隧道水压爆破讲述.docx
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隧道水压爆破讲述
推广隧道掘进水压爆破成果报告
中铁二十局集团沪昆客专贵州段工程指挥部
2013年12月15日
中铁二十局集团承建沪昆客专贵州段9标
推广隧道掘进水压爆破成果报告
冯军武岐峰军汪东瑞谭德庆
由我集团承建的沪昆客专贵州段9标，共有隧道19座，累计长43.566㎞，占线路长68.3％。
为加快施工进度、降低成本，自2013年6月10日开始，首先在全标段最长的岗乌隧道推广隧道掘进水压爆破，紧接着在其它隧道相继推广，均取得令人满意的爆破效果，凸显了隧道掘进水压爆破独居的“三提高一保护”极其显著的作用与效果。
下面仅以岗乌隧道1#横洞工区主洞水压爆破为例，分析总结推广隧道掘进水压爆破所取得的成果。
1.岗乌隧道工程概况
岗乌隧道全长13.187km，进口里程D1K868+415,出口里程D1K881+602,为单洞双线隧道。
岗乌隧道位于溶蚀中山槽谷、沟谷，总体地势北高南低，受北盘江及其支流深切，山高坡陡，沟深窄长。
隧道洞身穿越区域以碳酸盐岩广泛分布为主要特征，具构造剥蚀～溶蚀槽谷地貌特点。
2.隧道掘进常规爆破
隧道掘进所谓“常规爆破”，系指炮眼只装药卷而无回填堵塞，对光爆炮眼用炸药箱纸壳捲成卷浸水后堵塞在炮眼口（这种做法不可取），这种炮眼装药结构的隧道掘进爆破，惯称隧道掘进常规爆破。
岗乌隧道掘进采取上下台阶法常规爆破，III级围岩上台阶开挖断面为80.75m2。
上台阶钻爆炮眼分布见图1，炮眼参数见表1。
图1上台阶炮眼分布图
表1岗乌隧道掘进常规爆破炮眼参数
序号
炮眼
分类
炮眼数
（个）
雷管段数（段）
炮眼长度（m）
炮眼装药量
每孔药卷数（卷/孔）
单孔装药量（Kg）
合计药量（Kg）
1
拱部周边眼
20
13
3.7
2.0
0.4
8.0
2
边墙周边眼
30
13
4.0
0.8
24.0
3
辅助眼
60
3、5、7、9、11
3.7
9.0
1.8
108
4
地板眼
15
15
3.7
14.0
2.8
42
5
掏槽眼
14
1
4.5
12.0
2.4
33.6
6
合计
139
215.6
岗乌隧道2013年6月10日之前，均采取常规爆破，其爆破效果见表2
表2隧道爆掘进常规爆破效果
装药量（kg）
实际单位用药量（kg/m3）
设计进尺（m）
实际进尺（m）
炮眼利用率（%）
通风时间（min）
爆堆长度（m）
216
0.84
3.7
3.2
86.5
45
30
3.隧道掘进水压爆破
3.1基本原理
隧道掘进水压爆破定义是往炮眼中一定位置放入水袋，最后用炮泥回填堵塞到炮眼口为止。
爆破时围岩的破碎主要依靠炮眼中炸药爆炸在围岩中产生的应力波以及爆炸气体膨胀共同作用而完成，而隧道掘进常规爆破炮眼无回填堵塞，（如图2）炸药爆炸能量因压缩炮眼中的空气受到一定损失，造成应力波强度下降，不利于围岩破碎，而爆炸生成的膨胀气体由于炮眼中无阻挡对围岩没形成二次破碎而冲向炮眼口变成冲击波损失掉，此外炮眼无回填堵塞爆破时还会产生粉尘，严重污染作业环境。
这是当前国内外隧道爆破存在多年已久的未能充分利用炸药能量和爆破严重污染环境等两大难题。
我国著名爆破专家何广沂教授研发的隧道掘进水压爆破，很好的破解了这两大难题。
图2：
炮眼无回填堵塞
隧道掘进水压爆破，由于炮眼中有水（如图3），在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆破能量几乎无损地传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石的破碎，此外还产生“水楔”效应和水雾作用，前者有利于围岩破碎和防止岩爆，后者有利于降尘、吸附有害有毒气体和防止瓦斯爆炸。
由于炮眼中上部有水袋和炮泥回填堵塞，有力抑制膨胀气体冲出炮眼口，使膨胀气体起到二次破碎围岩的目的。
要特别指出的是，炮眼底部的水，对冲击波的反射作用加强了应力波强度和作用时间更有利于围岩破碎。
一言以蔽之，由于炮眼中有水，并用炮泥回填堵塞，不但能充分利用炸药能量，而且又能大大降低粉尘对作业环境的污染，保护了施工人员身体健康。
图3：
工人正在往炮眼中装水袋
何广沂教授等人所进行的模拟应变测试结果表明。
在同样装药量的前提下，同是炮眼底部，水压爆破要比常规爆破切向拉应变增大13%以上，这就是有利于提高炮眼利用率及提高进尺的原因所在；同是炮眼中部和上部，水压爆破比常规爆破切向拉应变增大7-33%,这就是水压爆破比常规爆破提高岩石破碎度、降低大块率的原因所在。
模拟试验应变测试的结果足以说明水压爆破技术原理的科学性、正确性。
3.2炮眼装药结构
隧道掘进水压爆破与常规爆破相比，在掏槽形式、炮眼分布、炮眼数量、炮眼深度、起爆顺序和起爆间隔时间等六方面完全一样，仅仅装药结构有所不同，水压爆破要往炮眼中注入一定量的水，最后用专用设备加工成的炮泥回填边堵塞。
往炮眼中怎么注入水呢？
这很简单，是把水装在塑料袋中，称之为水袋，然后把一定量的水袋填入炮眼中一定位置。
水压爆破所使用的塑料袋，长200mm，直径35mm，厚0.8mm，有一定的强度，水袋填塞炮眼过程中要防止炮棍冲击和小碎石摸察,以避免水袋漏水。
往塑料袋中注水，利用的是自动灌水自动封口的封口机，如图4所示。
这种封口机，重为75kg，长*宽*高为920mm*350mm*1000mm，该机电源AC220V50HZ,功率为0.68KW，有车轮可以自由移动，操作及其简便，每小时可加工水袋700多个。
图4：
封口机
炮泥的组成为土:
砂:
水=0.75:
0.1:
0.5。
土最好使用粘土，砂为河砂，把土、砂和水按上述比例搅合好后，可用专用炮泥机（如图5所示），加工成炮泥，炮泥每节长为200mm，直径35mm。
炮泥机重190kg，长*宽*高为1470mm*440mm*540mm。
每小时可加工成炮泥900根（双出口）。
该机电源380V，电机功率4KW。
图5：
炮泥机
装填步骤：
首先往炮眼最底部装填一个水袋，紧接着往炮眼中装所需的药卷，然后再装填水袋，随后往炮眼中边回填堵塞炮泥，要边回填边捣固直至炮眼口。
岗乌隧道水压爆破周边炮眼装药结构如图6所示，除周边炮眼以外的所有炮眼包括掏槽眼，辅助眼和底板眼炮眼装药结构如图7所示。
3.3隧道掘进水压爆破效果
自2013年6月10日岗乌隧道1#横洞工区主洞上台阶采取水压爆破，截止2013年12月10日，累计进尺750m，其爆破效果见表3
表3隧道爆掘进水压爆破效果
装药量（kg）
实际单位用药量（kg/m3）
设计进尺（m）
实际进尺（m）
炮眼利用率（%）
通风时间（min）
爆堆长度（m）
186
0.66
3.7
3.5
94.6
15
20
4.经济分析
4.1使用水压爆破以Ⅲ级围岩上台阶为例每延米所节省的费用
4.1.1火工品节省的费用
岗乌隧道1#横洞工区主洞Ⅲ级围岩上台阶开挖面积是80.75m2，炸药的单价是每公斤12元，每发雷管单价是6元。
隧道主洞Ⅲ级围岩上台阶每开挖一米节省炸药：
（216/3.2-186/3.5）×12=172.29元
隧道主洞Ⅲ级围岩上台阶每开挖一米节省雷管（一循环用139发）：
（139/3.2-139/3.5）×6=22.38元
隧道主洞Ⅲ级围岩上台阶每开挖一米节省导爆索（一循环用100米）
（100/3.2-100/3.5）×3=8.04元
合计上台阶每开挖一米节省火工品费用：
172.29+22.38+8.04=202.71元
4.1.2人工费节省的费用
隧道主洞Ⅲ级围岩上台阶每开挖一米节省人工费
一个循环提高进尺0.3m，开挖断面是80.75m2，一个循环进尺3.5m，每开挖1m3班组工资为29元
0.3×80.75×29/3.5=200.72元
4.1.3电费节省的费用
110KW×2台×1.08元/度×0.5小时/3.5=33.94元
合计节省费用为：
202.71+200.72+33.94=437.37元
4.2使用水压爆破Ⅲ级围岩上台阶每延米需另外支出的费用
4.2.1制作炮泥、水袋的人工费
制作炮泥、水袋需要两人，每天工资按80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:
80×2/3.5/1.5=30.48元
4.2.2水袋费用
水袋每循环使用506个，每个0.1元，每延米费用：
506×0.1/3.5=14.46元
4.2.3制作炮泥的粘土费用
每方60元，1方可做1000米，5000根，可做10个循环，每延米费用：
60/10/3.5=1.71元
4.2.4电费
（4+0.68）KW×1h/3.5×1.08元/度=1.34元
使用水压爆破Ⅲ级围岩上台阶每延米需另外支出的费用合计为：
30.48+14.46+1.71+1.34=47.99元
把以上Ⅲ级围岩上台阶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，水压爆破每延米可节省费用437.37-47.99=389.38元（没有包含管理费用等）。
5.技术经济指标分析对比
岗乌隧道掘进水压爆破与常规爆破相比，技术指标分析对比列于表4
表4技术指标分析对比表
炮眼装药结构
装药量（kg）
实际单位用药量（kg/m3）
节省炸药（%）
实际进尺（m）
炮眼利用率（%）
提高进尺（m）
通风时间（min）
爆堆长度（m）
常规爆破
216
0.84
3.2
86.5
45
30
水压爆破
186
0.66
21.4
3.5
94.6
0.3
15
20
从技术指标分析对比表4和上述经济分析中可以得出结论，隧道掘进水压爆破与常规爆破相比，具有显著的“三提高一保护”作用与效果。
一是提高炸药有效能量利用率，即节省炸药21.4%；二是提高施工进度，每循环提高进尺0.3m;三是提高经济效益，每延来可以节省费用389.38元，一保护是粉尘浓度大大下降，缩短通风30分钟，改善作业环境，保护施工人员身体健康。
水压爆破提高岩石破碎度、缩短爆堆长度、因而缩短清渣时间加快施工进度。
水压爆破还提高光爆质量，炮痕保存率达95%。
通过表4对比，和经济分析，算了一笔账：
岗乌隧道Ⅲ级围岩上台阶采取水压爆破已进行了100循环，累计进尺350m，如按常规爆破计算，需要进行110个循环，水压爆破比常规爆破节省9循环，与常规爆破相比节省费用136283元，采用水压爆破掘进的IV、V级围岩经测算每延米节省费用约为III级围岩每延米的83%，IV、V级围岩水压爆破掘进累计进尺400米，节省11循环，节省费用为129274元。
目前岗乌隧道1#横洞工区主洞剩余500米，其中III级围岩275米，IV级围岩225米，可以节省13循环，节省费用179796.215元。
6.认识与体会
在岗乌隧道通过6个月连续实施水压爆破作业，经分析总结有以下几点认识与体会。
6.1隧道掘进水压爆破具有极其显著的“三提高一保护”作用与效果不可置疑
实施隧道掘进水压爆破之前，听说水压爆破有这样那样的好处，一不具体，二半信半疑。
可是在岗乌隧道经过6个月的水压爆破实践，亲身感受到水压爆破具有“三提高一保护”的作用与效果，不但对水压爆破优越性的认识更具体深刻了，而且彻底解除了顾虑。
以前无论岗乌隧道还是其它隧道，全国清一色采取常规爆破即炮眼无回填堵塞爆破，存在着炮眼利用率低、施工进度慢、粉尘浓度高，严重污染作业环境等问题，长期困扰着钻爆队伍。
现在可好了，找到了灵丹妙药-水压爆破，彻底治好了隧道掘进常规爆破存在多年已久的顽疾。
从现在起，我们一定
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