公路隧道周边眼聚能水压爆破技术应用★

陈 航 孙振华 芦 杰 王 喆

(1.中铁隧道局集团有限公司市政工程公司，浙江 杭州 310012； 2.绍兴市交通建设投资集团，浙江 绍兴 312000； 3.绍兴市交通工程质量安全监督站,浙江 绍兴 312000)

1 概述

在交通隧道、水工隧道、矿山巷道的掘进施工中，钻爆法是常用的施工方法。钻爆法常导致隧道断面超欠挖，以及带来大量的粉尘，进而增加施工通风成本和难度，影响施工人员的健康。聚能水压爆破能有效降低隧道爆破时的粉尘量，降低隧道的超欠挖现象。

何满潮等[1]提出双向聚能拉伸爆破技术，并将其应用于规划断面隧道爆破，发现双向拉伸聚能爆破技术能够有效降低炸药用量。陈士海[2]建立了数学模型来研究水压爆破的装药结构。刘俊杰[3]将水压光面爆破技术用于老格山隧道开挖，发现水压爆破显著改善了隧道内的空气质量。沈显才[4]将水压爆破技术运用于地铁暗挖隧道掘进，阐述了聚能管的组装工艺。因此，水压爆破具有很好的应用效果，但在局部水压爆破方面，如仅在周边眼中实施聚能水压爆破，需要进一步研究其爆破效果。

2 工程概况

杭绍台高速公路镜岭隧道位于浙江省绍兴市新昌县境内，是一条左右分离的双向四车道特长隧道，左洞长5 510 m，起讫桩号为ZK98+405～ZK103+915，右洞长5 583 m，起讫桩号为YK98+382～YK103+965，隧道最大埋深在250 m左右。该隧道由中铁隧道集团承建，为杭绍台高速公路绍兴金华段全线控制性工程，标段内(单洞)Ⅲ级围岩3 636 m，占施工长度的53.5%。隧道围岩主要为中风化凝灰岩，岩质坚硬，较完整，抗压强度约为70 MPa，岩石基本质量指标为442。

3 炮眼布置与装药

3.1 炮眼布置

镜岭隧道断面尺寸为1 160 mm×904.8 mm，净面积为85.6 m2，在Ⅲ级围岩时，采用全断面施工。常规光面爆破炮眼布置如图1a)所示，隧道全断面共布置138个炮眼，周边眼51个，炮眼深度略长于设计进尺3.5 m，掏槽眼和辅助眼深度较大。聚能水压爆破全断面炮眼114个(如图1b)所示)，周边眼27个，炮眼深度与常规光面爆破相同。对比常规光面爆破与聚能水压爆破的炮眼设计，如表1所示，炮眼设置主要是周边眼存在差异。因为常规爆破周边眼的间距较小，因此数量较多，约为聚能水压爆破周边眼数量的1.9倍。常规爆破与聚能水压爆破炮眼孔径相同。

聚能水压爆破与光面爆破的掏槽方式和起爆顺序相同，采用楔形掏槽方式和分段位起爆。起爆顺序依次为掏槽眼→辅助眼Ⅰ→辅助眼Ⅱ→掘进眼与改炮眼→内圈眼→周边眼→底板眼。具体起爆段位见表1。

3.2 聚能水压爆破装药

表1 Ⅲ级围岩全断面爆破参数表

传统光面爆破聚能水压爆破炮眼种类炮眼个数炮眼深度雷管段数药卷数量单孔药量/kg炮眼个数炮眼深度雷管段数药卷数量单孔药量/kg掏槽眼164.913204164.913204辅助眼124.631923.2124.631923.2辅助眼84.2451042.684.2451042.6掘进眼163.9171762.2163.9171762.2内圈眼213.792312.2213.792312.2周边眼513.7111530.6273.711810.6底板眼113.7131542.8113.7131562.8改炮眼32.0760.432.0760.4合计138114

聚能水压爆破主要是利用液体的不可压缩性和炸药的聚能效应。常规光面爆破与聚能水压爆破的炮眼布置近似，但装药结构存在差异。聚能水压装药结构如图2所示，在孔底装有加强药、反向雷管置于加强药中，由孔底向孔口依次为加强药与反向雷管、聚能管、水袋、水沙袋，导爆管通过水袋、水沙袋连接到反向雷管。通常，聚能管为白色的普通PVC管，由两个形状不规则的半壁管组成，聚能管管壁厚度约为2 mm。聚能管的凹槽可以聚集能量，岩石乳化炸药装于聚能管凹槽内。因此，聚能管内截面与炸药截面相同。聚能管的长度根据炮眼设计深度可以调整，相应的装药量也根据聚能管长度调整。聚能水压爆破具体装药步骤如下：

1)岩石乳化炸药可以分割，首先将药卷外包装去除，再将药卷装入注药枪的枪筒中，拧紧旋转盖。在0.2个大气压下，使用小型空压机将炸药注入聚能管中；

2)手握注药枪，将岩石乳化炸药连续沿聚能管管壁注入，直至注满；

3)在聚能管中放置一根传爆线，然后将聚能管的两边合上，并用胶带稍微缠绕一下，最后装上起爆雷管。

当然，聚能水压爆破还存在不同形式的装药，但都是大同小异，基本原理是相同的。在孔底，有的情况下直接放置水袋，本项目在孔底放置的是加强药与反向雷管。孔口处，有的仍然采用炮泥封堵，有的采用水袋封堵，本项目采用水沙袋和水袋封堵炮眼。因为水沙袋属于牛顿体，能够更好的堵塞炮眼，有力控制炸药爆炸在炮眼中生成的膨胀气体,其膨胀气体静力作用要比常规光面爆破不堵塞强的多,更有利于已形成的裂缝再延伸扩展加大，提高爆破效果。值得说明的是，聚能水压爆破中，根据适时隧道断面检测结果，动态调整爆破参数。

4 爆破效果评价

对比常规光面爆破和聚能水压爆破，主要差异表现为：1)装药结构；2)炸药用量；3)爆破效果。基于这些差异，聚能水压爆破取得了良好的爆破效果，具体如下：

1)缩短打炮眼时间。常规光面爆破光爆周边眼的间距设置为40 cm～50 cm，而聚能水压光面爆破的光爆周边眼间距一般为90 cm～100 cm，大大减少了周边眼钻孔数量，缩短了钻孔时间，加快了施工进度，提升了施工效率。

2)提高半眼痕保留率。如图3,图4所示，通过测量人员对断面的扫描，其断面平整度也大大的改善了，具体表现为半眼痕保留率有较大幅度的提高。由75%提高到了84%，进而，有效控制了隧道轮廓断面的超欠挖现象。

3)减弱爆破震动。对比常规光面爆破周边眼的炮眼间距，可以发现聚能水压爆破周边眼间距大幅度提高，相应间距为常规爆破周边眼间距的1.6倍～2.5倍，因此对围岩的爆破影响显著降低，提高围岩的稳定性。

4)降低超欠挖。常规光面爆破常常出现超欠挖问题，本项目采用常规光面爆破时超欠挖控制效果一般，偶尔会出现欠挖补炮或者超挖挂网补喷，采用聚能水压光面爆破技术后，超欠挖控制得到了极大的改善，不存在补炮或者挂网补喷的现象，对后续施工提供了可靠保障。

5)节约炸药用量。根据爆破后统计，聚能水压爆破每立方米炸药用量约为0.8 kg，常规爆破每立方米炸药用量为0.9 kg，每立方米可节约炸药用量11%，每循环进尺可节约炸药用量31.5 kg。

聚能水压爆破平均每循环进尺3.55 m，常规光面爆破平均每循环进尺3.37 m，相比较而言，聚能水压爆破平均每循环增加进尺18 cm，并且爆破效果得到了极大的提高，最直观的就是半眼痕保留率提高了，光爆炮眼的半眼痕很大程度上得以保留。

5 结论

1)相比于光面爆破，聚能水压爆破技术可仅于周边眼爆破掘进，周边眼处能够节约11%的炸药，进而达到降低成本的作用。

2)仅在周边眼采用聚能水压爆破，炮眼保存率明显高于传统光面爆破，半眼保存率达到84%，也能取得良好的爆破效果。

3)周边眼采用聚能水压爆破技术在减少超欠挖的同时，一定程度上提高了每循环进尺。