论隧道掘进水压爆破施工技术

王国丰

摘要 隧道掘进水压爆破在不同围岩条件下的传递效率不同，故在隧道掘进过程中，须针对不同地质围岩条件和不同围岩裂隙发育条件，进行爆破设计。基于此，文章以某高速公路隧道施工项目为例，对隧道掘进水压爆破施工技术进行研究，结合不同地质围岩条件下隧道掘进水压爆破工艺原理及设计进行分析，提出了相关施工操作要点，并对水压爆破技术的效益进行综合分析。

关键词 隧道掘进;爆破设计;炸药用量;水袋用量;爆破效率

中图分类号 U455.6 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0148-03

0 引言

隧道掘进采用水压爆破施工技术，相比常规爆破施工，尤其对于隧道围岩裂隙发育区域，爆破效率更高;水压爆破会产生“水楔”效应，减少了对环境的污染，降低了对施工人员的伤害;水压爆破工艺易操作，成本低，爆破效率高，具有较高的实用价值和良好的推广应用前景[1-2]。

1 工程概况

某高速隧道为全线重点控制性工程，全长1 340 m，处于岩溶性白云层地质，围岩等级为Ⅲ～Ⅴ级，裂隙较为发育，依托此项目的工程实践，针对传统爆破施工和水压爆破施工的效果，分别进行了试验。试验结果显示，水压爆破在节省炸药、加快进度、提高经济等方面效果显著。

2 工艺原理

隧道掘进水压爆破采用水袋间隔装药的方式，工艺原理为：

（1）爆炸冲击波在水中传播衰减量少，传递效率高，且爆破时水不会产生塑性流动和过粉碎，同时，炮泥加水袋堵塞，避免炸药能外泄，爆破效果更佳。

（2）炮眼中的水袋，在炸药爆炸的作用下，会产生“水楔”效应，爆炸时水袋雾化，吸收粉尘，减少环境的污染，减少了隧道爆破后通风时间，加快了每循环施工进度，且降低了对施工人员的身体伤害[3]。

（3）水压爆破减少了爆破震动对围岩的损害，隧道开挖轮廓线成型良好，爆破后浮石少，有利于顶板安全，渣石块度均匀，加快了装渣速率，加快施工进度。

（4）依据隧道掘进水压爆破在不同围岩条件下的传递效率不同，在隧道掘进过程中，针对不同地质围岩条件和不同围岩裂隙发育条件，进行爆破设计，设计不同重量的水袋、药卷和装药方式组合。

3 施工技术要点

3.1 施工准备

进行技术交底和放样测量，材料与设备见表1及表2。

3.2 爆破设计

对不同围岩条件分别进行常规爆破和水压爆破设计;隧道水压爆破炮眼中增加了水袋和炮泥，且依据不同类型的炮眼，设计装入不同重量的水袋和药卷，且水袋的排布位置不一样，水袋0.3 kg/袋，爆破设计参数见表3～5所示。

3.3 钻眼及成孔检查

钻眼：按照爆破设计的孔位，采用气腿式风钻进行钻孔，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处台阶不大于15 cm;钻眼完成后，严格成孔检查，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后才能装药爆破[4]。

3.4 水袋加工及炮泥制作

3.4.1 水袋加工

（1）水袋制作工艺流程见图1。

（2）水袋材料及设备：1）水袋为通用的聚乙烯塑料制成，能自动灌水、自动封口，水袋装水规格为0.3 kg/袋;2）水袋加工设备为KPS-60型塑袋灌装封口机。

3.4.2 炮泥制作

（1）炮泥制作工艺流程见图2。

（2）炮泥主要采用黏土、砂和水拌和而成。炮泥配合比为：黏土∶砂∶水=（70～80）∶（8～10）∶（12～20）。

3.5 安装炸药、水袋及炮泥

装药须分片分组，雷管要“对号入座”，所有炮眼炮泥堵塞长度不小于20 cm。

（1）水压爆破技术安装炸药、水袋及炮泥特点：1）在炮眼中增加了水袋和炮泥;2）对不同炮眼类型，设计装入不同量的水袋，设计如表6所示。

（2）炮眼装填顺序：装填水袋→炸药→水袋→炮泥堵塞密实;依据爆破设计和不同炮眼类型，设计了不同量的药卷和水袋。

（3）装填水袋要逐袋装入，水袋、药卷、炮泥之间要适当捣固以保持紧密[5]。

3.6 联结起爆网络及起爆

起爆网络为复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性，非點炮人员撤离安全区后才能引爆。爆破后，如有瞎炮，需进行专门处理，并分析原因，调整爆破设计。

3.7 通风出渣

通风采用压入式，隧道出碴采用无轨运输方式。

（1）开挖洞身深度超过200 m开始通风，大于500 m时再增设一台风机。风管采用高强度、低摩擦阻力的新型风管和密封性好操作方便的拉链式接头[6]。

（2）常规爆破通风至达标，平均用时40 min，而水压爆破只需20 min，能有效降低环境污染。

（3）隧道出碴采用无轨运输方式，配斗容3.5 m3装载机两台装碴，挖机清底，10 t自卸汽车6台运输。

3.8 初期支护并进入下一循环作来

在完成隧道开挖后，按设计要求立即进行初期支护。然后进入下一循环作业

4 效益分析

4.1 爆破效果分析

对不同围岩等级（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）及两种爆破方式分别进行试验，常规爆破和水压爆破效果见表7。

（1）在同工况下，水压爆破比常规爆破效率更高，且单位耗药量更低，开挖轮廓线良好，爆破振动速度降低了44.7%，排烟时间为20 min左右，与常规爆破通风排烟时间40～50 min，有明显的提高，加快了每循环进尺速度。

（2）对隧道水压爆破进行爆破设计，针对不同围岩裂隙发育、不同围岩条件，设计不同的炸药用量、水袋用量和装药方式进行装药组合，具体的组合方式见表2～5所示。

（3）围岩Ⅳ、Ⅴ级围岩，岩石破碎，水压爆破更能够充分利用爆破能，有效地提高爆破效率，节省炸药，缩短通风时间，加快进度并改善洞内施工环境。

4.2 经济效益分析

Ⅲ级围岩采用全断面法开挖，主洞开挖面积是105 m2，设计炮眼深度3.3 m，常规爆破与水压爆破经济性比较，主要增加了炮泥和水袋的费用，降低了10%的炸药消耗量，有良好的经济效益。

超欠挖得到了有效控制，洞室成形规整、光滑，有利于围岩稳定，提高了防护能力，增加了施工安全性，减震效果明显。

5 结论

综上所述，水压爆破效率高，尤其对于围岩裂隙发育区域，减少了炸药的用量，有较好的经济效益及社会效益。

（1）依据不同围岩条件，进行爆破设计，设计不同重量的药卷、水袋以及装药方式组合，得到最佳爆破效果，有效控制隧道超欠挖。

（2）隧道开挖轮廓线成型良好，爆破后浮石少，有利于顶板安全，渣石块度均匀，加快了装渣速率，加快施工进度。

（3）“水楔”效应，减少污染，加快施工进度，降低对施工人员的身体伤害，尤其在裂隙发育区域更明显。

（4）加工简单，造价低，且操作方便;水袋、炮泥采用全机械化加工制作，可以保证制作质量;水压爆破施工操作与常规爆破施工相比，只需增加往炮眼中装填水袋和用炮泥回填堵塞炮眼的工作，仍由开挖班组完成，不需增加劳动力。

（5）该施工技术，适用于所有隧道水压爆破施工，特别是对于隧道围岩破碎或裂隙发育区域，爆破效率更高。

参考文献

[1]胡伟东. 城市轨道交通隧道掘进过程中的水压爆破施工技术[J]. 城市道桥与防洪， 2020（1）： 121-123+17-18.

[2]李爱军. 隧道水压爆破施工技术在长邯高速改扩建工程中的应用[J]. 工程建设与设计， 2019（21）： 116-119.

[3]陳斌， 黄嫚， 史宝童， 等. 水压爆破技术在六盘山隧道施工中的应用研究[J]. 公路与汽运， 2017（1）： 188-190+200.

[4]东怀正. 隧道Ⅱ， Ⅲ级围岩光面水压爆破技术试验研究[J]. 山西建筑， 2018（20）： 155-156.

[5]郝劲戈， 陈云瑞. 水压爆破降尘机理研究[C]//. 北京力学会第二十八届学术年会论文集（下）， 2022： 772-775.

[6]犹元扬. 水压光面爆破在特长深埋隧道施工中的应用[C]//. 2021年重庆市矿山学会年会优秀论文集， 2021： 6-10.