聚能+水压光面爆破技术

周 佳，李 明，李 斌，张 川，蔡 欣，王龙飞

(中交二公局第三工程有限公司， 陕西 西安 710016)

1 应用背景

宝鸡至坪坎高速公路是银川至昆明高速公路(G85)的组成部分，隧道位于陕西省宝鸡市秦岭天台山，隧道从北向南穿越秦岭主山脊，隧道全长15.56 km，设计标准为双向六车道，设计速度80 km/h，通过1#有轨斜井辅助正洞施工第二区段3.185 km。主斜井纵坡-40.175%，全长868.694 m，副斜井纵坡-36.153%，全长962.706 m。

斜井坡度大，常规爆破开挖钻孔数量多、劳动强度大、爆破后排烟困难并且爆破后轮廓面极不平顺，通过对聚能爆破、水压爆破开挖工艺的优缺点研究总结，在工艺原理、钻孔数量、装药结构、经济性等方面深度优化创新。形成新型聚能+水压爆破开挖工艺。

2 常规光面爆破开挖工艺

项目隧道开挖在改换爆破掘进工艺之前运用常规爆破掘进工艺施工，其周边眼间距为35～45 cm；辅助眼和掏槽眼满填装药。常规爆破掘进工艺起爆后，隧道轮廓面参差不齐，极不平顺，超欠挖现象严重。

3 聚能+水压光面爆破原理

聚能爆破是周边眼采用聚能管加水袋和炮泥代替传统的炸药，使爆炸释放的能量具有矢量性，极大提高炸药爆炸能量由自由发散性向定向性的转变。爆炸瞬间在岩体中除爆破产生的径向压应力和切向拉应力通过聚能槽切割岩石形成光面效果，爆破后隧道轮廓面平顺，炮眼保留率高，超欠挖良好。

水压爆破是辅助眼、掏槽眼内安装水袋和炸药、孔口用炮泥堵塞，炮泥堵塞孔口更好的提高了炸药效能，孔内安放水袋减少了炸药的使用量，水袋在爆破过程形成水楔效应，更好的切割围岩，有效地控制了渣石粒径。炮眼里放置的水袋在爆炸过程中瞬间形成水雾，使洞内爆破粉尘含量大大降低，起到改善作业环境，提高洞内空气质量作用。

4 聚能+水压光面爆破开挖工艺

周边眼聚能爆破将乳化炸药均匀涂放在聚能管内，经过人工组装制成成品聚能管。周边炮眼间距可布到80 cm孔深3 m，周边炮眼底部安装一节水袋，然后安装聚能管，再安装一节水袋，最后用炮泥封堵炮眼口，其炮眼装药结构如图1所示，根据围岩的节理、裂隙发育情况其周边眼间距可适当调整。

辅助眼、掏槽眼水压爆破是在炮眼中用水袋代替部分炸药，最后用炮泥堵住孔口，孔深3 m，其装药结构示意图见图2。

图1 周边眼聚能爆破装药结构(单位：cm)

图2 辅助眼、掏槽眼水压爆破炮眼装药结构(单位：cm)

5 聚能+水压爆破创新之处及优点

5.1 聚能+水压爆破创新之处

(1)解决了行业隧道施工一直存在的超欠挖难题。

(2)充分结合爆破中聚能管使爆炸能量聚集发挥，使炮眼内炸药释放的能量由自由散发向定向性的转变。水压爆破中水袋的水楔效应进一步破碎岩石及水雾降尘的优点。

5.2 聚能+水压爆破优点

工程进度方面：聚能管光面爆破，周边炮眼间距增大1倍，炮眼数量减少50%，钻孔所用时间缩短，节省工人作业量，功效提高。

施工成本方面：聚能水压光面爆破主要是降低成本。分析比较：一使用这项新工艺所耗的钻爆费用与常规爆破对比分析见表1；二是围岩初支喷射砼方量对比分析见表2。

表1 常规光爆与聚能水压爆破光面眼钻孔费用对比

注:每延米费用根据有轨运输斜井现场统计每班开挖工人工资、钻头钻杆消耗量及水电费计算得出

由表1分析可知，聚能水压光面爆破每延米钻爆费用比常规光面爆破节省成本费用984.37元，即节省38.14%；聚能水压光面爆破比常规光面爆破每延米节省喷射砼量费用为345.6元，即节约22.64%。

质量方面：使用聚能+水压光面爆破后围岩面平顺光滑，无超欠挖现象，并且围岩稳定，无剥落现象。辅助眼和掏槽眼爆破后无残留哑炮，石渣细碎，满足有轨运输要求。

通过使用聚能+水压爆破新工艺，使炸药释放的能量具有矢量性，极大提高炸药爆炸能量由自由发散性向定向性的转变，与常规爆破相比周边眼数量减少约1/2，而且聚能管装置上的塑料套圈使其在炮眼中固定，爆破能量集中沿聚能槽释放，切割岩体，大大降低对隧道围岩影响深度，对保障围岩的稳定十分有利；辅助眼和掏槽眼采用水压爆破，炮眼中的水袋节省部分炸药，有效控制岩石粒径，而且水雾可以起到降尘作用。

6 结语

本项目通过聚能+水压爆破技术的应用，与常规爆破相比展现出其优越的效果。解决了行业隧道施工一直存在的超欠挖难题，使开挖轮廓平顺，并且提高了隧道开挖质量，降低了施工成本，改善了作业面环境。聚能爆破和水压爆破技术相结合，使炮眼内炸药释放的能量由自由散发，向定向性的转变，该创新应用目前在行业内已经初步取得认可。项目先后迎来了宝坪全线单位、陕西省交通运输厅、中交集团、交通部等单位的观摩学习，在后续的实际生产中将会为企业和行业产生良好的经济及社会效益。