周君
中铁十七局集团有限公司 山西太原 030000
摘要：本文首先说明了节能环保水压爆破的基本原理，然后结合具体工程案例详细阐述了节能环保水压爆破在隧道中的应用，通过现场监控量测结果表明，节能环保效果明显，可为类似工程提供借鉴。
关键词：节能环保 水压爆破 隧道 炮泥 水袋
一、节能环保水压爆破基本原理
隧道水压爆破与常规的光面爆破比较，在装药结构和爆破参数等方面有所不同，是在炮眼中具体位置装入一定数量的水袋，然后用一定长度的专用炮泥堵塞炮眼，利用水的不可压缩性、热能损耗低等特点，通过水将爆破能量“刚性”传递到岩体中，均匀切割围岩，达到控制爆破和光面爆破效果的爆破方法。被压缩的高压水进入爆炸产生的裂隙中，形成“水楔”，加剧了裂隙的发展，提高了岩体的破碎度，减小了爆堆长度，加快了出渣速度。同时，水渗入掌子面岩体中，防止岩爆发生。水在高温作用下雾化，充分吸收爆炸产生的有毒、有害气体，大大降低粉尘，改善了洞内环境，具有良好的节能环保效果。
二、节能环保水压爆破在隧道中的应用
1、工程概况
茅坪山隧道位于新建沪昆铁路客运专线贵州段，设计为250km/h（基础设施预留进一步提速条件），双线，隧道全长7713m，其中Ⅲ级围岩3230m，Ⅳ级围岩3500m，Ⅴ级围岩920m，洞身穿越主要岩性为白云岩夹白云质灰岩、页岩及砂质页岩夹泥质粉砂岩、泥质细砂岩地层，地质复杂，是全线的控制性工程，工期十分紧张。在应用水压爆破技术后不仅提高了工效，缓解工期压力；而且提高隧道掘进施工的劳动生产率，节省了成本。
2、钻爆设计
茅坪山隧道进口主要以白云岩为主，次坚石，围岩为Ⅲ级围岩，施工分上下台阶开挖，上台阶开挖断面为84.85m2，常规钻爆设计采用垂直楔形掏槽，总的炮孔数为166个，炮眼设计深度为3.2m，
炮眼无回填堵塞。水压爆破钻爆设计采用垂直楔形掏槽，总的炮孔数为166个，炮眼设计深度为3.2m，所不同的是在每个炮眼中增加了水袋和炮泥，装药量和装药结构有所不同。茅坪山隧道进口炮眼布置见图1，爆破参数见表1。
图1 水压爆破炮眼分布示意图
经过试验确定，水压爆破的装药结构与常规爆破相比，水压爆破装药量216.45kg，常规爆破装药量为241.35kg，每循环总共节省炸药24.9kg。
3、装药结构
3.1隧道掘进水压爆破装药结构
爆破炮眼装药结构见图2。
3.2掏槽眼、辅助眼装药结构
在隧道水压爆破开挖中，最大的特点就是加入在炮眼中的水代替了空气作为传爆介质，其装药结构发生了相应的变化装药结构顺序依次为:首先，在打好的炮眼中填装1节水袋，这节水袋要用炮棍轻轻顶到炮眼底部；按照设计数量填装炸药，水压爆破的炸药设计数量要比常规爆破减少1～2节；再次填装一定数量的水袋，首先采用丈量工具量测装完炸药以后的炮孔深度，按照量测深度的二分之一填装水袋，剩余长度如果不够填装1节水袋时，按照四舍五入原则进行取舍；最后将剩余炮孔用炮泥回填塞满。填塞炮泥时，要用炮棍轻轻捣实。
3.3周边眼装药结构
周边眼的装药结构与其他炮眼略有不同:首先在炮眼底部填装1节水袋后，按照间隔装药结构填装炸药至离孔口1m处，然后再装入2节水袋，最后用炮泥将剩余炮孔回填塞满。
4、节能环保水压爆破施工工艺
4.1水袋制作
水袋的原材料是水和塑料袋。直径35毫米，袋厚约0.8毫米，可直接向工厂订购水袋。机器开动之前，进行定量调节;打开机器后门，松开泵连杆螺母，通过调整泵连杆滑块的左右位置，调整蝶形移位螺母，以获得所需的填充容量。顺时针减少，反之增大。调整后拧紧端螺母，以防止松动和位移，影响填充能力和损坏调整杆。在封口机定量调整后，打开电源，指示灯亮，调节温度控制调节器到适当的密封温度，从绿灯到红灯，即达到调解密封温度（初始温度应设为130℃为宜，然后逐渐加大调整）。在开始灌装和密封之前，拉动主开关并等待机器运行两次以向计量泵注满水。空气排出后，拔下主开关。按启动开关完成自动填充和密封。
4.2炮泥制作
火炮泥主要由粘土，沙子和水制成。粘土由干净的普通粘土制成，含水量低于8％。最大颗粒尺寸不超过10mm。沙子使用干净的细砂，最好是河沙，含水量控制在3％以下。当粘土和沙子掺入小碎石时，应将它们筛分，并且不应将石块扔入料斗中，以防止小碎片卡片或成形器的旋转螺旋失效。处理泥浆前一天，筛分的土壤，沙子和水应按重量比手动混合。第二天这样做的粘土比临时混合物柔韧性要好。
启动前，将约20公斤预混泥沙加入料斗，然后打开电源，并推动旋转螺杆下方。在向前输送时，泥浆被挤压并压实，最后在水平螺旋输送机成型机的末端被连续挤出; 火炮泥由三部分组成： 粘土，细沙和水。砂: 水=0.75: 0.09: 0.16，根据人造混合料的比例进入炮手的料仓，开始生产电钮，按照20cm?30cm的长度切割生产泥浆。
4.3起爆作业
起爆网络采用引爆钻孔内的孔并引爆钻孔外的方法。联结时要注意：导爆索的连接方向和连接点牢固，导爆管不能打结和减弱，导爆管雷管用黑色胶带紧紧包裹，距离导爆管群的自由端超过10厘米。网络连接后，安排人员负责检查。
起爆顺序：从掏槽眼开始，一层一层向外进行，最后是周边眼、底板眼。起爆前按要求做好各项安全防护措施。
4.4水压爆破控制要点
4.4.1水袋应将平头水袋改为圆头水袋，以减小与孔壁的摩擦力，防止水袋损坏，便于安装，水袋装水量应保证在其容量的90%左右。
4.4.2炮泥制作过程中，含砂过多则炮泥成型差，过少则比重小。水要适中，过多则炮泥太软，振捣不坚实，过少则粘结性差。经现场试验，3种成分的质量比为:黏土:砂:水=0.75:0.09:0.16。
4.4.3炮泥加工完成后，存放于塑料筐内，并用保鲜膜包裹。
4.4.4炮眼底部水袋必须保证完好无损，并且确保与孔底接触紧密，同时，对于掏槽眼、辅助眼来说，水袋、药卷及炮泥间尽量减少空隙，保证炸药能量得到充分利用。
4.4.5后装入的水袋和炮泥采用 1/2原理，四舍五入，理论上水袋越多越好，但同时要保证炮泥长度不得小于40cm，过短起不到堵塞的效果，炮泥用木制炮棍捣固严实。
4.4.6根据围岩情况，时时调整爆破参数，确保爆破效果达到最佳。
三、节能环保水压爆破应用后的成效
“三改一保”体现了隧道节能环保液压爆破技术的最大优势：有效提高爆炸能源利用率，节约炸药;提高爆破进尺，加快施工进度；提高经济效益，降低成本；保护环境，降低粉尘。经现场监控量测常规爆破和水压爆破效果见表2。
1、技术指标分析
目前茅坪山隧道进口自使用水压爆破以来，共施工了120个循环，总共掘进了366m，为了比较两个方法的效果，常规爆破也间隔施工了120个循环，掘进318m，围岩级别相同，都是Ⅲ级白云岩，设计掘进进尺都是3.2m。常规爆破每循环实际平均进尺为2.6～2.75m，平均进尺2.65m；水压爆破平均进尺为3.0～3.1m，平均进尺3.05m。平均每循环提高进尺0.4米。
常规爆破的炮眼利用率为83%，而水压爆破的利用率达到了95%，单位耗药量降低了21%，通风排烟由过去40分钟缩短为15分钟。由此可见，水压爆破在节省炸药、加快进度、缩短通风时间、改善洞内施工环境方面的优势是十分明显的。
2、经济指标分析
根据常规爆破和水压爆破的现场统计数据对比，在相同开挖断面面积、炮眼布置和钻孔深度的前提下，水压爆破比普通爆破每个循环多开挖0.4m，每循环节省炸药24.9kg，每爆破一立方岩石节省炸药0.23kg，最为显著的是通风降尘时间缩短了25分钟。
应用水压爆破每延米可节省费用515.17-60.38=454.8元（每延米节省的火工品费用、人工费用和电费合计，再除去水袋、炮泥加工人工费，材料费、电费的支出费用）。茅坪山隧道进口开挖2600米，按照水压爆破掘进每延米节省454.8元，贯通后可以节省费用118万元。
按照水压爆破掘进120米可少钻爆6个循环，茅坪山隧道进口开挖2600米，可少钻爆130个循环，可以缩短工期80～120天。
四、结束语
随着隧道开挖节能环保水压爆破法施工的不断推广，其施工熟练程度不断提高，水压爆破法施工比常规爆破法施工在技术经济上的效果将更加明显，同时更加适应我国环境保护的要求，可为类似工程提供借鉴。
参考文献
[1]宋双，刘京增.浅谈水压爆破技术在隧道施工中的应用[J].工程建设与设计. 2016(18)
[2]陈斌.水压爆破技术在六盘山隧道施工中的应用研究[J].公路与汽运. 2017(01)
[3]王伟兴.光面爆破技术在隧道施工中的应用研究[J].黑龙江交通科技. 2017(06)
论文作者:周君
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/16
标签：水压论文; 炮眼论文; 隧道论文; 围岩论文; 进尺论文; 炸药论文; 节能论文; 《防护工程》2018年第13期论文;