节能环保水压爆破技术在隧道施工中的应用

节能环保水压爆破技术在隧道施工中的应用

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宏大爆破有限公司广东广州510000

摘要：随着科技的进步以及社会的发展，国家为了保证可持续发展需建立大批量的基础设施，水压爆破技术在修建高铁、地铁、高速公路等工程的隧道工程中得到了广泛的应用，该技术可以有效的缩短工期、节约施工成本，提高经济效益。

关键词：节能环保；水压爆破技术；隧道施工；应用

1常规隧道爆破与水压爆破的区别

隧道爆破的常规方法有无回填堵塞将炸药直接放置在炮眼里和堵塞物采用一般的炮泥堵塞。第一种方法的安全性能较低，产生冲击波和噪声危害比较大且易产生飞石安全事故；第二种方法虽有效控制冲击波和噪声的危害，但爆破过程中产生了大量有毒气体和岩体过度破碎的粉尘，作业环境恶劣，需要通风时间长，影响工期炸药爆炸过程会产生爆轰波向四周传播，爆轰波一开始为压应力波，部分爆轰波会沿着炮眼向外传播，无堵塞时该部分能量在空气传播中损失。当压应力波传播到自由面时，又会转化为拉应力波，它会受到炮眼有无回填阻塞的影响，导致炸药效用的降低。总之，常规隧道爆破很多危害，而炸药也不能发挥全部的能量。水压爆破在爆炸的过程中产生的高温会使水变成水雾和气体、和炸药爆炸产生的高温气体一起能在爆破过程中对爆破岩体产生二次破碎作用，且能水雾能吸收炸药爆炸产生有毒气体及对爆破后粉尘产生媳妇作用，大大降低了粉尘对环境的污染，同时还能改善爆破效果。该种爆破方法也称之为“绿色爆破”。

2施工方法

深圳地铁8号线一期工程，盐田港站至深外站区间自深盐路盐田港站出后，拐向西北然后穿越梧桐山，而后在望基湖水库附近再转向东北，出山后即进入深外站。区间线路全长约2330m。线间距11.2m～45.86m，隧道埋深约15.5m～239.5m。断面积29.36m2～39.3m2。采用矿山法施工。盐田港站～深外站区间采用单洞单线断面掘进，部分采用连拱隧道断面掘进。区间穿越地层主要为全～微风化凝灰岩，隧道围岩综合分级为Ⅱ～Ⅳ级。

2.1水袋制作

水袋的原材料即水和塑料袋，塑料袋为常用的聚乙烯塑料，水袋长200mm，直径为35mm，袋厚约为0.8mm，水袋为厂制品直接购买使用。机器开动之前，进行定量调节；打开机器后门，松开泵连杆端头螺母，调节移位蝶形螺母即可通过调节泵连杆滑块左右位置得到所需灌装容量。顺时针减少，反之增大。调整好后拧紧端头螺母，以防松动移位，影响灌装容量，损坏调整杆。封口机定量调节好了之后，打开电源，指示灯亮，调节温控调节器到适当封口温度由绿灯变为红灯时，即达到所调解封口温度（初始温度应设定为130℃为宜，再逐步调节升高）。在开始灌注封口前，把主开关拔上，等机器运转两次，使计量泵内吸满水，将空气排出后，把主开关拔下，塑料袋由人工用双手拇指和食指夹住套在出水管口上，按启动开关，即完成自动灌注和封口。

2.2炮泥制作

炮泥主要采用粘土、砂和水三种材料。粘土采用干净的普通粘土，含水量控制在8%以下。最大颗粒不超过10mm，不得有草根等杂物，大颗粒要人工破碎。砂采用干净的细砂，最好使用河砂，含水量控制在3%以下。粘土和砂掺杂小碎石块时，应过筛处理，不得将石块投入料斗中，以防止小碎块卡叶片或成形器中的转动螺旋发生故障；加工炮泥的前一天，应把已筛好的泥土﹑砂和水按重量配比人工拌和好，这样第二天制作成的炮泥比临时拌和的柔韧性更好。开机前，在料斗中加入已预拌和的泥砂料约20kg，然后打开电源，在转动螺旋的推压下，泥料边向前输送边挤压密实，最后在卧式螺旋输送成形器端头源源不断地挤压出来；炮泥是由粘土、细砂、水三种成分组成，三种成分的重量比例为粘土：砂：水=0.75∶0.09∶0.16，按照配合比例人工拌匀材料后，装入炮泥机的进料仓，开动电钮开始生产，生产出的炮泥按照20cm～30cm的长度切割。

2.3爆破参数及炮孔布置

炮孔深度。设计炮孔深度为2.5m，钻孔直径d=42mm；炮孔布置。设计采用二级复式楔形掏槽，掏槽孔与工作面交角55度～85度，眼底距10cm～20cm，炮孔参数依据各个阶段实际情况而定。辅助孔的布置：孔距E=700mm～850mm；并采用孔底连续装药结构。周边孔的布置：取W=60cm；孔距E=50cm～80cm。

2.4确定炮孔中水袋和炮泥长度的最佳比例

长时间的实践经验对于爆破来说是十分必要的，只有经过多次实验对比才可以找到最优的参数值。分别控制水袋长度大于、等于或者小于炮泥的长度，根据实际情况进行对比，当岩石破碎强度大、声响小能量利用更充分的时候即为最佳的比例。

2.5调整炮泥中各种材料的比例

炮泥质量的好坏直接影响着水袋作用的发挥，所以说粘土、细砂和水的成分比例直接影响着水压破坏的程度。将土、砂和水按照不同的比例生产经过多次的调配和试用，最终确定三种成分的比例为3：4：1，控制砂的质量降低为原来的一半。利用最优的配比研制光滑合格的炮泥，这样就可以改善炮泥的堵塞质量，提高隧道爆破过程中每个循环的掘进效率。

2.6装药和起爆

2.6.1水压爆破的炮孔装药作业

全部炮眼，均于眼底装入1个水袋；根据爆破设计的方法，对药卷进行装入，剩下的炮孔则根据3：4的长度比，分别装入水袋或者是炮泥。

2.6.2起爆作业

起爆作业，有两种不同的形式。一种为孔内，也就是延期微差；还有一种为孔外，也就是簇联。雷管，基本上都是并联。

2.6.3起爆顺序

将掏槽眼当作入点，沿着周边眼和底板眼两个不同的方向依次完成起爆。

3水压爆破应用后的成效

（1）炸药在爆炸时产生的冲击波，在水中的衰减速度要远远小于在空气中衰减的速度。所以在炮孔底部加入一定量的水袋，使炸药产生的冲击波通过水袋直接作用在岩石上，大大的减少了炸药能量的消耗，提高了炮眼利用率，炮眼利用达到了92%。（2）水压爆破靠水的传能作用，水中冲击波均匀地作用于介质，介质只发生破裂，而不产生塑性流动和过粉碎，从而提高了能量的利用率。爆破震动速率明显降低，与常规爆破相比，振速下降了20%，减小了对周围建筑物及民众生活的震动影响。（3）由于采用了炮泥加水袋堵塞，避免了炸药能量的外泄，炸药能量充分利用在爆破岩石上，使得爆破效率提高，减少了炸药的消耗，节约炸药15%～20%。每循环炮眼深度3.2m，每循环进尺比常规爆破多进尺10cm～20cm，提高了隧道开挖的经济效益。（4）炮眼中的水袋，在炸药爆炸的作用下，会产生“水楔”效应，由于水携带的能量远远高于气体携带的能量，因此，“水楔”的劈裂作用要大于“气楔”的劈裂作用，有利于围岩的进一步破碎，减少爆破产生的大块率，渣体抛射距离较近，与常规爆破相比渣体抛射距离缩短了20m，出渣效率得到了提高。缩短了爆破后的通风时间，每次爆破后节约通风、出渣时间20min～35min，改善了施工环境，保护了施工人员的身体健康，同时节约了施工成本。

4结论

此项技术的推广应用，有利于更好的提高炸药能量的利用率，提高每循环进尺，缩短出渣时间，节约成本，降低粉尘浓度，保护环境，特别是在城市隧道施工中降低爆破振动速率、对周边建筑物及居民的影响有显著的减小作用。希望节能环保水压爆破技术在矿山法隧道掘进施工中推广使用，以促进实现社会和经济效益的最大化。

参考文献：

[1]张志毅，王中黔，张恺.交通土建工程爆破[M].人民交通出版社，2002：254~258.

[2]李庆斌.隧道掘进水压爆破技术及应用分析[J].铁道建筑技术，2013（4）：99~102.