水压控制爆破
隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法(2)
隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法一、前言隧道掘进是现代建设中重要的施工方式之一，为了提高掘进效率、降低施工成本并保证工程安全，隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法应运而生。
该工法通过水压及爆破能量的集中利用，使掘进面达到最大的爆破效果，从而实现快速、经济、安全的隧道掘进。
本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法具有以下几个特点：1. 爆破能量集中：利用水带压能和光面爆破原理，将掘进面上的爆破能量通过水系统传递，使其集中在掘进面的裂纹和弱面处，提高爆破效果。
2. 施工速度快：爆破作业周期短，掘进速度明显加快，提高施工效率。
3. 施工成本低：采用聚能水压光面爆破施工工法后，可以减少爆破药量和松土次数，降低施工成本。
4. 施工质量高：通过对爆破能量的控制，可以保证掘进面的平整度和光面度，提高隧道的质量。
三、适应范围隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法适用于以下场景：1. 地质条件较好的隧道掘进，如稳定的岩石层或硬土层。
2. 对施工时间要求较高且需要提高掘进速度的工程，如地铁隧道、高速公路隧道等。
3. 隧道长度较长，需要降低施工成本的工程。
四、工艺原理隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法的原理是通过合理控制爆破参数和水压参数，使水带产生高压水流，将其传递到掘进面并形成裂纹。
水压将爆破能量集中在掘进面上的裂纹和弱面处，达到最佳爆破效果。
实际应用中，需要进行坝水试验和岩石物理力学试验，根据试验结果调整爆破参数和水压参数，以获得良好的爆破效果。
五、施工工艺隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法的施工工艺包括以下几个阶段：1. 工地布置：确定施工场地、设备安排，进行场地清理和平整，确保施工的基本条件。
2. 预处理工作：对掘进面进行洗刷、喷浆，以去除松散物和增强基岩的稳定性。
3. 水力钻孔：通过水力钻机对掘进面进行钻孔，形成爆破孔网。
水压爆破技术
水压爆破技术水压爆破技术是一种利用水压力来破坏岩石或混凝土的一种爆破方法。
它广泛应用于工程建设、矿业开采等领域。
下面将介绍水压爆破技术的原理、应用、优势以及注意事项。
水压爆破技术的原理是利用水的高压力对物体施加冲击力，当水压超过材料的抗压强度时，材料就会破裂。
通常采用高压水泵提供高压水，通过管道输送到炸药装置附近，再通过喷嘴将高压水喷射到岩石或混凝土上，从而实现破坏的效果。
水压爆破技术在隧道工程、桥梁拆除、水坝爆破、采矿等领域有广泛应用。
首先，它可以用来开凿隧道或挖掘井壁，因为高压水的冲击力能有效地破坏岩石，加快施工进度。
其次，水压爆破技术可以用于拆除桥梁、水坝等建筑物，因为相比于传统的爆破方法，水压爆破技术更加安全可靠。
再次，在采矿工程中，水压爆破技术可以用于开采矿石，提高开采效率。
相比于传统的爆破方法，水压爆破技术具有一些明显的优势。
首先，水压爆破技术无需使用爆炸药，所以不会产生有毒气体和噪音污染，对环境友好。
其次，水压爆破技术的操作相对简单，不需要专门的爆破工人，可以降低人力成本。
此外，它对土壤周围环境破坏小，不会引起地质灾害。
然而，水压爆破技术在使用过程中也有一些需要注意的事项。
首先，高压水的喷射速度和喷射方向需要精确控制，否则可能会引起误伤或造成不良后果。
其次，高压水泵的设备和管道要定期检查，确保其稳定工作，避免意外事故发生。
此外，需要在使用过程中合理控制水压力大小，过大的水压力可能造成设备或管道破裂，对操作人员安全造成威胁。
综上所述，水压爆破技术是一种高效、环保且安全可靠的爆破方法。
它在工程建设、矿业开采等领域有广泛应用，并且具有一些明显的优势。
然而，在使用水压爆破技术时，需要注意一些安全操作要点，以确保工作的顺利进行。
水压爆破及其应用
第七章水压爆破及其应用第一节概述在工程爆破中，自古以来都一直采用接触装药，即装药与药室（包括装药的炮眼、深孔和硐室等）壁之间紧密接触，不留空隙。
这种装药方式叫做耦合装药。
众所周知，炸药的爆炸过程是一个高速、高压和高温的能量释放过程。
采用这种装药方式时，炸药在爆炸瞬间，以高达几十万大气压的压力（这种压力大大超过任何一种岩石的极限抗压强度）以每秒几千米的速度在极短时间（以微秒计）内猛烈冲击岩石，岩石在这种超动载荷的作用下，靠近装药的那部分岩石会遭受到粉碎；而远离装药的岩石，由于应力波强度的迅速衰减和作用时间的不足，常常会产生超过允许尺寸的大块。
粉矿和大块在工程爆破中都有是不允许的。
同时，岩石在超动压的猛烈冲击下，常常会产生超爆或超挖，也就是说爆破的破碎范围超出了设计的范围，这样会破坏围岩和边坡的稳定性，造成不安全事故的隐患，增加了巷道和边坡的维护费用。
同时，由于超高压的猛烈冲击，作用时间短，所以能量利用率低，真正用于破碎岩石的能量，据估计，对抛掷爆破来说，一般不超过5~7%，对松动爆破来说也不过达到20%左右，剩余的大部分能量浪费了。
其中一部分造成爆破公害。
比如炸药在岩石中爆破时，当应力波传播超出破裂圈以后，它的强度已衰减到不能直接破坏岩石，而只能引起岩石质点作弹性振动，这种振动形成地震波，当地震波的强度达到一定值时，就会引出爆区周围建筑物的破坏。
同时，炸药爆炸时也会产生高压气体，这种高压气体往外膨胀，冲击压缩周围的空气，因此在空气中便会形成空气冲击波和噪声，这种空气冲击波和噪声达到一定强度时，也会引起周围建筑物的破坏和人员的伤亡。
此外，爆炸的高压气体往外膨胀时常会推动着已破碎的岩块飞掷而形成飞石。
飞石是爆破伤亡事故中占比例比较大的事故。
造成上述后果的主要原因是爆破过程没有得到有效的控制。
为了提高炸药在岩石中爆破时的能量利用率和抑制它的有害效应。
爆破工作者作了长期不懈的努力，取得了重大的进展。
近年来在抑制炸药爆炸的猛烈冲击作用方面提出的各种缓冲爆破技术就是这方面的成就之一。
水压水封抑尘爆破技术
水压水封爆破技术郑长立莱芜钢铁集团鲁南矿业公司上河采场开采矿石为鞍山式贫磁铁矿，其密度ρ=3490kg/m3，普氏坚硬系数f=8~12，属高密度坚硬难穿难爆矿石。
另外，上河采场属窄长条形状，平均宽度不足200m，中爆装药量受到严格控制，加之采场内矿岩结构构造复杂，不同区段、不同岩种的可爆性相差很大，造成中爆大块率较高，导致二次爆破量大幅度增加。
一、水压水封二次爆破二次破碎的常规方法是钻孔法，钻孔深度约为钻孔方向岩块厚度的1/2~2/3。
此方法劳动强度大，粉尘危害严重，生产效率低，成本高，爆破飞石波及范围大。
由于上河采场宽度小，时有爆破飞石波及采场周边苹果、葡萄园和蔬菜大棚等，经常造成农民索赔，甚至阻止爆破，严重影响了正常生产。
为了有效地控制二次爆破飞石距离及爆破粉尘，保护人身、设备及农作物安全，减轻劳动强度，提高劳动生产率，降低二次爆破成本，我根据水压爆破和水封爆破机理，探索实施水压水封二次爆破技术。
二、水压水封爆破机理水压水封爆破剖面图如下图所示：水压水封爆破剖面图爆破机理分析如下：（一）基本机理根据爆破作用机理，炸药在岩石中爆炸时，释放出来的能量是以冲击波和爆轰气体膨胀压力的方式作用在岩石上，造成岩石的破坏。
根据理论推导，对一般工业炸药，爆轰波波头压力可以近似地由下式表示，即P2 =ρo D2/4式中P2 ——爆轰压力，KPa ；ρo——炸药的初始密度，g/cm3 ;D——炸药的爆速，m/s 。
由公式可知，炸药的密度和爆速愈高，其猛度愈大。
综合考虑炸药性能和使用方便，选用2号岩石乳化炸药作为孔内装药。
这种炸药具有较好的防水性，适合于水压爆破。
其密度ρo =1.00~1.25g/cm3，爆速D≥3000m/s 。
由此计算爆轰压力为P2≥2250MPa 。
由于非支持性冲击波随传播距离增加将很快衰减，因此，采用不耦合装药将导致到达钻孔壁的冲击波波头压力降低。
但是，当不采用空气，而采用水作为不耦合介质，且不耦合系数较小时，冲击波波头压力就不会衰减太多。
隧道掘进水压爆破方案
装药与联线
将炸药按照设计要求装入钻孔，并进行可靠 的联线，确保起爆顺利进行。
起爆与监测
按照设定的起爆时间和方式进行起爆，并对 爆破效果进行实时监测。
隧道掘进水压爆破后的清理与维护
清理废墟
对爆破产生的废墟进行清理，确保隧道内无障碍物。
02
隧道掘进水压爆破方案设 计
隧道掘进水压爆破的原理
隧道掘进水压爆破是一种利用高压水射流破碎岩石，并通 过爆破产生的气体膨胀力将破碎岩体排除的施工方法。
该方法具有破碎效果好、施工效率高、对周围环境影响小 等优点，适用于硬岩、中硬岩和软岩等不同岩石条件的隧 道掘进。
隧道掘进水压爆破的原理基于水射流力学和爆炸力学的基 本原理，通过高压水射流的冲击力和爆炸产生的气体膨胀 力共同作用，实现对岩石的破碎和排除。
隧道掘进水压爆破的必要性
由于隧道穿越地层复杂，存在软弱夹层，采用常规爆破方 法可能对围岩稳定性造成影响，因此采用水压爆破技术以 提高隧道施工安全和质量。
XX隧道掘进水压爆破实施过程分析
01
02
03
爆破方案设计
根据工程地质勘察结果和 隧道设计要求，设计出合 理的炮眼布置、装药结构 和起爆网络。
爆破施工组织
检查隧道结构
对隧道结构进行检查，确保无安全隐患。
维护与保养
对隧道进行必要的维护和保养，保持其良好的使用状 态。
04
隧道掘进水压爆破效果评 估
隧道掘进水压爆破效果评估标准
爆破效果
评估隧道掘进水压爆破后岩石破碎程度、块 度分布以及抛掷距离等。
安全性
评估爆破过程中对周边环境、人员和设备的 安全影响。
聚能水压光面爆破施工工法
十一、工程实例例如，在某地铁隧道施工中，采用聚能水压光面爆破施工工法进行岩体分解和破碎。通过合理的施工参数调整和钢板位置调整，成功将坚硬的岩体破碎成小块，为后续的挖掘作业提供了便利。施工过程中，注意了各项安全措施，确保了施工人员的安全。
二、工法特点聚能水压光面爆破施工工法具有以下特点：1.高效快捷：施工速度快，能够迅速分解岩体，提高工程进度。2.破碎效果好：通过水压驱动钢板，能够将岩体分解成小块，便于后续挖掘。3.噪音低：相较于传统爆破方法，噪音低，对周边环境影响小。4.操作安全：施工过程中无需直接接触炸药，操作相对安全。5.适应性强：适用于各类岩体，包括坚硬和脆性岩石。
八、质量控制为了确保施工质量达到设计要求，聚能水压光面爆破施工工法需要进行质量控制。主要包括岩体分解程度、岩体破碎块的大小和形状、爆破产生的振动和噪音等方面的控制。通过合理调整施工参数和钢板的位置，可以有效控制岩体的分解和破碎效果。
九、安全措施在聚能水压光面爆破施工工法中，需要注意以下安全事项：1.施工现场应设置警示标识，限制非相关人员进入；2.操作人员应具备相关证书和丰富的施工经验；3.高压泵和千斤顶等设备应定期检修和维护，确保操作安全；4.施工过程中需佩戴合适的个人防护装备，特别是眼睛和耳朵保护；5.严禁在施工现场吸烟和使用明火。
综上所述，聚能水压光面爆破施工工法是一种高效、安全、环保的施工方法，适用于各类岩石开挖作业。通过合理的施工参数和技术措施，可以保证施工质量和安全。经济技术分析可以帮助评估和比较该工法与其他施工方法的优劣。
隧道掘进水压爆破推广模式经验介绍(图)
推广பைடு நூலகம்用的三步曲
试验阶段采用的是手工方法制作炮泥和 水袋，功效低，质量差，不利于推广。在大 河湾隧道推广试点采取了PNJ-1型炮泥机与 PSP-1型水袋封装机，利用机械设备代替手工 制作炮泥和水袋，功效得到了极大的提高， 对“隧道掘进水压爆破”这一新技术的推广 起到了良好的助推作用。这一阶段实现了由 技术向生产力成熟转变的质的飞跃。
隧道掘进水压爆破推广模式经验介绍
中铁十一局集团有限公司 周劲松
中铁十一局集团
各位领导、各位专家，大家好！
很高兴由我来向大家介绍中铁十一局集 团一公司推广“隧道掘进水压爆破” 的经验。
去年七月，全国著名的爆破专家何广沂 教授在承（德）～唐（山）高速公路五道岭 隧道工地，看到我们正有条不紊地实施隧道 掘进水压爆破的情景，看到我们取得的成效 他心情十分激动，如获至宝。他感慨地对我
中铁十一局集团
推广应用的三步曲
装药简单，就有些抵触情绪。我们就采取了 由项目部派人生产好炮泥和水袋，装箱送到 隧道掌子面，这样一来，爆破工都高高兴兴 地采用了我们制作炮泥和水袋，隧道掘进水 压爆破也就这样使用起来了。不用不知道， 一用不得了哇！没用时钻孔3.5米能进2.9到 3.0米，用后基本恒定在3.2米，每一循环多 进尺0.3米！通风时间缩短约10分钟，以前全
水袋
炸药
水袋
炮泥
水袋
炮泥
中铁十一局集团
推广应用的三步曲 上述三种不同装药结构的实际爆破效果见下表
中铁十一局集团
推广应用的三步曲
从表1中可以明显地看出，炮眼用水袋炮 泥回填堵塞的效果明显好于炮眼无回填堵塞， 炮眼底水袋与水袋炮泥回填堵塞，其爆破效 果又好于炮眼用水袋炮泥回填堵塞，第三种 装药结构最大的优点还表现在降尘和防岩爆 方面：由于炮眼最底部有水袋，可以比喻为 爆破后一刹那给爆堆“喷水”,炮眼底有水袋， 其“水楔”作用不但进一步破碎岩石
水压爆破试验的基本原理
水压爆破试验的基本原理
水压爆破试验是一种常见的岩石和混凝土强度测试方法，其基本原理如下：
1. 增加水压：在试验中，通过泵将水迅速注入试样内部，增加内部压力。
水压的增加将对试样施加压力，从而产生应力。
2. 检测水压变化：试验时，实时检测试样内部的水压变化情况。
在试样受力后，其内部水压将发生变化。
通过观察和记录水压的变化，可以推断试样的强度。
3. 强度测定：随着水压的增加，试样内部的强度将不断增加。
当试样达到其极限强度时，即试样无法再承受更高的水压时，试样将发生爆破。
通过记录试样在爆破前的最大水压，可以获得试样的强度参数。
总结：水压爆破试验的基本原理是通过增加水压对试样施加压力，观察和记录试样内部水压的变化，以确定试样的强度。
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水压爆破的基本原理
炸药在水中爆炸的瞬间，冲击波到达容器周壁时， 冲击波压力在几十MPa以上。在冲击波作用下，容器 壁开始向外位移变形。当周壁上的环向拉应力达到 材料的抗拉强度极限时，周壁产生裂纹，出现破裂。
梯恩梯装药水中爆炸
137kg TNT在水中爆炸，冲击波峰值压力随距离变化的情况： 爆炸近区，压力下降极快，远区，压力下降较缓慢。
水中冲击波正压作用时间随着距离加大而逐渐增加，但比同 距离用药量的空气冲击波的正压作用时间要小，前者约为后 者的1／100。
因为水中冲击波阵面速度与其尾部传播速度相差较小，例如 水中冲击波压力为P水＝500MPa时，冲击波速度V水=2040m/s
武中爆炸与空气中爆炸的不同 水中冲击波的压力比空气冲击波压力大得多； 水中冲击波的作用时间要比空气冲击波的作用时间小得多；
水中
1万MPa
80-130MPa
空气中
1万Mpa/100
l0ro
水中冲击波
高压爆炸气体生成物—气泡在周围水介质的作用 下膨胀和压缩，产生一次或多次脉动压力。冲击 波到达自由面后，在一定的水域内产生水冢效应。 试验表明，水下爆炸冲击波、气泡脉动压力是水 下非接触爆炸破坏容器类构筑物的二种主要载荷。
对普通炸药，此种深度为 h = 9 Q0.33
水中爆炸计算公式
容重为1.525g/cm3 的TNT在水中爆炸,水中冲击波 峰值压力P,比冲量I，水流能量密度E计算公式：
P
533
3
Q R
1.13
kg / cm2
1.57
3
Q R
0.078
0.89
接着周壁上又受到爆炸产生的高压气团膨胀引起的 水压力。将能量再次传递给建筑物的周壁，又一次 形成冲击性的加载，更加剧了周壁破坏。
具有残压的水流从容器壁裂缝中向外喷出，并带出 少量飞石四处飞散。
高压水传能特点
水做为传能介质，可压缩性小，传能效率高。 当压力为100Mpa时，水的密度变化5％，具有微压缩性,与
q
w
气泡到达水面
气泡到达水面时，气泡上升速度很快，这时气泡上方所有 的水都垂直向上喷射，从而形成一个高而窄的喷泉式水柱， 其高度和上升速度决定于装药的深度。
当装药在足够深的水中爆炸时，气泡到达自由表面以前就 被分散和溶解了，水面上没有喷泉出现．如果在很深的水 中爆炸，则在自由表面看不到上述的水中爆炸现象．
药包在无限水域下爆炸
药包在水中爆炸后首先产生冲击波，冲击波的压力波峰值以 指数的形式衰减。
水中初始冲击波压力比空气中的大得多。例如空气中初始冲 击波压力约为80～130MPa，而在水中初始冲击波压力则超 过1万MPa。
随着水中冲击波的传播，其波阵面压力和速度下降很快， 且波形不断拉宽。例如球形装药爆炸产生的冲击波，在离爆 炸中心1～1.5 ro时，其压力下降极快，而在约l0ro，(r0为装药 半径)处压力下降为初始压力的1/100。
武汉理工大学
气泡脉动现象
重250克的特屈儿在91.5m的深水爆炸，高速摄影机 拍摄到气泡半径随时间的变化关系
武汉理工大学
气泡脉动现象
在脉动过程中，由于水的浮力作用，气泡逐渐上 升。气泡膨胀时，上升缓慢，几乎原地不动，而 气泡受压缩时上升较快。爆炸产物所形成的气泡 一般均接近于球形。如果装药本身非球形，长与 宽之比在1～6范围之内，则离装药25ro的距离处 就接近于球形了。
称为水压控制爆破。
水压爆破拆除对象：容器类构筑物、旧 楼房和高耸建筑物
A--A
武汉理工大学
水介质为传能形式的爆破
以水介质传递爆炸能对介质破碎的基本爆破方法：
1
水压爆破
2
水孔爆破
3
水封爆破
4
水下爆破
水压控制爆破特点
1. 不需钻孔，节约了钻孔费用和钻孔时间； 2. 药包数量小，雷管用量少，爆破网络简单； 3. 水介质易获得，传能效率高，炸药用量少； 4. 飞石飞散距离小、爆破粉尘少、爆破噪音小； 5. 拆除速度快、爆破直接成本低； 6. 只能用于容器类构筑物； 7. 采用齐发爆破，爆破地震动大； 8. 容器体积大时，水患问题严重。
1.525m
15.6MPa
12.25m 15.25m
11.3MPa
149.5m
152.5m
当p=50~160MPa时潜艇将沉没，无装甲的舰艇将受到严重破 坏。 p=30~45MPa时潜艇将受到破坏。
冲击波到水面
如下图所示，当炸药在水下附近爆炸时，水中冲击波首先 到达水面，在水面上出现一个迅速扩大的暗灰色的水圈， 它的移动速度很大，约几十个毫秒后就会消失；冲击波在 自由表面发生反射，在稀疏波的作用下，表面处水的质点 进一步向上飞溅，形成一个特有的飞溅水冢(右下图)。
武汉理工大学
水压爆破的基本原理
炸药在水中爆炸的载荷形式： 冲击波作用载荷，峰压大，衰减快，作用时间短； 高压气团的膨胀压力及由它产生的高速水流。 两者大约占全部炸药爆炸能量的80％，其余大约20
％的能量则消耗于所产生的光能和热能之中，这些 能量的确切比例取决于炸药的品种和密度。
武汉理工大学
当压力下降到25MPa时， 水中冲击波阵面传播速度实际上已 接近于声速(P水约为1450—1500 m/s)，此时波头与波尾几乎以 同一速度传播(P气=5MPa时， V气=2230 m/s)。
137kg梯恩梯装药水中爆炸
P=240MPa
Q=137kgTNT R=10m P=24.5Mpa R=5m P=55.1Mpa
武汉理工大学
第七章水压控制爆破
资源与环境工程学院 房泽法
2009.12
武汉理工大学
1
水压控制爆破
概述
2
设计
3
施工
4
实例
1 概述
在容器状构筑物中注满水，起爆悬挂在
水中一定位置的药包，利用水作为中间
A
A
介质，传递爆破压力，达到破坏构筑物，
并使爆破中产生的振动、飞石和噪音等
有害效应都得到有效控制的施工方法，