隧道Ⅱ,Ⅲ级围岩光面水压爆破技术试验研究

东 怀 正

(中国铁路总公司拉林铁路建设总指挥部，西藏 林芝 860100)

隧道掘进光面水压爆破技术是结合隧道掘进光面爆破和水压爆破两项技术应用于隧道掘进施工的新技术，是一种创新技术，也是未来隧道快速掘进发展的趋势[1]。

拉林铁路新建正线全长403.14 km，桥隧总长300.98 km，桥隧比为74.7%。其中：隧道47座216.47 km，占线路长度53.7%；10 km以上隧道6座83.64 km，5 km以上隧道9座75.24 km，3 km以上隧道5座20.94 km。根据设计勘测资料，长大隧道Ⅱ,Ⅲ级围岩长度为81.1 km，占长大隧道长度的45.1%。为了加快隧道掘进速度，降低成本，提高施工质量，增加效益，改善作业环境，保护施工人员身体健康等多方面因素，拉林铁路于2016年3月选 取布喀木隧道横洞实施光面水压爆破试验。

布喀木隧道横洞全长1 695 m，横洞与隧道小里程方向平面夹角90°,单车道断面净空尺寸为5.0 m×6.5 m(宽×高)，错车道断面净空尺寸为7.5 m×6.2 m(宽×高)。横洞埋深大，Ⅱ级围岩1 450 m,Ⅲ级围岩170 m,Ⅳ级围岩70 m,Ⅴ级围岩5 m。

1 光面水压爆破定义及意义

1.1 水压爆破定义

水压爆破是将炸药置于受约束的有限水域内，当炸药爆炸时，利用水的能量传递性和不可压缩性，将压力均匀的作用于介质上，使介质达到破碎的一种爆破技术。

1.2 水压爆破目的与意义

通过进行隧道水压光面爆破技术研究，主要解决以下问题：1)光爆效果及表面平整度的控制;2)开挖轮廓得到控制，可避免出现二衬混凝土超耗；3)节省炸药用量；4)增大循环进尺；5)减少通风时间，增强降尘效果。最终形成一整套适用于Ⅱ,Ⅲ级围岩水压光面爆破技术，为类似环境及条件隧道施工提供理论依据及参考经验。

2 光面水压爆破施工工艺

光面水压爆破与普通光面爆破工艺流程基本相同[3]，光面水压爆破要事先加工好炮泥和水袋，在装药时按照设计的装药结构依次装入水袋、炸药、水袋，最后用炮泥堵塞[4]。

水压爆破设计→整理工作面→测量放线→布设孔位→钻孔施工→测量实际孔距孔深→计算药量与装药结构→水袋、炮泥加工→装药回填炮泥→联接起爆网络→人员、机械设备撤离警戒→起爆→通风→检查分析爆破效果。

3 光面水压爆破设计实例

布喀木隧道横洞主要以片麻岩为主，隧道主要以Ⅱ级围岩为主，采用全断面开挖施工工艺，断面面积为42.72 m2，断面总的炮眼数量设计为115个，周边眼、辅助眼设计深度为3.5 m，掏槽眼设计深度为4 m，见图1。

常规钻爆全断面每循环装药144.8 kg，炮眼孔口未堵塞。采用光面水压爆破参数设计与常规钻爆一样，不同的是在装药结构，装药时间隔增加了水袋和孔口炮泥。

经现场试验确定，光面水压爆破的装药量比常规爆破节省，掏槽眼减少装药5.2 kg，辅助眼减少装药10.4 kg，周边眼减少装药4.1 kg，底板眼减少装药1.8 kg，每循环节省炸药21.5 kg，见表1。

表1 布喀木隧道横洞常规/水压爆破参数对比表

4 实施效果分析

4.1 技术指标分析

布喀木隧道横洞使用常规爆破平均每循环进尺3.1 m。自2016年3月16日使用光面水压爆破技术至2016年5月1日，共施工47 d，已掘进了389 m共计118循环，平均每日掘进8.28 m，每循环掘进约3.3 m。与常规爆破相比，每循环提高进尺0.2 m。

光面水压爆破比常规爆破单位耗药量降低了20%，通风时间从40 min缩短为10 min，由此可见光面水压爆破在减少炸药用量、提高循环进尺、缩短通风时间、改善洞内施工环境等方面具有突出的优势。

4.2 经济指标分析

通过常规爆破与光面水压爆破对比分析，在相同的条件下，光面水压爆破比常规爆破每循环开挖进尺多0.2 m，每循环节省炸药21.5 kg，由于通风时间减少，爆渣集中，出渣时间相应也减少，提高了施工进度。

4.2.1使用光面水压爆破每延米所节省的费用

1)火工品节省的费用。布喀木隧道横洞开挖断面面积为42.72 m2。炸药的单价为14.8元，每循环使用118个雷管，共计1 865.49元。

隧道每开挖1 m节省炸药：

(144.8÷3.1-123.3÷3.3)×14.8=138.32元。

隧道每开挖1 m节省雷管：

1 865.49÷3.1-1 865.49÷3.3=36.47元。

合计开挖每延米节省火工品费用：

138.32+36.47=174.79元。

2)人工费节省的费用。每循环进尺提高0.2 m，开挖断面42.72 m2，每开挖一方开挖班组工资为55元。

0.2×42.72×55÷3.3=142.4元。

3)施工用电节省的费用。隧道开挖使用三台功率为132 kW的空压机，每循环钻孔时间为3.5 h；一台通风机功率为264 kW，采用水压爆破前后的通风时间分别为40 min和10 min，电费为1.2元/度，每开挖1 m节省费用：

132×3×3.5×1.2÷3.1-132×3×3.5×1.2÷3.3+264×2/3×1.2÷3.1-264×1/6×1.2÷3.3=84.6元。

合计节省费用为174.79+142.4+84.6=401.79元。

4.2.2使用光面水压爆破每延米另外支出的费用

光面水压爆破设备的一次性投入为炮泥制作机和封口机的费用很低，炮泥机到场费用为5 000多元，封口机6 000多元。

1)制作水袋、炮泥的人工费用。制作水袋需要1人，制作炮泥需要3人，每人按150元/d的工资计算，每天是可以制作6个循环使用的炮泥和水袋，折合每延米支出费用：

150×4÷3.3÷6=30.3元。

2)水袋费用。水袋每个0.2元，每延米费用：

(13×5+61×6+41×5)×0.2÷3.3=38.5元。

3)制作炮泥的土砂费用。土砂每方40元，每方土砂可制作炮泥1 200 m，合计6 000根，每循环使用521根，可使用11.5个循环，每延米增加费用：

40÷11.5÷3.3=1.1元。

4)封袋机、炮泥机的电费。每天工作平均工作4 h即可满足施工需求，炮泥机功率为4 kW,封袋机功率为0.68 kW,电费1.2元/度，每天施工水袋、炮泥的电费：

(4+0.68)×4÷3.6×1.2=4.9元。

使用光面水压爆破每延米需另外支出的费用合计为：

30.3+38.5+1.1+4.9=74.8元。

4.2.3经济效益分析

根据以上汇总数据分析，将以上每延米节省的费用合计，除去每延米另外支出的费用后，采用光面水压爆破每延米可节省费用: 401.79-74.8=326.99元。

4.3 社会及环境效益分析

当今社会提倡低炭、节能、环保，隧道掘进采用光面水压爆破提高了炸药利用率、施工进度、经济效益，保护了作业环境，另外在降低粉尘含量，减少对环境的污染，保护施工人员的身体健康等方面优势十分明显，社会、环境效益显著。

5 结语

经过现场试验对比，光面水压爆破对Ⅱ级、Ⅲ级围岩的爆破效果，要优于Ⅳ,Ⅴ级围岩的爆破效果，隧道Ⅱ级、Ⅲ级围适合大面积使用光面水压爆破。但在Ⅳ,Ⅴ级围岩的开挖施工中，仍需要进行试验总结，进一步调整装药结构，总结出适用于Ⅳ,Ⅴ级围岩的光面水压爆破参数，并推广应用。