福建厦蓉高速公路漳龙段扩建有限公司 福建龙岩 364000
摘要：随着国内经济发展和结构调整，土木行业逐步规范化，企业为了加强自身的竞争实力，开展落实技术经济，向技术要效益，推动企业不断加强技术创新。于是就在施工中探索与总结出了“隧道水压光面爆破施工技术”，就是在炮眼中增加了“水袋”，并用“炮泥”回填堵塞炮眼的一种爆破技术。它是在常规光面爆破的基础上进行装药结构的创新和改革，不仅能提高隧道单循环掘进进尺，改善断面开挖质量，提高光面爆破效果，降低掘进爆破粉尘浓度，而且还能提高隧道施工的整体推进速度，节约工期，节省炸药，充分的发挥了炸药的效率。综合分析得出，水压光面爆破在安全环保、技术经济、节约工期和提高功效等方面的优势明显，具有较高的应用价值。
关键字： 隧道 水压 光面爆破 经济环保 提高
1 引言
国内经济发展和结构调整，土木行业逐步规范化，行业利润逐渐走低的环境下，企业为了加强自身的竞争实力，开展落实技术经济，向技术要效益，推动企业不断加强技术创新能力。国家对环境保护提出了更高要求，安全环保和绿色低碳施工在行业发展中的趋势已经凸显。隧道工程在山岭区的公路和铁路市场中占据较大的份额，而隧道开挖作为隧道施工中最为关键的一个环节，其中爆破质量的好坏将直接影响到隧道施工的安全、质量、进度和成本控制。
水压光面爆破与传统的光面爆破相比，优化了装药结构及形式，提高了光爆效果和周边炮眼痕迹保存率，循环开挖进尺增大，节约了工期，很好的控制了超欠挖，对周围岩体的扰动小，充分利用了周围岩体的自稳能力。此外，利用爆破应力波对水的不可压缩性，经水传播到周围岩体的爆炸能量几乎无损失，爆破产生的高压气体冲破水袋将水变成水雾，能有效的降低洞内有害气体和烟尘含量。
2 工程概况
已竣工通车的厦蓉高速公路改扩建工程天宝至蛟洋段龙门隧道为分离式双向4车道隧道，设计速度80km/h，单洞建筑限界净宽10.25m。左洞长1325m，起讫桩号为ZK156+457～ZK157+781，右洞长1143m，起讫桩号为YK156+485～YK157+628，左洞的最大埋深为110.8m，右洞的最大埋深为92.7m。隧址区属低山-丘陵地貌，隧道轴线近南北走向，穿越多条小山岭，地表植被较发育。进口处地面高程439-445m，出口处地面高程420-431m，隧道轴线最高点高程520.7m，最大高差100.7m。进口侧左线山坡自然坡度约20～25°，进口侧右线自然坡度15～20°为主；出口侧山坡自然坡度约25～30°。隧道围岩详见如下附表：
表1 龙门隧道各级围岩所占比例表
隧道Ⅲ级围岩开挖掘进采用全断面法施工，应用了水压光面爆破技术。
3 水压光面爆破施工技术
3.1 施工的主要特点
1）用水袋代替部分炸药，从而节约炸药用量；
2）每循环开挖进尺增大；
3）光面爆破效果相对较好，从而减少出渣量， 减少超挖回填量；
4）降低开挖爆破后粉尘量；
5）减短了爆破后的通风时间；
6）节约了工期，加快了施工进度。
3.2 基本工艺原理
水压光面爆破是在常规光面爆破的基础上进行装药结构的创新和改革，主要是在在装药结构、孔口封堵环节有所区别。
水压光面爆破机理是向炮眼中一定位置放置水袋代替炸药，经炮口位置的炮泥回填堵塞，利用水的不可压缩性无损失的传递爆炸应力波，将炸药爆炸产生的高温、高压气体充分传递到炮眼周边围岩，借助水与炮泥复合堵塞作用抑制爆炸膨胀气体的外泄，瞬间延长爆炸压力作用时间，更利于发挥炸药的爆力和猛度等爆炸性能，提高炸药的能量利用率，使岩石破碎。同时爆破产生的高压气体冲破水袋将水雾化，能降低空气冲击波强度及爆破噪声，降低空气中有害气体和粉尘含量。这种爆破对周边围岩破坏较小，使爆破的岩石表面能按设计轮廓线成型，表面较平顺，超欠挖很少，可以充分利用围边围岩的自稳能力。
水压光面爆破装药结构一般是周边眼采用孔径不耦合装药法，利用水介质代替空气介质，并且间隔装药，确保周边眼炸药起爆后衍生的切线方向的拉应力大于两个炮眼连线方向上围岩的抗拉强度，使光爆层内岩石被拉断形成贯穿裂缝及光爆面。掏槽眼及辅助眼内采用孔底和靠近孔口堵水，连续装药，孔口堵塞回填。
3.3 工艺流程
3.3.1 水压光面爆破施工工序
钻爆设计→施工准备（炮泥制作、水袋制作）→测量放样布眼→钻孔台车就位→钻孔→清孔→安装炸药、水袋和炮泥→联网→起爆→通风降尘→出渣→下节工序
3.3.2 水压光面爆破操作要点
1）钻眼前由测量人员用红油漆准确标出开挖断面的中线、轮廓线和炮眼位置，误差不超过5cm；
2）采用钻孔台车、风动凿岩机钻眼，轴线与隧道轴线保持平行，台车就位后按炮眼布置图正确钻孔，先用短钻杆定位，再用长钻杆加深，掏槽眼和周边眼的钻眼精度控制在5 cm以内；
3）周边眼钻眼施工必须保证外插角满足设计角度，各炮眼底部位于同一平面上；
4）装药前，用炮钩和高压风将炮眼内石屑清理干净，以免影响爆破效果；
5）炮泥采用专用机械制作，原材料采用砂黏性土或黄土，制作好后包裹保鲜膜防止水分蒸发；
6）水袋采用聚乙烯塑料袋，使用专用机械自动注水封口，制作好的水袋需保证密封不漏水、灌水饱满且直径略小于炮眼；
7）装水袋时将水袋封口折叠上去采用木质炮棍轻推送入孔内，炮棍端头制作成圆端形，避免尖锐端头刺破水袋，切勿用力过猛；
8）为避免瞎炮影响爆破效果，周边眼采用非电导爆管引爆，同时串连导爆索形成双保险；
9）严格按照钻爆设计施工，掏槽眼眼口间距误差不大于5cm，辅助眼口、孔底排距、行距不大于10cm，周边眼眼口误差不得大于5cm，眼底不得超出开挖轮廓线15cm；
3.4 水压光面爆破的关键工序
3.4.1 爆破设计
水压爆破是在常规爆破的基础上发展而形成的，合理可行的常规爆破钻爆设计是保证水压爆破效果的前提，设计必须满足以下技术要求：一是根据围岩特点选择合理的掏槽眼形式，辅助眼角度、间距，周边眼间距及周边眼的最小抵抗线；二是严格控制周边眼的装药量，并使炸药沿炮眼全长合理分布；三是周边眼采用小直径药卷和低爆速炸药，借助传爆线以实现空气间隔装药；四是采用毫秒雷管微差顺序起爆，使周边爆破时产生临空面，周边眼同段的雷管起爆时差应尽可能小；五是爆破参数采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定。
3.4.2 周边眼间距及最小抵抗线
周边眼的间距是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素，要根据现场地质条件和岩性，视岩石的抗爆性、炸药性能、炮眼直径和装药量而定，当断面较小或围岩软弱、破碎或在曲线、折线处开挖成形较困难，周边眼间距宜取较小值；最小抵抗线应大于周边眼间距，软岩在取较小周边眼间距的同时，抵抗线要适当增大，以便形成平顺的开挖轮廓线。一般情况下E=（8～12）d（d为炮眼直径）；抵抗线W=（1.0～1.5）E。
3.4.3 装药控制
（1）周边眼适合采用小直径药卷，间隔装药，且相邻炮孔药卷位置错开，并使炸药沿炮眼全长合理分布。
（2）掏槽眼、辅助眼及内圈眼采用大直径药卷，连续装药，以提高岩石的破碎程度和抛掷效果，为后续周边眼爆破提供临空面。
3.4.4 周边眼外插角度控制
为保证隧道开挖后符合设计轮廓线和严格控制超欠挖，周边眼不能偏离设计轮廓线，周边眼间距误差小于5 cm，爆破效果最佳。因凿岩机外形尺寸的限制，钻孔时要有一个向外倾斜的角度，一般外斜角控制在2°～ 3°。
3.4.5 堵水工艺
水袋采用聚乙烯塑料袋，利用自动灌水、自动封口的水袋加工机加工水袋，长度20cm/个，封口温度以130～150℃为宜。水袋安装前要逐个检查水袋封口有无漏气、漏水现场，水袋的水量要达到设计装水量的90%以上，手捏水袋不易凹陷，往炮眼中装水袋时应将水袋封口折叠上去轻推入孔内。
3.4.6 炮泥封堵
堵塞作用是使炸药在受约束条件下能充分爆炸，提高能量利用率。堵塞长度因炮眼类型不同而不同。最小堵塞长度不小于30cm。采用炮泥机现场加工炮泥，炮泥组成比例为土∶沙∶水=1∶0.15∶0.2，要求堵塞密实，不能有空隙或间断。
3.4.7 爆破器材选择
爆破器材：炸药、非电塑料导爆系统、毫秒雷管和导爆索等。周边眼炸药：选择低爆速、低密度、低猛度、高爆力、小直径、传爆性能良好的炸药。周边眼使用的雷管主要选择分段多、起爆同时性好的毫秒雷管，能获得减少爆破振动的作用。
3.4.8 起爆顺序的控制
1）辅助眼由里向外逐层起爆，一是辅助眼起爆后尽量靠近开挖轮廓形状，使水压光面爆破层厚度尽可能一致，二是要注意将掏槽炮与辅助炮之间的时差稍加大，保证掏槽炮在此时差内将石碴抛出槽口，防止爆炸落下的碴堵死辅助眼的临空面，影响爆破效果；三是内外圈中的同圈炮必须同时起爆，以保证同圈炮的共同作用的爆破效果。
2）周边眼同时起爆。采用毫秒雷管微差顺序起爆，同段的周边眼雷管起爆时差尽可能小，同时使用导爆索或高精度系列迟发电雷管起爆效果最好。
4 水压光面爆破与常规光面爆破对比
水压光面爆破与常规光面爆破相比，节省炸药，提高炸药的利用率；缩短工期，加快隧道施工的整体推进速度；控制超欠挖，节省超挖回填混凝土用量，节约了施工成本；光爆效果和施工质量好，周边炮眼痕迹保存率高；节能环保，降低粉尘污染，减少了对施工作业人员健康的危害。
图4 全断面开挖炮眼布置图
5 结束语
在龙门隧道Ⅲ级围岩的施工中，分别采用了水压光面爆破和常规光面爆破施工工法。通过多次的对比分析和研究总结，发现水压光面爆破在安全、质量、进度、成本控制以及环境保护方面有着常规光面爆破所无法比拟的优点。不但为社会节约了资源，同时也为企业增效创益，极大提升了企业自身的竞争实力。
参考文献：
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[2] 刘海波，白宗河，刘学攀，陈磊.隧道掘进聚能水压光面爆破新技术与应用[J].工程爆破，2017（23）.
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作者简介：钟元庆，男，1972年2月生，福建省上杭县人，高级工程师，主要从事公路工程施工、建设管理方面的研究。
论文作者:钟元庆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
标签：光面论文; 炮眼论文; 水压论文; 炸药论文; 隧道论文; 围岩论文; 雷管论文; 《基层建设》2019年第18期论文;