隧道掘进新技术—水压爆破施工

隧道掘进新技术—水压爆破施工
随着铁路建设投资增加与技术发展，长大隧道在新建铁路线路中所占的比例亦逐渐增大，为保证长大隧道快速高效、安全、经济、实用、环保等施工，对隧道的爆破开挖也提出了更高的要求，水压爆破新技术，即炮眼底水袋及水袋与炮泥复合回填堵塞，提高了炸药能量利用率，不久实现了浅孔爆破的工艺技术创新，还有效地改善了爆破对环境的影响，已达到国际先进水平。

“隧道掘进水压爆破技术”即往炮眼里注水，利用水作为媒介，使爆炸能量无损传递。

同时，采用特制的“炮泥”堵塞炮眼，不但能有效抑制爆破膨胀气体冲出炮眼，而且还能降尘。

该技术已实际运用于隧道施工中，不仅提高了炸药能力利用率，改善了爆破效果，还降低了爆破噪音和振动效应，有效地保护了工作环境。

目前通过“隧道掘进水压爆破技术”在隧道施工中的应用，从水压爆破的水压爆破与其他方式比较和水压爆破施工技术特点方面进行阐述。

1 水压爆破与其他方式比较
水压爆破在推广过程中，进行了炮眼无回填堵塞、炮眼炮泥回填堵塞、炮眼底水袋及炮泥回填堵塞、炮眼水袋与炮泥复合堵塞、炮眼底水袋及水袋与炮泥复合回填堵塞5种不同装药结构16个作业循环爆破效果对比。

5种装药结构的炮孔数量和钻孔参数均相同,5种形式爆破效果分述如下：
1）炮眼无回填堵塞装药结构爆破。

每循环装药量为204.15kg，单位用药量0.95kg/m3，实际每循环平均爆破进尺为3.2m，炮眼利用率为84.2%。

2）炮眼用炮泥回填堵塞。

装药结构同无回填堵塞，孔口段全部用炮泥堵塞。

每循环装药量为199.75kg，单位用药量0.89kg/m3，实际每循环平均爆破进尺为3.32m，炮眼利用率
87.72%，比炮眼无回填堵塞每立方节约炸药0.06kg，提高进尺4.1%，50cm以上的大石块降低了20%，爆堆距离缩短了3%。

3）炮眼底用水袋及炮泥回填堵塞。

在炮眼底部1节水袋，炮眼口用炮泥堵塞。

每循环装药量为187.9kg，单位用药量0.84kg/m3，实际每循环平均爆破进尺为3.35m，炮眼利用率88. 2%，比炮眼无回填堵塞每立方节约炸药0.11kg，提高进尺4.7%，50cm以上的大石块降低了40%，爆堆距离缩短了5%。

4）炮眼用水袋与炮泥复合堵塞。

装完药后，在炮眼口先装入水袋，再用炮泥回填堵塞。

每循环装药量为185.9kg，单位用药量0.81kg/m3，实际每循环平均爆破进尺为3.43m，炮眼利用率90.4%，比炮眼无回填堵塞每立方节约炸药0.14kg，提高进尺7.2%，50cm以上的大石块降低了70%，爆堆距离缩短了28%。

5）炮眼底用水袋及水袋与炮泥复合回填堵塞。

先在炮眼底部1节水袋，装完药后在炮眼口先装入水袋，再用炮泥回填堵塞。

每循环装药量为186.5kg，单位用药量0.79kg/m3，实际每循环平均爆破进尺为3.53m，炮眼利用率93%，比炮眼无回填堵塞每立方节约炸药0.16kg，提高进尺9.4%，50cm以上的大石块降低了65%，爆堆距离缩短了32%。

通过对以上5种不同装药结构的实际爆破效果对比，第5种炮眼底水袋及水袋与炮泥复合回填堵塞装药结构，不仅在理论上分析是最优，而且从实际爆破效果看也是最好的（表1）。

2 水压爆破施工技术特点
水压爆破施工技术与常规爆破相比，充分体现了“三提高一保护”的优点，即“提高炸药能量利用率，提高施工效率，提高经济效益和保护作业环境”。

隧道掘进节能环保水压爆破是采用专业设备制作的水袋往炮孔中注水，在水中转播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失经
过水传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎。

由于水的物理力学性能同空气不一样，与空气不耦合装药相比，钻孔水耦合装药爆破具有以下特点：
2.1基于水的不可压缩性和较高的密度、较大的流动粘度，水中爆轰产物的膨胀速度要慢，在耦合水中激起爆炸冲击波的作用强度高和作用时间长。

2.2在炮孔周围岩石中产生的爆炸应力波强度高，衰减慢，作用时间较长，即有较高的爆炸压力峰值，因此，对岩石造成的破坏作用强。

2.3因为水的不可压缩性和较高的能量传递效率，同时相当于炮泥，水又具有一定的堵塞作用，因此，传递给岩石的爆破能量分布更加均匀、利用率高。

2.4在爆破破碎质量上，它能使破碎块度更加均匀；在爆破安全方面，它能够有效地控制爆破震动、爆破飞石、空气冲击波和爆生有毒气体的强度和数量、降低爆破粉尘。

2.5与耦合装药相比，水耦合装药又能够降低孔壁岩面上的初始冲击压力，利于提高光面爆破的成型质量。

3 成功经验与体会
采用水耦合装药在围岩整体性较好的岩体中进行隧道掘进，可以较好地节约施工成本、降低爆破烟尘、加快施工循环进度。

水压爆破单孔装药量相对常规装药量少，降低了爆破震动，减轻了爆破后冲效应，保护了围岩的稳定性，从而增加了光面爆破周边孔的成孔率。

光爆中采用微差爆破，炮孔利用率高，炸药单耗小，且无大块、便于机械化出碴。

水压爆破与常规爆破相比，除在爆破设计阶段有所不同外，只增加了炮眼注水工艺和炮泥制作堵塞工艺，其他操作与常规爆破完全相同。

隧道掘进节能环保水压爆破之所以能够提高炸药能量利用率，是由于往炮眼注水和炮泥回填堵塞的共同结果，两者缺一不可。

4 结论与讨论
隧道掘进节能环保水压爆破施工技术建立在常规爆破施工技术的基础上，增加了炮泥和水袋的制作以及炮泥、水袋的装填，技术成熟，工艺简单，不受地质条件、钻爆队伍的影响，稳定性强，与常规爆破相比具有“三提高一保护”的良好效果。

推广水压爆破施工技术在隧道爆破开挖的应用，具有强大的生命力和广阔的发展前景。

同时钻孔水压爆破与无限水域下水压爆破相比其爆破的水域小，炸药到岩石距离很短，冲击波产生与传播和无限水域下水压爆破有很大区别。

对较小直径钻孔来说，以水作为介质的爆破与普通爆破的压力波阵面不同，钻孔内各点的应力是瞬间同时到达的，只是不同点上应力大小不同而已，即水中冲击波阵面为圆柱形，压力波入射与炮孔壁成直角，在孔深不太大时可近似认为孔内应力均匀，在孔壁上基本是均匀作用，其效果和使用弱性炸药一样，柱状装药时更是如此。

此外水灾爆破气体膨胀作用下产生的“水”效应有利于岩石进一步破碎。

炮眼中有水还可起到雾化降尘的作用，可改善施工作业环境。

同时用专业设备制作的炮泥回填堵塞炮眼，比土坚实、密度大，还含有一定的水分，对抑制爆破气体冲出炮眼要比无回填堵塞或仅用纸卷、土回填好得多，而且操作使用方便。