聚能水压光面爆破技术在隧道施工中的应用

聚能水压光面爆破技术在隧道施工中的应用

本文结合某高速项目隧道施工实例，详细介绍了聚能水压光面爆破的关键施工工艺及施工方法，同时提出了相应的爆破效果检测及爆破设计优化的控制要点，旨在能对同类工程实践活动提供较大的参考价值。

标签：隧道；聚能水压光面爆破；控制要点；实例

1 引言

目前，国内隧道所进行的光面爆破多为常规光面爆破，存在的主要問题是布眼过密、打眼作业占用时间长；光面爆破炮眼中存在药卷处围岩容易出现裂缝或者洞穴，干扰了围岩稳定；且出现超挖，增加了喷射混凝土工程量，导致施工成本增加。聚能水压光面爆破技术已经历了理论研究和应用试验两个阶段。现今已迈入工程示范阶段，能够很好地解决常规光爆存在的问题。

2 聚能水压光面爆破原理

常规光面爆破技术原理是光爆炮眼中的炸药爆炸在岩体中传播应力波产生径向压应力和切向拉应力，由于光爆炮眼相邻之间存在“空眼”，故而在光爆炮眼连线两边出现集中度很高的拉应力，超过了岩石的抗拉强度，致使炮眼间的岩体形成的初始裂缝比其他方向厉害的多。此外，爆炸生成的高压气体膨胀做功使得初始裂缝延伸扩大，形成平顺的爆裂面。

聚能水压爆破除上述应力波作用外，聚能槽产生的高温高压射流，及光爆炮眼中在爆

炸作用下水袋产生的“水楔效应”，促使岩石初始裂缝进一步扩大。聚能水压光爆炮眼依靠水袋炮泥双重堵塞效果，有效降低了爆炸膨胀气体的外泄，延长爆炸压力瞬间作用时间，充分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，使已形成的裂缝再延伸扩展加大。

3 施工方法

3.1装药结构

炮孔的装药结构从底部至孔口分别依次为1个水袋、聚能管装置、2个水袋和炮泥，装药结构见图3-1。由聚能管装置替代的传统爆破中的药卷和传爆线，炮泥和水袋使用专用的设备进行加工，用于回填堵塞。聚能管的长度结合实际施工炮眼而定，由非金属材料PVC制成；聚能管由两个半壁管组成，壁厚2mm，凹进去的槽称之为聚能槽。聚能管内部的截面尺寸就是炸药的截面，聚能管装置中的传爆线和起爆雷管为施工现场通用的起爆器材。起爆雷管与常规光面爆破相同。

3.2爆破起爆网络连接图

采用簇联起爆网络。连接方法见图3-2。其中，二级与三级连接雷管均为ms1。

3.3爆破综合技术指标

（1）超欠挖控制指标；

（2）设计爆破进尺：3.0m；

（3）提高出碴效率，爆出石碴粒径不大于70cm；

（4）开挖轮廓圆顺、开挖面平整；

（5）炮眼利用率在90%以上，半眼痕保存率在85%以上，并在开挖轮廓面上均匀分布；

（6）两循环进尺之间的台阶控制在10-15cm。

3.4钻爆施工

1、施工准备

（1）组装聚能管装置：注药时需要小型空压机和注药抢等两种设备，注药抢长度45cm，重0.8kg。小型空压机功率800w，重23kg。半壁管注药很便捷：

①将药卷的一端及纵向把包装皮切开，再沿纵向切开面将两个药卷合拢，然后装到注药抢筒内，最后拧紧旋转盖。

②注药抢加压采用小型空压机，压力值为0.2MPa；

③手持注药枪顺着半壁管从一端移动至另一端，炸药就从注药抢端头不断地流入半壁管中，装好炸药的半壁管相扣之前，需要在其中断面尺寸较大的半壁管中安放一根传爆线，闭合半壁管，按装起爆雷管，聚能管制作基本组装完成。为防止能管装置在填装过程中发生转动，确保聚能槽始终对准隧道开挖轮廓面，需进一步在聚能管装置的两端套上塑料套圈。

（2）利用水袋加工机现场加工水袋，优点是水袋灌水和封口自动化实现，塑料袋的材料为聚乙烯，水采用干净的施工用水即可。一个水袋长度为20cm，水袋封口温度宜控制在130～150℃之间，要求水袋封口严密，灌水饱满。

（3）使用炮泥机设备加工炮泥，砂黏性土做为炮泥的原材料，为了使其有一定的塑性和强度含水率宜控制在12%～20%之间，便于回填堵塞。

2、放样布眼

结合钻爆设计炮眼布置图，测量工作人员使用全站仪精确放样出每个炮孔位置，并在掌子面上用红油漆标记出每个炮孔的位置，尤其是掏槽眼与周边眼的位置，误差不得超过5cm。

3、钻孔

采用开挖台车、气腿式凿岩机造孔，在钻孔过程中保持钻杆轴线与隧道轴线平行，按照红油漆标记出的炮孔位置正确钻孔，先使用短钻杆进行定位，再使用用长钻杆进行加深，重点控制掏槽眼与周边眼的钻眼精度控制在5cm以内。

4、清孔

在钻孔完成后进行清孔验收检查，具体为将风管通入炮眼孔底实施清孔，借助风压将孔底的石渣和水份吹出炮孔外。

5、装药

不同炮孔选择相应的装药结构，周边眼采用聚能水压光面爆破装药结构，辅助眼和掏槽眼采用连续装药结构。尤其注意药卷的装填位置，为提高炮孔利用率和节省炸药采用反向起爆装药。

6、连网起爆：连网起爆与常规光爆连网方式相同。

7、瞎炮处理

当现场出现瞎炮时，应马上采取警界措施，由爆破专业技术人员一同分析瞎炮产生的原因，拿出处理瞎炮的解决办法，常见的处理瞎炮措施主要有：炸毁法（诱爆法）、二次爆破法等。

8、排烟、出碴

采用轴流式风机进行隧道排烟，在出碴前需经过技术员现场鉴定后方可进入作业。

3.5爆破效果检测及爆破设计优化

（1） 爆破效果检查

主要从以下几个方面进行检查分析：

① 超欠挖情况。

② 循环进尺是否达到钻爆设计要求。

③ 爆出的石碴粒径是否方便装碴要求。

④ 开挖轮廓面是否平顺。

⑤ 平均线性超挖小于10cm，最大不超过15cm，相邻两茬炮台阶小于15cm。

（2） 爆破设计优化

结合每循环爆破后实际效果，分析产生原因以便调整钻爆参数，提高隧道开挖成型质量。

① 根据围岩节理裂隙发育、岩性强度情况，调整孔距、药量，尤其是周边眼的相关参数。

② 结合爆破后石块的大小调整相应的参数。若石块偏小，说明炮孔布置过密；若石块偏大则说明炮眼过疏，单孔用药量偏大。

③ 结合爆破振速监测，调整同段起爆最大药量及雷管段别。

④ 根据掌子面凹凸情况调整钻孔深度，确保爆破眼底基本处在同一平面上。

4 结语

根据现场实际施工效果来看，聚能水压光面爆破是值得推广应用的爆破技术：

（1）减少周边眼打光爆炮眼40%，并缩短了周边眼打孔时间。

（2）提高了断面开挖质量，炮眼利用率在90%以上，光爆的半眼痕保留率在85%以上。

（3）爆破成本降低15%以上，提高经济效益。

（4）爆破后的粉尘浓度较常规光爆明显降低，有利于施工人员的健康。

参考文献：

[1] 程样国，余琼.水压爆破在隧道掘进中的应用[J].隧道建设，2005，25（6）：36～38.

[2] 杜晓蓉.水压爆破技术在黔桂铁路定水坝隧道掘进中的应用[J].岩土力学，2007，21（6）：74～75.