隧道水压光面爆破工艺分析

吕 利,申铁军

（1.山西路桥桥隧工程有限公司,山西 朔州 036000; 2.山西路桥建设集团有限公司,山西 太原 030037）

0 引言

项目设计路线沿构造剥蚀中山布设，人类工程活动相对较弱，大部分斜坡自然条件下处于较稳定状态，无不良地质作用发育。但由于沟谷发育，地形切割剧烈，起伏变化大，在施工过程中，受扰动极易诱发崩塌、沿软弱结构面滑塌等不良地质作用。受区域构造控制，项目区构造格局主要是由燕山运动形成，构造形迹以褶曲为主，其主体走向表现为北东东向，伴生了一系列断层。其主体走向表现为北西、北东、近南北向。依据该次勘察成果，项目内共发现断层8 条，大多数断层明显控制了地貌形态，对部分桥梁、隧道、路堑工程有影响。

1 常规光面爆破方案设计

（1）隧道底宽12.43 m、顶高7.41 m，断面周长46.56 m，断面面积76.35 m2。常规光面爆破参数的选择主要来自于理论计算以及隧道现场的工程实践，水压光面爆破的孔网参数主要来自于数值模拟确定的光面爆破参数。

（2）常规光面爆破的周边孔孔数为35个（拱顶15个，左帮与右帮各10 个），掏槽孔数量为16 个，辅助孔36 个，内圈孔30 个，底板孔8 个，共计炮孔总数125 个[1]。炮孔的深度及炮孔间距详见表1。

表1 常规隧道掘进爆破参数

常规光面爆破装药量如表2 所示，可知常规光面爆破周边孔装药总量42 kg，单孔装药量为1.2 kg；掏槽孔的总药量为38.4 kg，辅助孔的装药量为64.8 kg，内圈孔和底板孔的装药量分别为54 kg、16.8 kg。

表2 常规隧道掘进爆破装药量

2 水压光面爆破方案设计

水压光面爆破的孔网参数选择主要来自于数值模拟研究，选择的装药不耦合系数为1.3，线装药密度为300 g/m，炮孔间距为80 cm[2]，相比于常规光面爆破参数，炮孔孔距拉大了30 cm。光爆层厚度为70 cm，相对于常规光面爆破增大了10 cm[3]。水压光面爆破装药结构如图2 所示。在同一断面上同时使用常规光面爆破参数和水压光面爆破参数，尽量排除其他地质因素。水压光面爆破的周边孔孔数为24 个（拱顶10 个，左帮与右帮各7 个），掏槽孔数量为16 个，辅助孔36 个，内圈孔30 个，底板孔8 个，共计炮孔总数114 个。现场爆破孔网参数如表3 所示，炮孔的深度及炮孔间距详见表3。

表3 水压爆破爆破参数

水压爆破装药量如表4 所示，可知水压光面爆破周边孔装药总量21.6 kg，单孔装药量为0.9 kg；掏槽孔的总药量为33.6 kg，辅助孔的装药量为54 kg，内圈孔和底板孔的装药量分别为45 kg、14.4 kg。

表4 水压爆破装药量

3 水压光面爆破施工

3.1 水压光面爆破施工步骤

相比于常规光面爆破，水压爆破在工艺流程上的需要在装药之前加工炮泥和水袋，首先在孔底放置两个药卷，然后依次放置水袋和炸药，在水袋和炸药放置完成后使用炮泥进行封堵，用木棍捣实。

3.2 水压光面爆破技术要点

水压爆破的主要关键点是水袋的制作与炮孔的有效封堵。水袋是由聚乙烯塑料制成，通过KPS-60 型水袋自动封装机生产，水袋厚0.8 mm 左右，炮眼直径为40 mm。

4 工程实例与经济效益指标分析

炮孔间距对于被爆围岩是否崩落影响巨大：炮孔孔距过大，不能崩落围岩，进行二次爆破会严重影响施工进度；孔距过小，增加钻眼工作量，相应的炸药量增加，严重影响企业经济效益。

（1）常规光面爆破与水压光面爆破在爆破耗材方面作比较，可以发现在周边孔孔数方面，常规光面爆破周边孔孔数为35 个，水压光面爆破孔数为24 个，对比减少了孔数11 个，下降比率可达31.43%；常规光面爆破全断面孔数（包括掏槽孔、崩落孔以及周边孔）为125 个，水压光面爆破全断面孔数为114 个，孔数的改变主要来源于光面爆破爆破参数所带来的。在周边孔装药量方面，常规光面爆破装药量为1.2 kg，水压光面爆破装药量为0.9 kg，装药量降低了0.3 kg，下降比率为25%，对于周边孔总装药量则下降了48.57%。对于全断面一次爆破的总药量，常规光面爆破的总药量约为216 kg，水压光面爆破全断面总药量为195.6 kg，减少了20.5 kg；在掘进单耗方面，常规光面爆破的单耗为0.943 kg/m3，对于水压光面爆破，单次掘进单耗为0.732 kg/m3，下降比率为22.4%。具体如表5 所示。

表5 两种爆破技术孔数及药量变化

（2）经济效益指标是评价常规光面与水压光面爆破的主要指标，主要表现在钻孔的孔数以及火工品等的消耗方面，钻孔的单价为14 元，乳化炸药的单价为每千克12 元，电子雷管的单价为18 元，由于水袋的单价极低可以忽略不记，常规光面爆破钻孔费用为1 960 元，水压光面爆破的钻孔费用为1 344 元，成本节约了616 元。在乳化炸药的消耗方面，常规光面爆破乳化炸药的消耗量为42 kg，水压光面爆破消耗量为21.6 kg，按照乳化炸药每千克12 元，可知水压光面爆破在炸药方面成本每延米节约了244.8 元。在电子雷管的消耗方面，常规光面爆破中使用了35 个电子雷管，水压光面爆破使用了24 个电子雷管，折合每个电子雷管18 元，可得水压光面爆破在电子雷管的损耗方面成本降低了198 元。常规光面爆破未使用导爆索，水压光面爆破时使用了导爆索57.6m，按照市场价格，即每米导爆索4.5 元，计算可得水压光面爆消耗导爆索的成本为259.2 元。常规光面爆破总价为3 094元，水压光面爆破的总价为2 294.4 元，总计成本节约了799.6 元，具体如表6 所示。

表6 经济效益指标表

由表6 可知，水压光面爆破具有明显的节约成本优势，尤其是周边孔减少超30%，全断面炸药节约10%。和常规光面爆破相比，虽然增加了水袋和导爆索的费用，每个循环约600 元，但总体来说，仅光爆炮孔爆破成本降低率为14.7%，折合每延长米降低成本133.5 元，如考虑超挖减少出渣量、支护量，施工成本降低更多。

（3）隧道洞口建设。山西省阳泉市盂县某公路项目设计隧道2 座，分别是对王只隧道、黄树岩隧道，隧道口建设费用34.97 万元。具体方案如下：

①对王只隧道口建设：对王只隧道拟搭设彩钢房5间，空压机棚1 个，占用1 133.33 m2，预算费用17.96 万元。

场地采用10 cm 厚C15 固废混凝土硬化，洞口采用20 cm 厚C15 固废混凝土硬化，见表7。

表7 对王只隧道洞口场地临建工程计划表

②黄树岩隧道口建设：黄树岩隧道洞口拟搭设彩钢房5 间，空压机棚发电机棚各一个，占地1 666.67 m2，预算费用17.01 万元。场地采用10 cm 厚C15 固废混凝土硬化，洞口采用20 cm 厚C15 固废混凝土硬化，见表8。

表8 黄树岩隧道洞口场地临建工程计划表

5 结束语

综上述，常规光爆轮廓参差不齐，超欠挖现象较多，聚能水压光爆在使用过程中对围岩的扰动较小，在巷道中有利于保障围岩的稳定，减少对围岩的损伤。