中铁二十一局集团第三工程有限公司 陕西咸阳 712000
摘要：随着我国交通基础设施建设的加快、建设标准的提升，隧道工程在公路、铁路、水利施工中所占比例越来越大，如何在隧道施工过程中提升安全、质量管控，确保在隧道施工中获取最大效益，是摆在施工企业面前最严峻的课题。在工程建设中应用“四新”技术既适应当前交通基础设施迅速发展的形式，又符合党的十九大提出的“质量第一、效益优先”经济发展理念。在建的平凉至绵阳国家高速公路（G8513）平凉（华亭）至天水段关山隧道东段在施工中引进了“聚能水压光面爆破”新技术，在提升施工安全质量，加快施工进度，改善施工环境，节约施工成本，增加经济效益等方面均取得显著效果。
关键词：聚能水压光面爆破技术；施工应用
引言：目前国内隧道工程一般采用喷锚暗挖法施工，施工的核心要点可概括为“少扰动、早支护、紧封闭、勤量测”，施工中一直存在超欠挖严重，安全隐患突出，施工环境较差等问题，导致施工成本增大、效益流失严重。为解决以上常规隧道钻爆开挖法存在的问题，平天高速公路关山隧道东段引进聚能水压光面爆破新技术，采用聚能水压光面爆破技术与常规水压爆破技术配合施工工艺进行隧道开挖施工，取得了显著的社会效应和经济效益。
一、工程概况
平凉至绵阳国家高速公路（G8513）平凉（华亭）至天水段关山隧道位于甘肃省平凉市境内，设计为四车道分离式隧道，右线长9650.944m、左线长9585m，设置1座992.8m通风兼辅助施工斜井和1座通风竖井。其中关山隧道东段位于平凉市华亭县境内，左线长5046m、右线长5080m，Ⅳ级围岩占比达89%。洞身穿越白垩统和尚铺组砂砾岩为主夹灰色薄层泥灰岩（K1），隧址区地震动峰动加速度为0.2g，反应谱特征周期为0.45 s，属于基本烈度Ⅷ度区。
二、聚能水压光面爆破技术介绍
聚能管为抗静电阻燃特种材质定型PVC管，由专业生产厂家生产，长度可根据需要调整。聚能管由主体和盖片两部分组成，管体两侧对称有一对凹进去的“聚能槽”。聚能管具体结构尺寸详见图1。
图1
聚能管装置在专用组装房内组装完成，使用的工具包括小型空压机和注药枪。管内安装的炸药为施工现场通用的乳化炸药，线装药密度与围岩级别相匹配，在300g/m～400g/m之间；安装的传爆线和起爆雷管亦为施工现场通用的起爆器材，起爆雷管段别与常规光面爆破相同。为了确保安全，聚能管制作完成后，起爆雷管不得在操作间安装，应运至作业面进行装填时再安装。组装完成的聚能管装置详见图2。
三、实际应用
图2
在建平凉（华亭）至天水高速公路关山隧道东段Ⅳ级围岩采用上下长台阶法钻爆开挖，在前期采用水压光面爆破技术的基础上，又积极应用“新型聚能水压光面爆破”技术。根据现场围岩地质实际情况和爆破效果，多次调整爆破参数形成了一套完善的聚能水压光面爆破开挖施工工艺，在实现良好光爆效果的同时，也取得了较好的社会效应和经济效益。
3.1成孔质量：在聚能水压光面爆破技术中，周边眼成孔质量对光爆效果起着决定性作用，成孔质量要求更高。钻孔开孔位置均应位于隧道断面的轮廓线上，外插角必须控制在3°以内，孔底不允许侵入轮廓线内。施工过程中应力求炮眼彼此平行，尽可能与掌子面垂直，孔口位置准确，孔底落在同一铅锤面上，成孔质量应满足“平、直、准、齐”的要求。
3.2炮眼布置：关山隧道东段Ⅳ级围岩上台阶开挖断面60㎡，每循环钻孔深度3.5m，具体炮眼布置和爆破参数详见图3、表1。
3.3爆破参数：
①炮眼间距：实际地层岩性主要为白垩纪红褐色、青灰色砂岩夹砂质泥岩、泥岩、砾岩，岩体层理发育，层间结合一般，岩石级别以Ⅳ级为主，周边眼间距控制在80～100cm，光爆层厚度控制在60～65cm光爆效果较为理想。
②炮眼密集系数f：由于强聚能射流的切割作用，加之聚能管、水袋爆破后的形成的“气楔”尖劈作用，使炮眼密集系数大大降低，且两炮眼爆
表1
破后底部更平坦，光爆轮廓效果更好。
③起爆时差：周边眼使用13段非电毫秒雷管同时起爆，确保贯穿裂缝同时形成，从而抑制裂缝向其它方向形成和扩展。
3.4装药结构及操作要点：聚能水压光面爆破施工工艺装药分两部分，一是周边眼装药，二是掏槽眼、辅助眼及底眼装药。
1）周边眼装药：
①周边光爆眼最底部填装1个水袋，使用PVC管将水袋送到炮眼最底部，不能留有空隙；
②将制作好的2.5m长聚能管装入孔内，聚能管要紧挨炮眼最底部已安装的水袋，并确保聚能槽连线与开挖轮廓面平行，注意千万不能装错；
③在聚能管顶部装填2个水袋；
④用炮泥回填堵塞直到炮眼口，并用木质炮棍将炮泥捣实；
⑤所有周边光爆眼装装药完成后，按常规光面爆破方式进行连线起爆。详见图4
图 4
2）掏槽眼、辅助眼、底眼装药：
①炮眼最底部装填1个水袋；②安装炸药时较常规光面爆破少1节；③炮眼剩余孔深，一半装填水袋，一半用炮泥回填堵塞至炮眼口。装填水袋数量按四舍五入法取值，即剩余孔深的一半除以单个水袋长度得到的数值，如其小数大于或等于0.5，则增加一个水袋；如其小数小于0.5，则就取整数。详见图5
四、取得的技术效果及经济效益
4.1 技术效果
周边眼间距从常规水压爆破的40～50cm，扩大到了80～100cm，大大减少了光爆炮眼数量，缩短了钻孔时间，降低了劳动强度。
常规水压光面爆破光爆眼孔深3.5m，实际进尺3.3m，炮眼利用
图 5
率为94.3%。而聚能水压光面爆破光爆眼孔深3.5m，实际进尺3.45m，炮眼利用率为98.6%，炮眼利用率更高。
（3）在炸药单耗上，水压爆破为1.07kg/ m3，而聚能水压光面爆破只需0.97kg/ m3，炸药利用率更好。
（4）半眼痕保留率由水压光面爆破的75%提高到了86%，开挖轮廓面更加平顺整齐，超欠挖得到有效控制。
（5）由于聚能水压爆破水楔效应进一步提升，切割石块也更均匀，爆破后渣堆碎石块度下降了20%～30%，提高了机械利用率。
（6）水袋的雾化作用使得粉尘含量降低、通风时间缩短，改善了环境，节约了成本。
（7）采用聚能水压光面爆破技术，光爆面更平整，杜绝了补炮、挂网补喷现象，为后续初期支护施工提供了可靠保障。
水压光面爆破和聚能水压光面爆破技术效果对比情况详见表2。
表2 两种爆破工艺技术效果对比分析表
4.2 经济效益对比分析
（1）从周边眼单循环火工品使用量分析（表3）可以看出，聚能水压光面爆破较水压光面爆破节约81.54元，单循环费用节约8.3%。
表3 水压光爆与聚能水压光爆火工品效益对比表
2）从周边眼钻孔费用对比分析表（表4）可以看出，周边眼钻孔数量从39个下降到23个，钻孔总长度从136.5m下降到80.5m，总费用从1679元下降到990元，费用节约41%。
表4 水压爆破与聚能水压光面爆破周边眼钻孔费用对比表
3）将钻爆费用进行综合对比，聚能水压光面爆破比水压光面爆破每循环节约费用770.4元，即每延米节约258.4元，节约费用比例达32%。
表5水压爆破与聚能水压光面爆破周边眼钻爆费用对比分析表
五、结束语：平天高速公路关山隧道东段采用聚能水压光面爆破技术进行隧道开挖，通过减少炸药用量和“定向”环切开挖轮廓，减少了爆破震动对围岩的扰动，控制了超欠挖，降低了成本，加快了施工进度，增加了经济效益和社会效应。对施工企业“提质增效”、实现经济效益最大化具有极大促进作用，值得全方位的应用推广。
参考文献：
[1]何广沂.施工现场技术指导、专业知识培训材料 2017年.
[2]张卫国.《水压爆破技术在隧道掘进施工中的应用》 2013年.
论文作者:雷中宁
论文发表刊物:《建筑科技》2018年第1期
论文发表时间:2018/4/8
标签：水压论文; 光面论文; 炮眼论文; 隧道论文; 关山论文; 围岩论文; 技术论文; 《建筑科技》2018年第1期论文;