岩隧道开挖中的应用

杨 志 芳

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

0 引言

近年来，在我国经济快速增长的带动下，铁路桥梁、公路、地下空间等基础设施建设涉及到的岩石工程施工也越来越广泛。而当前最常使用的方法就是工程爆破。水压爆破作为当前工程爆破的一种施工技术，它不仅可以大幅度提升炸药的利用率，保证施工效果，同时还能在维护周边环境的同时，提高经济效益，并为各类型隧道开挖提供了有力技术支持。基于此，相关企业需要正视水压爆破在隧道施工中发挥的积极作用，并尝试在软岩隧道开挖中应用水压爆破技术，不断总结该技术的实际应用要点，以便于为今后类似软岩隧道开挖施工提供参考依据[1]。

1 水压爆破工艺特点及原理

1.1 水压爆破工艺特点

与以往常规爆破不同的是，水压爆破会在炮孔内增加水袋以及填堵炮泥。在使用时，利用水的不可压缩特性，在炸药爆炸产生的冲击波作用下增加其能量，进而提升爆破效果。与此同时，炮孔内水袋中的水会在爆炸中形成水雾，用以发挥排烟除尘的作用。在实际施工中，水压爆破技术的施工简单易行，可操作性强，施工人员仅需要一台塑袋灌装封口机以及一台炮泥机就可以制作水压爆破所需的水袋以及炮泥，满足爆破需求。另外，由于水压爆破技术可以减少有害气体以及粉尘的排放，改善作业环境，因此具有极高的推广价值[2]。

1.2 水压爆破的原理

我们可以从以下几方面入手，对水压爆破工艺的原理窥探一二：第一，众所周知，炸药在爆炸时一定会产生冲击波，而这种冲击波在水中的衰减速度要远远低于在空气中的衰减速度。水压爆破正是利用了这一点，在炮孔底部添加一定量的水袋，使炸药爆炸产生的冲击波可以通过水袋直接作用于岩石上，这一方面提高了炮眼的利用率，另一方面还有效减少了炸药能量的损耗，对于岩石破碎有着巨大优势；第二，当炸药爆炸后，炮眼中的水袋也会产生“水楔”效应，并进一步对围岩进行破碎，大大降低了由爆破产生的大块率。另外，堵塞水袋在爆炸时会产生雾化作用，吸收周边因爆炸产生的粉尘，有效降低空气中的粉尘浓度，让爆炸带给周围环境的危害降到最低；第三，不同于常规爆破，水压爆破主要采用了炮泥加水袋堵塞，这不仅防止了炸药能量的外泄，使其主要作用于周围岩石上，提高爆破效率，同时还能适当减少炸药的消耗，以达到提高隧道开挖经济效益的目的[3]。

2 在软岩隧道开挖中应用水压爆破技术的方法

2.1 水袋的制作

在水压爆破技术中，水袋占据着极其重要的地位，在制作水袋时需要注意以下几点：第一，对制作材料的要求。水袋一般由聚乙烯塑料制作而成，并且根据施工要求制成一定规格。经过多次尝试，直径在35 mm、厚度在0.8 mm、长度在200 mm的水袋用作水压爆破为宜。并利用自动灌水以及自动封口机进行制作，通常每小时可以加工制作500个～700个水袋；第二，水袋制作的技术要点。1)在开启封口机之前，技术人员需要调节灌水定量；2)将机器后门打开，松开泵连杆端头螺母，调节移位蝶形螺母就可以通过调节泵连杆滑块左右位置，来获得制作水袋所需的灌装容量。顺时针可以减少灌装容量，而逆时针则相反；3)在调整完毕后需要将端头螺母拧紧，避免因螺母松动而影响到灌装容量，并对调整杆造成破坏；4)接通电源，在指示灯亮了之后，通过温控调节器将封口温度调节至220 ℃左右。如果绿灯变为红灯，就说明当前封口温度已达到调节温度；5)在正式开始灌注封口前，技术人员需要先将主令开关打开，在机器运转两次后，确保计量泵内已吸满水且空气排出后，就可以将塑料袋用拇指与食指夹住，套在出料管口上，最后按下启动开关，就可以完成水袋的自动灌注与封口[4]。另外，在水袋制作完毕后，需要加强对水袋成品的保护。将水袋整齐码放在塑料筐中，口部朝上，每筐码放100支水袋，既方便工人搬运，同时又便于水袋的统计与管控。

2.2 炮泥的制作

炮泥的制作需要按照一定的比例进行。如果制作时砂过多，则会影响到炮泥的成型；而如果砂过少则会导致炮泥的比重小。另外炮泥的制作对水的比例把控较为严格，水过多炮泥就会软，不易捣固坚实；而水过少则起不到粘合以及降尘作用。因此，为了保证炮泥的制作质量满足水压爆破需求，相关施工企业需要根据当地特点，在施工现场周边采取十组土样，分别进行炮泥的制作，从中优选出一组土样。在经过实验检测后，炮泥的制作比例通常为黏土∶砂∶水=0.75∶0.11∶0.14。在软岩隧道开挖中，炮泥制作容易受自然气候条件影响。所以，为了在旱季以及雨季实现对粉砂质黏土含水量的有效把控，需要在土样含水量调整好后，利用塑料薄膜对土样进行覆盖保护。同时在施工期间随时对土样的含水量进行检测，维持炮泥质量的稳定性。符合水压爆破要求的炮泥应该表面光滑，用手指轻捏可留下指痕，这样的炮泥不仅含有一定水分，同时也便于捣固。在炮泥制作完成后，如何存放保管炮泥也是一项重要工作。在前期炮泥加工完成后采用塑料筐存放，经过12 h之后，制作好的炮泥表面就会因失水而出现干缩，且硬度增大，在实际施工中很难与炮眼孔壁进行密贴[5]。除此之外，临时加工炮泥通常很难满足夜间施工需求，对此，为了在保证正常供应的基础上，确保堵塞质量，可以专门准备一些密封箱以及保鲜膜，用以存放制作好的炮泥。在密封箱内覆盖保鲜膜，并将密封箱置于室内，避免风吹日晒。通过这种方式，可以将炮泥的存放时间延长至3 d，且炮泥质量始终可以满足水压爆破需求。

2.3 炮孔装药结构

施工技术人员在按照设计孔网参数以及深度钻好炮孔后，首先要将每一个炮孔内的残渣清除干净，必须要确保装填前各炮孔的干净整洁，以避免水袋在装填过程中被炮孔内残余渣滓扎破。然后在清理干净的炮孔内先放置一支水袋垫底，之后根据设计要求的单孔装药量向炮孔内装填炸药。在炸药装好后装填水袋，最后再装填炮泥堵塞封口。其中，根据炮孔位置以及作用的不同，其炮孔装药结构也会存在一定差异，具体来说：

第一，掏槽眼。其主要采取连续装药结构，先将一支水袋垫底，之后装填炸药，再装填2支～4支水袋，用炮泥进行堵塞封口，并用木棍堵紧炮泥；

第二，周边眼。如果采取间隔装药结构，就需要先在孔底装填一支水袋垫底，之后装炸药，炸药要按照间隔装药布置，炸药装好后连续装入4支水袋，最后堵塞炮泥至孔口，并用木棍捣实堵紧。而如果采取连续装药结构，则要在孔底垫入一支水袋后装炸药，炸药装好后连续装入8支～10支水袋，最后堵塞炮泥至孔口，并用木棍捣实堵紧；

第三，辅助眼。其主要采取连续装药结构，先将一支水袋垫底，之后连续装填炸药，再装填2支～4支水袋后堵塞炮泥至孔口，并用木棍堵紧炮泥[6]。值得注意的是，掏槽眼以及辅助眼等炮孔在装药堵塞时，必须要确保填塞密实。且各炮孔的实际装药量也应该根据围岩的软硬程度而定，软岩要减少，而硬岩则要增加。周边孔间隔装药要均匀。另外，在装填水袋时，需要一袋袋利用炮棍轻轻捅入到炮眼内的相应位置。

2.4 起爆

水压爆破的起爆网络以及起爆顺序，与以往常规爆破并无区别。其爆破网络采取簇连接方式，而起爆则采用电容式非电毫秒雷管激发器。

3 在软岩隧道开挖中应用水压爆破技术的保障措施

3.1 从物资设备的角度来看

在软岩隧道开挖施工中采用水压爆破技术，每天需要消耗掉大量的水袋与炮泥。因此，为了避免因水袋、炮泥供应不及时造成的工期延长，必要时可以另外购置相应的封口机以及炮泥机。另外，为了确保水压爆破可以有充足的水袋与炮泥作支持，应该专门安排两间库房作为加工存放水袋与炮泥的场所。同时购入足量的塑料箱、密封箱以及保鲜膜，以确保炮泥的含水量。

3.2 从安全的角度来看

第一，炮泥机的操作要规范。在炮泥机开机上料时，不可以利用工具随意拨弄料仓中的物料，以免发生事故。只有在炮泥机完全停机后，才可借助工具对料仓壁以及搅拌翅上残余的泥土进行清理。

第二，防范设备漏电。不管是水袋制作还是炮泥制作都需要水。所以，为了防止设备漏电，应该在灌封机与炮泥机通电前，用相关仪器设备对其进行检查，确保其不存在漏电隐患。同时，对机械设备的检测需要随时做好记录，并在需要时安设专用警示标志，以提高安全意识[7]。

第三，避免水袋漏水。在水压爆破时，如果炮眼中的水袋有漏水问题，就会增加发生哑炮的概率。对此，在装填水袋后，相关人员一定要控制好捣入炮泥的力度，不要用力过猛。如已出现哑炮问题，则要严格遵循相关安全规范进行处理。

第四，加强人员培训。水压爆破对于钻爆作业人员的要求较高。因此，需要加强对钻爆作业人员的专业技能培训以及安全教育，敦促其始终按照设计要求进行爆破施工。在培训中要强调，炮眼最底部的水袋一定要装入炮眼的最底部，不能留有丝毫空隙[8]。并且水袋与炸药、炸药与水袋、水袋与炮泥之间的衔接一定要紧密。捣固炮泥则应选用类似铁锹把、直径在30 mm、长度约为1 m的木棍，以确保捣固质量。

4 结语

水压爆破作为一种操作简单、适用范围广的爆破方式，将其应用于软岩隧道开挖施工中，可以达到改善作业环境、有效节约炸药、提高施工效率以及节能减排等效果。所以，相关施工企业需要加大对水压爆破技术的研究实践力度，不断提高水袋与炮泥的制作质量与安装效率，从而在保证爆破质量的前提下，缩短软岩隧道的开挖循环进度，降低成本，并为今后同类型工程施工建设提供参考。

参考文献:

[1] 欧 然.水压爆破技术在隧道掘进施工中的应用[J].山西建筑,2014,40(6):184-186.

[2] 崔文辉.水压爆破在城市地铁隧道施工中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2015(15)：67-69.

[3] 蔺进升.隧道节能环保水压爆破[J].工程技术(全文版),2016(12):313-314.

[4] 戴润军,王 哲,周 昆.水压爆破在软岩隧道开挖中的实践应用[J].交通节能与环保,2017,13(1):84-87.

[5] 应广生.成贵铁路隧道水压爆破技术的应用与探讨[J].工业b,2015(25):129-131.

[6] 安风华.隧道水压爆破施工工艺探讨[J].山东交通科技,2017(3):69-71.

[7] 马腾飞,李树忱,周建芳.六盘山软岩隧道水压爆破优化技术[J].科技创新与应用,2017(13):208-209.

[8] 李 健.水压爆破在地铁施工中的运用[J].山西建筑,2017,43(12):154-155.