水压爆破在铺子山隧道施工中的应用
水压爆破在铺子山隧道施工中的应用
一、前言
在隧道施工中，采用光面爆破进行掘进是最有效的施工手段之一，该方法具有安全性高、工期短、成本低等优点。然而在爆破施工中，由于装药爆破产生的冲击破对围岩产生一定程度的影响，尤其是在围岩整体性比较差的Ⅳ~Ⅴ类围岩中，光面爆破控制的好坏，将对工程进度、施工安全产生极大的影响。同时光面爆破存在两点不足：一是爆破炮孔无回填或仅用炸药包装药纸、水泥袋等堵塞，产生的粉尘较大，污染环境；二是爆破能量利用率不高。
在全国著名爆破专家何广沂及集团公司副总工程师张焕成的指导下，结合以往隧道的施工经验推广了水压爆破施工新工艺。该工艺的主要思想是：在不耦合光爆中，采用水作为不耦合软垫层，提高炸药能量利用率，从而降低单位耗药量，减少爆破灰尘对环境的污染。实践证明，采用该方法可以有效控制爆破震动对周围威严的危害，杜绝塌方现象的出现，保证轮廓线基本一次成型，光面孔痕保存率不小于90%，隧道直支护量减少，防毒排烟费用降低；同时由于围岩破碎均匀和大块率降低，方便了机械化施工，加快了施工进度，显著提高了经济效益。
二、隧道掘进水压爆破技术原理及要点 1.技术原理
隧道爆破掘进，其炮眼围岩破碎是由炸药爆炸产生的应力波和爆炸气体膨胀共同作用的结果。隧道常规爆破即炮眼无回填堵塞，炸药
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爆破后在空气中传播的过程中因空气压缩而损失能量，应力波传递到围岩中也相应消弱，所以不利于围岩破碎；由于炮眼无回填堵塞，爆炸气体膨胀很迅速的冲出跑眼口，消弱了膨胀气体进一步破碎围岩的作用，所以说炮眼无回填堵塞是不科学、不可取的。
隧道掘进节能环保水压爆破与常规爆破的炮眼装药的主要结构如图2.1。
图2.1 水压爆破和常规爆破装药结构图
将炮眼无回填堵塞部位改为用水袋与炮泥回填堵塞。这样在水中传播的击波对水的不可压缩，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围岩的破碎，水在炸药爆炸作用下产生的水楔效应，有利于进一步破碎围岩，炮眼中有水还可以起到雾化降尘的作用。
炮眼底部的水与炮眼中上部的水作用形式不同，前者代替了炸药，后者代替了空气及部分回填土，但达到的目的是一致的。即达到了“三提高一保护”的目的。
由于用专用设备制成的炮泥回填堵塞炮眼，要比土坚实，密度大，还含有一定水，抑制膨胀气体冲出炮眼要比土好的多，而且使用方便。
炮眼底部的水袋取代了炮眼底部的一部分炸药。炮眼底部水袋与
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炮眼中上部水袋相比最大的区别是，炮眼底水袋代替了炮眼底药卷，它必须起到相当于药卷的作用，所以不能过长，过长会导致向炮眼底方向传播的击波逐渐变小，而岩石的夹制作用逐渐变大，到了一定位置应力波不足以破碎围岩，炮眼中上部水袋作用则不然，虽向跑眼口方向传播的击波逐渐变小，但岩石的夹制作用也逐渐变小，到了一定位置应力波仍会破碎岩石，所以炮眼中上部水袋要比炮眼底水袋长得多。经实际爆破效果相比，光爆炮眼眼口水袋长可相当于2-3药卷长度，而内部炮眼由于夹制作用大，其炮眼底水袋长可相当于1药卷长度。
2.水压爆破的技术要点
2.1往炮眼中一定位置装入一定量的水。一定位置是指炮眼底部和炮眼的中上部。一定量的水是指水袋的直径与长度。
2.2注水长度与炮泥回填堵塞的长度的最佳比例。 2.3炮眼底注水长度和直径。 2.4注水工艺，即水袋制作工艺。 2.5炮泥制作工艺。
三、隧道掘进水压爆破适用范围
水压爆破与常规爆破相比，最大的区别就是往炮眼中一定位置装入一定量的水并用专用设备制成的炮泥回填堵塞，从而达到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人员身体健康的目的与作用。此外，往炮眼中注水，即水袋，还有炮泥的制作已经实现了机械化加工，不但保证了制作质量，而且省工、省力、省时，
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易学易操作，一般施工人员皆能胜任。适用于隧道各级围岩开挖掘进。
铺子山隧道共有4个围岩级别，具体见表3.1。
表3.1 铺子山隧道围岩统计表
序号 1 2 3 4 围岩级别 累计长度（m） Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 3060 1910 1365 336 开挖工法 全断面法 台阶法 台阶法 三台阶法 初支类型 锚喷砼5cm 挂网锚喷砼10cm 格栅钢架挂网锚喷 型钢钢架挂网锚喷 四、施工工艺 水压爆破与隧道常规爆破相比，主要区别有以下三项： 1.爆破设计
水压爆破在掏槽形式、炮眼布置、炮眼数量与深度、起爆顺序与时间间隔等设计与常规爆破一模一样，所不同的就是在常规爆破的基础长增加了水袋和炮泥，改变了装药结构形式。
水压爆破装药结构形式如下图所示。
图4.1 水压爆破装药结构图
图中L为炮眼深度，L1为炮眼底水袋长，L2为炸药长，L3为炮眼中上部水袋长，L4炮泥长，其关系式为：
L=L1+L2+L3+L4； L1为1-2药卷卷长；
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