天民区间水压爆破实施方案.docx
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天民区间水压爆破实施方案
重庆轨道交通十号线10103标
天民区间水压爆破实施方案
中铁三局集团有限公司
隧道掘进水压爆破技术是我集团公司今年大力推广的一种新技术，该项技术是我国隧道掘进技术从“湿法”钻孔代替“干法”钻孔、从非电起爆代替火爆和电爆以来的第三个质的飞跃和变化。
按照会议安排，现就水压爆破技术在我指挥部隧道施工中的应用情况，向各位领导和专家做一汇报，不妥之处，敬请批评指正。
一、概述
1、工程概况
北京至福州铁路客运专线闽赣Ⅶ标三分部（DK718+363～DK741+245）位于福建省南平市延平区巨口乡、宁德市古田县境内，线路全长22.882km。
主要工程量：
隧道占正线总长度的86.8%，共19860m/3座，斜井2570m/3座。
桥梁占正线总长度的8.6%，共1966.4m/7座，大桥1344.9m/5座。
路基占正线总长度的4.6%，共1056m，涵洞4座。
站场1座。
截止2012年6月中旬，我项目隧道已掘进1060m，剩余9256m。
尤其是古田隧道和高山岗隧道是全线的控制性工程，工期十分紧张，应用水压爆破技术可以提高工效，缓解工期压力；提高隧道掘进施工的劳动生产率，节省成本支出。
2、水压爆破技术的推广情况
为全面推广水压爆破技术，项目部成立了“水压爆破领导小组”，制定了“以点带面”的推广模式，选定古田隧道里坑一号斜井及高山岗隧道后垄里斜井2个工点为试点。
经过一段时间的使用，水压爆破技术的“三提高、一保护”作用明显显现出来，最直观的感受就是降尘作用明显，洞内作业环境大大改善，工人的思想逐渐转变，从开始的完全抵触，逐步改变到目前主动要求使用的良好局面。
试点成功后，分部及时邀请被誉为“爆破大王”的何广沂教授，现场指导水压爆破，何教授指导后大家更是信心百倍，在其它工点也进行推广。
目前，我分部隧道还有9000多米准备全部使用水压爆破，水袋、炮泥以综合队为单位集中加工，工点领用，非常方便。
隧道掘进水压爆破施工工点统计一览表。
隧道掘进水压爆破施工工点统计表1
序号
隧道名称
全长（m）
中心里程
施工组织
1
古田隧道
8657
DK737+902.45
进口段：
2412m
1号斜井段：
正洞2200m。
2号斜井段：
正洞4045m。
2
高山岗隧道
8185
DK726+158.5
进口段：
2748m
后垄里斜井：
正洞2836m。
出口段：
2601m。
3
赤林隧道
3014
DK730+147.01
进口段：
1507m
出口段：
1507m
二、水压爆破原理及工艺介绍
水压爆破是由我国著名的爆破专家何广沂教授在上世纪九十年代提出来的，其爆破设计与传统的隧道光面爆破设计方案基本相同，只是在装药结构和炮孔堵塞上进行了适当的调整。
原理为“往炮眼中一定位置注入一定量的水，并用专用的‘炮泥’回填堵塞炮眼”，利用在水中传播的冲击波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到围岩中几乎无损失，同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应，有利于岩石破碎，炮眼中的水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染。
1、水压爆破定义及原理
所谓“隧道掘进水压爆破”，其定义为往炮眼中一定位置注入一定量的水，最后用专用设备加工成的炮泥回填堵塞炮眼
、装药结构
隧道掘进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方面与隧道常规爆破一模一样，所不同的是在炮眼装药量和装药结构方面有所不同。
常规隧道爆破炮眼中仅装炸药而无回填堵塞，其装药结构如下图所示。
隧道掘进水压爆破，首先往炮眼最底部装入水袋，随之装药卷，再装水袋，最后用炮泥回填堵塞，其装药结构见下图。
、技术原理
工程爆破中爆破岩石应用最多范围最广的是露天与地下爆破两大类。
露天爆破主要分浅眼与深眼爆破。
地下爆破主要是采取浅眼进行隧道（洞）、巷道和库房开挖爆破。
一言以蔽之，工程爆破主要采取炮眼法爆破，当前国内外对露天爆破的炮眼均采取用土或岩屑堵塞炮眼，而对于地下爆破，除煤矿地下爆破为防瓦斯意外爆炸外，均采取无回填堵塞，存在爆破不能充分利用炸药能量，污染环境两大问题。
水压爆破由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地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，此外还会产生“水楔”效应，更利于岩石破碎，水雾作用有利于降尘和吸附有害有毒气体。
要特别提出的是，炮眼底部水袋水击波反射作用加强应力波强度更有利于围岩破碎炮眼而不留炮根。
总而言之，由于炮眼中有水，并用炮泥回填堵塞，能充分利用炸药能量，而且又大大降低粉尘对环境的污染。
从应变时程曲线和同一测点应变峰值对比可知，在同是炮眼底部，炮眼水压爆破要比炮眼用土回填的切向拉应力增大13%，同是炮眼中部和上部，炮眼水压爆破要比炮眼用土回填堵塞的切向拉应力分别增大7%和34%。
这一测定结果证明了炮眼水压爆破确实要比炮眼用土回填能提高炸药能量利用率，要比炮眼无回填堵塞更能提高炸药能量利用率，因为压缩炮眼无回填中的空气要比压缩炮眼中的土更消耗炸药能量。
2、水压爆破工艺流程
水压爆破工艺流程与普通爆破基本相同，不同之处在于要事先加工好爆破所需的炮泥及水袋，并在装药时按照设计的装药结构分次序装入水袋、炸药、水袋后，用炮泥堵塞。
3、水压爆破设备
PNJ-A型炮泥机
特点：
炮泥具有规格统一、质地均匀、软硬适中、表面光滑等特点，提高了炮眼封堵质量，减少明火产生；炮泥制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作炮泥方便，操作简单。
炮泥生产效率：
500～600个/h
KPS-60塑袋灌装封口机
特点：
水袋具有规格统一、质地均匀、自动灌水封口等特点，提高了环境保护和作业人员的身体健康，减少粉尘和炸药等异味；制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作水袋方便，操作简单。
生产效率：
700只/h
4、炮泥加工工艺
、原材料
炮泥主要采用黏土、砂和水三种材料。
黏土采用干净的普通黏土，含水量控制在8%以下。
最大颗粒不超过10mm，不得有草根等杂物，大颗粒要人工破碎。
砂采用干净的细砂，最好使用河砂，含水量控制在3%以下。
黏土和砂掺杂小碎石块时，应过筛处理，不得将石块投入料斗中，以防止小碎块卡叶片或成形器中的转动螺旋发生故障；加工炮泥的前一天，应把已筛好的泥（土）﹑砂和水按重量配比人工拌和好，这样第二天制作成的炮泥比临时拌和的柔韧性更好。
炮泥制作
开机前，在料斗中加入已预拌和的泥砂料约20kg，然后打开电源，在转动螺旋的推压下，泥料边向前输送边挤压密实，最后在卧式螺旋输送成形器端头源源不断地挤压出来；炮泥是由黏土、细砂、水三种成分组成，三种成分的重量比例为黏土：
砂：
水=0.75:
0.09:
0.16，按照配合比例人工拌匀材料后，装入炮泥机的进料仓，开动电钮开始生产，生产出的炮泥按照20cm～30cm的长度切割。
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，不然会失水变硬，堵塞后影响降尘效果，如放置时间较长，可在加工好的炮泥外包裹塑料薄膜，或放置在阴凉处，用湿土工布完全覆盖保存。
制好的炮泥以表面光滑、不断裂，用手略微捏一捏可以变形为宜。
成品炮泥
5、水袋加工工艺
原材料准备
水袋的原材料即水和塑料袋。
塑料袋为常用的聚乙烯塑料，水袋长200mm，直径为35mm，袋厚约为0.8mm，水袋为厂制品直接购买使用。
水袋制作
机器开动之前，进行定量调节；打开机器后门，松开泵连杆端头螺母，调节移位蝶形螺母即可通过调节泵连杆滑块左右位置得到所需灌装容量。
顺时针减少，反之增大。
调整好后拧紧端头螺母，以防松动移位，影响灌装容量，损坏调整杆。
封口机定量调节好了之后，打开电源，指示灯亮，调节温控调节器到适当封口温度由绿灯变为红灯时，即达到所调解封口温度（初始温度应设定为130℃为宜，再逐步调节升高）。
在开始灌注封口前，把主开关拔上，等机器运转两次，使计量泵内吸满水，将空气排出后，把主开关拔下，塑料袋由人工用双手拇指和食指夹住套在出水管口上，按启动开关，即完成自动灌注和封口。
成品水袋
6、水压爆破设计实例
古田隧道里坑一号斜井段主要以凝灰熔岩、花岗岩为主，次坚石，围岩为II级围岩，施工全断面开挖，全断面为125m2，常规钻爆设计采用垂直楔形掏槽，总的炮孔数为144个，炮眼设计深度为3.8m。
常规爆破全断面总计装药量为240kg，炮眼无回填堵塞。
采用水压爆破时在掏槽形式、炮眼布置、数量、深度、起爆顺序和时间间隔等的设计与隧道常规爆破一模一样，所不同的是在每个炮眼中增加了水袋和炮泥，装药量和装药结构有所不同。
何广沂教授现场指导装药
水压爆破炮眼分布示意图
古田隧道里坑一号斜井Ⅱ级围岩常规/水压爆破参数表
炮眼分类
炮眼个数
炮眼深度（cm）
炮眼角度（0）
单孔装药量（kg）
小计装药量（kg）
水平
垂直
掏槽眼
16
480
53
90
2.4/2.2
38.4/35.2
辅助眼
68
430
90
90
1.83/1.63
124.4/110.8
底板眼
13
380
90
90
2.2/2.0
28.6/26
周边眼
47
380
90
90
0.55/0.45
25.9/21.2
炮眼共计144个，总耗药量常规爆破217.3kg，水压爆破193.2kg。
经过试验确定，古田隧道里坑一号斜井水压爆破的装药结构与常规爆破相比，掏槽眼1组和2组每孔减少装药0.2kg；辅助眼每孔减少装药0.2kg,底板眼每孔少装0.2kg；周边眼每孔减少装药0.1kg；每循环总共节省炸药24.1kg。
7、装药和起爆
装药作业
所有炮眼先在眼底装入水袋，再按爆破设计少装入一个药卷，剩余炮孔依次装入3个水袋和全部用炮泥堵塞。
起爆作业
起爆网络采取孔内延期微差、孔外簇联的起爆方式，各引爆雷管之间采取并联的方式，以保证起爆网络的可靠性和准确性。
联结时要注意：
导爆索的连接方向和连接点的牢固性；导爆管不能打结和拉细；引爆雷管用黑胶布紧紧包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处，网络联好后，要有专人负责检查，确认无误后，方准起爆。
起爆顺序：
从掏槽眼开始，一层一层向外进行，最后是周边眼、底板眼。
起爆前应按要求做好各项安全防护措施。
三、实施效果分析
1、技术指标分析
目前古田隧道里坑一号斜井自使用水压爆破以来，共施工了60个循环，总共掘进了216m，为了比较两个方法的效果，常规爆破也间隔施工了60个循环，掘进204m，围岩级别相同，都是Ⅱ级凝灰熔岩、花岗岩。
常规爆破每循环实际平均进尺为3.35~3.45m，平均进尺3.4m；水压爆破平均进尺为3.55~3.65m，平均进尺3.6m。
平均每循环提高进尺0.2米。
常规爆破的炮眼利用率为89%，而水压爆破的利用率达到了95%，单位耗药量降低了16%，通风排烟由过去60分钟缩短为30分钟。
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。
古田隧道里坑一号斜井常规/水压爆破主要技术参数对比表
爆破类型
单位岩石炸药实际消耗量（kg/m3）
平均炮眼利用率（%）
实际进尺（m）
爆碴块度（cm）
抛距（m）
通风时间
（min）
常规/水压爆破
0.51/0.43
88/95
3.4/3.6
90/50
28/21
60/30
数据比较
节省0.08kg
降低16%
提高8%
增加20cm
减小44%
缩短25%
减少30min
常规爆破放炮后
水压爆破放炮后
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的前提下，水压爆破比普通爆破每个循环多开挖0.2m，每循环节省炸药24.1kg，每爆破一立方岩石节省炸药0.08kg，最为显著的是通风降尘时间缩短了30分钟。
结合这些数据，在此我给大家算一笔账。
使用水压爆破每延米所节省的费用
一是火工品节省的费用
古田隧道里坑一号斜井开挖面积是125.47m2，炸药的单价是每公斤12元，每发雷管单价6元。
隧道每开挖一米节省炸药：
（217.3/3.4—193.2/3.6）×12=122.94元
隧道每开挖一米节省雷管（一循环用200发）
（200/3.4—200/3.6）×6=19.6元
合计每延米节省火工品费用122.94+19.6=142.54元。
二是人工费节省费用
一个循环提高进尺0.2m，开挖断面是125.47m2,一个循环进尺3.6m,每开挖1m3班组工资为20元
0.2×125.47×20/3.6=139.4元
三是节约电费
隧道每开挖一米节省电费
75Kw×2台×1.0元/度×0.5h/3.6=20.8元
合计节省费用为142.5+139.4＋20.8=302.7元
使用水压爆破每延米需另外支出的费用
一是制作炮泥、水袋的人工费
制作炮泥、水袋需要两人，每工天按100元计算，2个人，按每天1.5个循环计算，折合每延米支出费用：
100×2/3.6/1.5=37.0元
二是水袋费用
水袋每循环使用580个，每个0.1元，每延米费用：
580×0.1/3.6=16.1元
三是制作炮泥的土砂费用
每方40元，1方可做1000米，5000根，可做10个循环，每延米费用40/10/3.6=1.1元
四是电费
（4+0.68）kw×1h/3.6×1.0元/度=1.3元
使用水压爆破每延米需另外支出的费用合计为：
37+16.1+1.1+1.3=55.5元
3、经济效益分析
把以上每延米节省的火工品费用、人工费用和电费合计，再除去水袋、炮泥加工人工费，材料费、电费的支出费用后，应用水压爆破每延米可节省费用302.7-55.5=247.2元（没有包含管理费用等）。
古田隧道里坑一号斜井目前开挖剩余700米，按照水压爆破掘进每延米节省247.2元，贯通后可以节省费用17.3万元；我标段目前3座隧道截至2012年6月15日剩余9245米，可以节省费用228.5万元；
如果按照水压爆破掘进120米可少钻爆2个循环，那么古田隧道里坑一号剩余的700米隧道，可少钻爆12个循环，可以缩短工期8-10天。
剩余9245米隧道可少钻爆158个循环。
四、下步打算
我们认为，要能达到推广普及还要做好以下几个方面：
一是继续巩固和加强推广成果，完善推广制度，迅速的让我们施工的每一座隧道都成为节能环保施工的典范；二是继续做好动员和教育培训工作，轮流召集架子队、爆破工班讲解水压爆破的理论知识，提高认识，摒弃无堵塞炮眼的旧观念，换上节能环保的新思维，要发挥架子队的主观能动性，让他们在充分认识到新技术的优点、尝到新技术的甜头后，主动改善和发扬水压爆破技术，把这项技术带到其它施工工地上去；三是隧道掘进水压爆破工法还需在实践中不断总结、完善，使其更加易懂、易操作。
下一步，我们将不断的总结经验，继续坚定信心，统一思想，提高项目管理水平，虚心学习借鉴兄弟单位的成功推广经验，按照上级单位的部署要求，全面掌握和发扬这项技术，我们有信心成为隧道掘进水压爆破技术的排头兵，优质、高效地完成本项目施工任务。
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