分析隧道水压爆破施工技术

分析隧道水压爆破施工技术

孔庆亮骆利斌

杭州人防工程有限公司浙江杭州310012

摘要：随着社会经济的快速发展，道路交通事业也有了长足进步，在道路交通事业发展中，隧道工程数量在不断在增多，隧道施工中，经常会利用各种不同的施工工艺，水压爆破施工技术就是隧道工程施工过程中常用的一种施工工艺。在隧道工程施工过程中，采用水压爆破施工技术，可以加快工程施工进度，提高施工效果。

关键词：隧道施工；水压爆破；技术应用

在地铁工程隧道施工过程中采用水压爆破技术，是隧道掘进施工技术的显著变化。水压爆破技术是以水为传爆介质，与传统爆破相比，水压爆破能够有效控制爆破震动，达到减噪降尘的目的，该技术应用不仅提升了炸药能量利用率和现场施工效率，还能降低对周边围岩的扰动，对现场施工环境起到了良好的保护作用，有利于现场机械化施工，更节能环保、经济实用。

一、工程概况

某轨道环线二期土建五标共包括2座车站和2个区间。标段全长2965m，其中AC区间长751m、CJP站长209m、CF区间长1785m、FH站长220m，均为地下暗挖。标段共设3处施工通道，其中FH站施工通道长327m，CJP施工通道长400m，CF区间施工通道长240m。两车站均为地下2层12m岛式站台，宽度23m，高度21m，采用双侧壁导坑法九步开挖。AC区间采用单洞单线断面形式，CF区间为单洞双线断面形式，接车站部位配线区调整为单洞单线。开挖方式均采用水压爆破施工。

二、水压爆破的主要原理及要求

水压爆破技术是以常规爆破为基础，对装药结构进行改革创新，相较于传统的爆破方式，只是在装药结构、孔口封堵环节有所区别。在现场爆破过程中，通过向炮眼中计算位置注入一定量的水，然后再使用炮泥回填堵塞住炮口，利用水的不可压缩性，将爆炸应力波进行无损传递，将炸药中蕴含的能量充分传递给炮眼周边的围岩，通过水与炮泥的复合堵塞作用来抑制爆炸膨胀气体的外泄，在爆炸瞬间延长爆炸压力作用时长，以便更好地发挥炸药爆炸性能，提升炸药能力的利用率。而且，注入的水借助爆破产生的高压气体形成水雾，能够大大降低空气冲击，减少爆破噪声、有害气体、烟尘等。采用水压爆破技术能够减弱对周边围岩的破坏，使岩层表面能够根据设计的轮廓线成型，保证表面平滑，减少相应的超挖、欠挖问题。

水压爆破作用机理较为复杂。在水压爆破中，其装药结构是周边眼采用孔径不耦合装药法，利用水代替空气进行间隔装药，掏槽眼、辅助眼内采用孔底、靠孔口堵水、连续装药、孔口堵塞回填的方式进行处理，现场爆破会在周边孔洞同时进行爆破，冲击波通过水袋向四周径向传播，在相邻的炮眼冲击过程中相遇，产生相应的应力叠加效果，在整个系统中产生切向拉力，当岩体极限抗拉强度低于此拉力时岩体就会被破坏，在炮眼中线连接线上形成裂缝，然后爆炸气体会进一步扩展裂缝，最终形成较为平整的爆裂面。水压爆破效果要求炮眼利用率超过90%，半眼痕保存率超过80%，爆破后围岩面要保持圆顺平整无粉碎岩石和明显裂隙，不存在超挖、欠挖等情况。

三、水压爆破技术在地铁隧道施工中应用的关键

（一）水压爆破的设计情况

水压爆破是以常规爆破为基础，需要在确保钻爆设计合理可行的前提下才能保证水压爆破效果，对于其爆破设计必须从以下几个方面进行考虑：1）根据围岩特征选择相应的掏槽眼形式，控制辅助眼、周边眼的角度和间距，明确周边眼的最小抵抗线位置。2）合理控制周边眼装药量，保证炸药能够沿着炮眼全长进行合理分布。3）在周边眼中使用小直径药卷及低爆速炸药，通过传爆线实现空气间隔装药。4）使用毫秒雷管进行微差控制的顺序起爆，使周边眼在实际爆破过程中产生一定的临空面。5）设计过程中涉及的爆破参数可以通过工程类比、爆破漏斗、成缝试验等方式合理确定。

（二）周边眼的间距和最小抵抗线

水压爆破过程中周边眼的间距会对开挖轮廓面的平整度产生直接影响，因此，现场要注意结合地铁施工区域的水文地质条件及周边围岩特性，在明确岩石抗爆性、炸药性能、炮眼直径、装药量的基础上进行合理裁定，若隧道施工断面较小或周边的围岩较为软弱，存在开挖成形困难的情况下，可以选择较小的周边眼间距。周边眼的最小抵抗线要保证大于间距，现场软岩情况下取较小周边眼间距，同时适当增大抵抗线，才能最终形成平顺的开挖轮廓线。

（三）控制水压爆破用药量及结构

在周边眼中选择小直径炸药，根据相应的爆破设计控制药量，确保炸药沿炮眼全长有效分布；掏槽眼、辅助眼、内圈眼要注意采用大直径药卷，进行连续装药，以保证岩石破碎程度和整体抛掷效果，为周边眼爆破提供充足的临空面。另外，还要注意控制装药结构，地铁隧道起初爆破时要注意针对不同岩层、岩性进行爆破试验，以便确立相应的最佳装药结构，提升最终的水压爆破效果，一般情况下在掏槽眼、底眼、辅助炮眼底部只要安装1个水袋，眼口装3个水袋即可。周边眼可采用空气间隔装药在底眼和眼口各放1个水袋。对于周边眼来说，还要控制好其外插角，可使用长短两种型号钻杆进行钻孔，先使用短钻杆定位，再使用长钻杆加深，为确保地铁隧道开挖后能够符合相应的设计轮廓，周边眼一定不能偏离设计轮廓线，其间距误差要控制在5cm以内才能保证最佳的爆破效果，在现场打孔过程中，施钻人员和打眼位置要相对固定，避免经常调整，减少对周边眼外插角的不利影响，合理控制爆破效果。

（四）堵塞工艺的关键作用

水压爆破技术需要利用水来进行能量传递，若不能有效堵塞就会影响能量传递效果，最终演变成低药量的常规爆破，造成隧道进尺少、爆破效果差等问题。堵塞作用使炸药在受约束条件下充分爆炸，有效提升能量利用率，在隧道施工现场使用炮泥机加工炮泥要求堵塞密实，不能有空隙或间断。因此，必须重视水压爆破堵塞工艺。并且，在进行炮眼堵水时，可以使用普通塑料袋，其直径要略小于炮孔直径，水袋封口后不泄漏，并且要灌填饱满。

（五）水压爆破的起爆顺序

辅助眼由内向外逐层进行起爆，现场爆破时内圈炮眼先起爆，外圈后起爆，整个起爆顺序必须正确，否则无法保证现场爆破效果。为了使水压爆破产生良好效果，水压爆破层厚度要尽可能保持一致，这样辅助眼起爆后才能与开挖轮廓更为接近，同时，要注意掏槽、辅助两类炮眼中的时差要合理控制，确保掏槽炮能够在时差范围内将石碴抛出，避免堵死周边眼的临空面，影响最终的爆破效果，内外圈的同圈炮必须同时起爆，特别是掏槽眼、周边眼，只有这样才能保证两者共同作用到岩层，形成良好的起爆效果。周边眼采用毫秒雷管微差顺序起爆，同时起爆会造成炮眼间爆炸力共同作用，容易将岩体炸成平面，对于石质较差的岩层，使用毫秒迟发电雷管起爆周边炮眼，既能实现同时起爆的爆破威力，又能减少对轮廓线以外围岩的扰动。

综上所述，水压爆破技术操作简单，具有显著的经济、社会效益。当前，城市轨道交通已经成为公共交通的首要选择，而轨道交通的建设过程中经常会遭遇各类特殊地质状况，城市中由于人口密集、建筑众多，对地铁隧道施工过程中的爆破施工要求高，必须采取有效措施减少其对人们生产生活和外部建筑的不利影响。水压爆破技术的应用能够节约炸药，缩短施工周期，保证现场作业人员、环境安全，减少对周边建筑的影响，还能获得较高的经济效益和社会效益。

参考文献

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[2]刘向.水压爆破技术在隧道施工中的应用及控制要点[J].交通世界，2018（23）

[3]梁永玲.水压爆破技术在隧道施工中的应用[J].山西建筑，2018，44（06）