铁路隧道水压爆破技术施工技术总结及经济效益分析

一、概述

隧道水压爆破是往炮眼中的一定位置注入一定量的水，然后用专门的炮泥机生产炮泥回填堵塞。由于炮眼中有水，因水具有压缩性极小、变形能低、热能损失小等特性，在水中传播的水激波能够按照水的“液压”作用，较均匀的、几乎无损失地把能量传递到围岩中。

在水激波做功的同时，被爆炸气体冲击压缩的高压水挤入爆生裂隙中，形成"水楔"，这种“水楔”的尖劈作用加剧了裂隙的延伸和扩展，使破碎块度更均匀；同时，炮眼中的水在高温高压下被雾化，吸收了爆生气体中的粉尘，起到了雾化降尘的作用，大大降低了粉尘对环境的污染，改善了洞内空气质量。

水压爆破有着显著的“ 三提高、两减少、一保护 ”的作用，主要表现在：

二、水压爆破钻爆设计

水压爆破在掏槽形式、炮眼布置、数量、深度、起爆顺序和时间间隔等的设计与常规爆破相同,不同的是在每个炮眼中增加了水袋和炮泥，装药量和装药结构也有所不同。以II级围岩全断面开挖为例，水压爆破钻爆设计见下图：

水压爆破炮眼布置图

水压爆破装药量一览表

不同炮眼装药结构示意图

三、隧道水压爆破施工工艺

3.1．主要设备

同常规爆破相比，水压爆破主要增加水袋、炮泥制作设备，其规格、型号见下表。

3.2．施工工艺流程

3.3.具体施工步骤

（1）炮泥制作

炮泥采用PNJ-A型炮泥机制作而成，机器外型尺寸150×45×53（cm），结构简单，操作方便，两人每小时可制作炮泥400～500个。炮泥制作就地取材，成本低廉，通过调整配合比，保证炮泥有一定的强度，同时方便炮泥填塞过程易于捣碎，便于孔口封堵密实。

经多次试验，炮泥以黏土为主，配合比为黏土：砂：粉煤灰：水=100：6：7：15。配料采用磅秤称重，混合料按照配合比人工拌匀，软化1～2小时后，装入炮泥机的进料仓，开动电钮开始生产，将其制作成直径32mm，长20cm～30cm的炮泥节装箱。如图12、图13所示；制作好的炮泥放置时间不要太长，最好在使用前1～2小时制作好，若放置时间较长采用塑料膜覆盖。

炮泥加工

     

     

炮泥成品

     

     

（2）水袋制作

水袋是由KPS-60型水袋自动封装机生产而成，其工作原理：采用高压泵式容积法计量方式进行灌装，由凸轮机构完成水袋自动热合封口。一小时可以生产500～600个水袋。具体操作：接通电源启动机器、预热封口机待温度上升后试封2-3次，达到密封效果后进行正常生产。该封装机每次制作水袋3个直径32mm，长200mm的水袋，充满后自动封口，而后将成品水袋装箱。如下图所示。

水袋加工

     

     

成品水袋

     

     

（3）台车就位

上循环施工完成后，首先将开挖台车就位，而后人工清理松动危石，保证施工过程安全。

（4）测量布眼及钻孔

用全站仪在掌子面上准确定出开挖轮廓线、周边眼及掏槽眼位置，利用轮廓线确定辅助眼位置。钻孔分区定人，严格按孔位进行施钻。

分区定人，钻孔施工

（5）安装炸药、水袋及炮泥

装药前采用PVC管通孔，确认孔深满足要求。而后采用木杆按水压爆破装药结构进行装药。周边眼采用间隔装药,眼底部分适当增加药量,导爆索连接；其它炮眼采用连续装药,全部采用反向起爆装药结构，如下图所示。装药按炮眼药量分配表3确定的装药量自上而下进行,雷管“对号入座”,装药后所有炮眼应堵塞炮泥,堵塞长度≮20 cm。

     

     

装药结构示意      

     

     

水袋装填

   

     

炮泥装填

（6）起爆网络

起爆网络采用簇连法，俗称一把抓起爆法，如下图所示。就是每个炮孔内装一发延期导爆管雷管，然后将导爆管连成一把后，用1发电雷管起爆。连接好网络后，等待其他施工人员撤离到警戒线以外后，由爆破员用起爆器在安全避炮点起爆。

（7）开挖质量检查，优化钻爆设计

响炮通风15min左右进入爆区检查，重点对爆破超欠挖、爆堆形状的大小、炮孔痕迹保存率、飞石最大距离、实际进尺等情况进行记录，对爆破效果进行分析，动态调整爆破参数，不断优化钻爆设计。

四、水压爆破成效及经济分析

4.1、爆破效果分析

常规爆破的炮眼利用率为80.72%，而水压爆破的利用率达到了98.12%，单位耗药量降低了0.125kg/m3，爆破振动速度降低了50.5%，粉尘浓度下降了55％，通风排烟由过去35～45分钟缩短为15分钟以内。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。

常规爆破效果图

水压爆破效果图

     

常规爆破15min后粉尘浓度

     

   

     

水压爆破15min后粉尘浓度

振动速度监测

     

     

爆碴块度、抛距测量

     

     

4.2、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一致的前提下，水压爆破比普通爆破每个循环平均增加进尺0.336m，每循环节省炸药16.6kg，每爆破一立方岩石节省炸药0.125kg，最为显著的是通风降尘时间缩短了20～30分钟，通过综合分析对比水压爆破每延米节省直接费用345元。

此外，采用节能环保水压光面爆破技术有效控制了超欠挖，大大减少了因超挖造成的喷射混凝土、衬砌混凝土回填的数量，成本控制效果明显。按常规爆破平均线性超挖15cm、水压爆破平均线性超挖10cm计算，每米可节省超挖部分喷射混凝土等间接费用801元。