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        研究水壓爆破技術(shù)在隧道掘進(jìn)施工中的應(yīng)用

        2015-12-25 01:43:30丁國森中國人民解放軍96531部隊河南洛陽471031
        江西建材 2015年3期
        關(guān)鍵詞:炮泥水袋炮眼

        ■丁國森 ■中國人民解放軍96531部隊,河南 洛陽 471031

        在隧道掘進(jìn)工程中,水壓爆破技術(shù)可謂是極為先進(jìn)的綠色環(huán)保技術(shù),促使掘進(jìn)工程施工技術(shù)完成了多次質(zhì)的超越。

        1 水壓爆破技術(shù)概述

        水壓爆破技術(shù)最先提出于上個世紀(jì)的九十年代,提出人為著名爆破專家何廣沂教授[1]。此項先進(jìn)技術(shù)的提出充分結(jié)合了當(dāng)時隧道工程施工現(xiàn)狀。何廣沂教授在觀察研究中發(fā)現(xiàn),大部分的隧道工程在進(jìn)行掘進(jìn)施工時,所采取的爆破方式為不回填堵塞炮眼或是對炸藥箱紙進(jìn)行浸水應(yīng)用。諸如此類的技術(shù)在應(yīng)用中不僅是完全缺乏科學(xué)合理性,浪費資源,加大成本投入,同時在爆破中威震力極大,對施工環(huán)境保護(hù)極為不利。為了解決這一問題,何廣沂教授在1995年提出了一個露天深孔水壓爆破的研究課題,而在2002年又結(jié)合隧道掘進(jìn)工程提出了相關(guān)研究課題,對深、淺孔、隧道掘進(jìn)等水壓型爆破技術(shù)應(yīng)用的裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為全面細(xì)致的分析研究。

        2 水壓爆破技術(shù)在隧道掘進(jìn)工程中的應(yīng)用

        2.1 應(yīng)用施工流程及原理

        2.1.1 水壓爆破技術(shù)應(yīng)用流程

        在工程施工中,水壓爆破技術(shù)的應(yīng)用流程主要如圖1所示。

        圖1 水壓爆破應(yīng)用施工流程環(huán)節(jié)

        2.1.2 水壓爆破技術(shù)應(yīng)用原理

        水壓爆破原理:在水壓爆破技術(shù)應(yīng)用中,其設(shè)計方案與傳統(tǒng)方案并無什么不同,只是在裝藥及炮孔堵塞操作中進(jìn)行了科學(xué)調(diào)整。此項技術(shù)的主要應(yīng)用原理為:在炮眼內(nèi)部的具體位置加入定量水分,運用所制作好的炮泥對炮眼進(jìn)行回填堵塞。對水中傳播具有的一定爆破沖擊力給予水的不可壓縮性充分利用,從而使得在爆炸力從水傳達(dá)至圍巖處時不會產(chǎn)生較大損失。與此同時,當(dāng)爆炸氣體在水中膨脹后,將會產(chǎn)生一定的“水楔”效應(yīng),能夠為巖石粉碎提供加大助力。炮眼內(nèi)部水分還可對整個環(huán)境起到極佳的霧化降塵效能,避免造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

        2.1.3 水壓爆破技術(shù)與普通爆破對比

        (1)與普通爆破相比,水壓爆破技術(shù)應(yīng)用中在水中爆轟產(chǎn)物的膨脹速度較慢,其所產(chǎn)生的爆炸作用強(qiáng)度明顯比普通爆破強(qiáng),其持續(xù)時間也要長于普通爆破。

        (2)水壓爆破在炮孔周圍巖石周邊所產(chǎn)生的爆炸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通爆破,而衰減速度又要慢于普通爆破。水壓爆破的壓力峰值極大,破壞力極強(qiáng)。

        (3)與普通爆破相比,水壓爆破技術(shù)應(yīng)用中能夠使得孔壁巖面的沖擊壓力得以減小,進(jìn)一步提升預(yù)裂爆破的成型質(zhì)量。

        (4)普通爆破方式在空中的初始沖擊波壓力值范圍主要為80~130MPa,而水壓爆破技術(shù)在其應(yīng)用中主要的爆破區(qū)域為水中,初始沖擊波壓力至少在1萬MPa以上。

        與普通爆破方式相比,水壓爆破技術(shù)的爆炸強(qiáng)度更大,持續(xù)時間更長,壓力峰值更大,破壞力更強(qiáng),衰減力更小,初始爆破沖擊波壓力更大。

        2.2 水袋的制作

        水袋制作主要采用的是PSP-1型的炮孔水袋自動注水風(fēng)口設(shè)備加工而成,水袋的加入制作只需用到2~3名工作人員,1人負(fù)責(zé)進(jìn)行水袋自動注水設(shè)備的啟動關(guān)閉操作,1~2人負(fù)責(zé)進(jìn)行水袋的拿取操作。將水袋放置于鐵框或是木箱之中,注意水袋的袋口應(yīng)向上,豎直方向放置。傾斜角度為85℃。對水袋進(jìn)行焊縫時,需及時對其焊頭處的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常情況下的溫度應(yīng)為125℃左右。在水袋制作中應(yīng)注意這么幾點:(1)相關(guān)塑料袋制作材料為聚乙烯,厚度值為0.8mm,直徑則為35mm,具體長度值為200mm,通過相關(guān)加工單位加工制作而成,運用封口機(jī)進(jìn)行水袋的制作,水袋制作中灌水、風(fēng)口均采用自動化。(2)水袋中必須灌滿水,確保水袋風(fēng)口密實,避免出現(xiàn)漏水、滲水等問題。真正符合標(biāo)準(zhǔn)的水袋應(yīng)能夠做到堅實挺拔,且能夠方便順利的放置于炮眼之中。(3)將封口設(shè)備的后門打開,將其泵連桿端頭處的螺母進(jìn)行松開處理,對蝶形螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)移位處理便可得到灌裝所需容量。通常情況下是順時針為逐漸減小,逆時針則為逐漸增大。(4)在進(jìn)行灌注封口操作時,需將主命令開關(guān)拔上,待機(jī)器運作次數(shù)達(dá)到兩次時,促使計量泵中充滿水,待內(nèi)部空氣完全排空之后,再將開關(guān)作拔下處理。相關(guān)工作人員運用兩手的拇指、食指將塑料袋固定于出料關(guān)口,按下開關(guān)開啟設(shè)備,便可進(jìn)行自動化的灌注及封口操作。

        2.3 炮泥的制作

        炮泥制作中所應(yīng)用到的原料主要有:砂粘土、黃粘土,在炮泥制作原料中應(yīng)避免出現(xiàn)石子、雜物等。采用專業(yè)炮泥機(jī)進(jìn)行炮泥制作,制作中所需用到的人力數(shù)量為2~3人,具體操作:一名工作人員將相關(guān)原料放置于制作機(jī)械中,一至兩名工作人員將制作好的物品取出。取出后的炮泥應(yīng)放置于專屬的炮泥箱或框中。炮泥制作示意圖如圖2所示。

        圖2 炮泥制作示意圖

        在炮泥的制作中應(yīng)著重注意的是這么幾點:第一,炮泥的主要原料應(yīng)為黏土及細(xì)砂。在將原料與水進(jìn)行混合攪動之前,如存在石塊等雜物,則應(yīng)及時將其取出。如存在大量的小石子則應(yīng)進(jìn)行篩檢操作,篩眼的大小應(yīng)為5mm×5mm左右為宜。真正符合標(biāo)準(zhǔn)的炮泥其表面應(yīng)較為光滑,用手指進(jìn)行觸摸、輕捏時應(yīng)能夠留下痕跡。這樣的炮泥才能在具有充分水量的同時又能在搗固中便于操作。

        第二,在炮泥的制作中,應(yīng)注意對相關(guān)比例進(jìn)行有效控制。如果在制作中存在用砂過多的情況,那么對于整個成品的成型將會產(chǎn)生極為不利的影響;而如果存在用砂過少的問題,那么成品的比重將會較小。用水量也應(yīng)科學(xué)控制,過多或過少都會出現(xiàn)問題,如粘合性較差或是過于柔軟等,極不利于后期的搗固。相關(guān)的土砂水比例應(yīng)為0.75∶0.1∶0.15,只有這樣才能夠保證制作出的成品具有較好的塑性及強(qiáng)度,能夠便于進(jìn)行回填堵塞施工。

        第三,制作完成后的成品應(yīng)避免充分暴露于陽光之下或是放置極長的一段時間,避免其內(nèi)部水分逐漸流失,致使炮泥極硬。通常對于炮泥的制作應(yīng)為使用前的2~3小時。

        2.4 科學(xué)的裝藥操作

        在進(jìn)行裝藥施工時,需運用人工木制炮棍。相關(guān)工作人員在炮孔中一一放入藥卷,運用炮棍進(jìn)行搗實處理。從而達(dá)到有效縮短各藥卷之間距離,確保傳爆效果的目的[2]。裝藥操作中應(yīng)注意對搗實力道進(jìn)行控制,不宜過大,避免用力過猛造成水袋完全破裂或是密度偏大等問題的出現(xiàn),致使炸藥無法成功爆破。

        裝藥的組成結(jié)構(gòu)由底至口應(yīng)為水袋—藥卷—水袋—炮泥,(示意圖如圖3所示)。確保各結(jié)構(gòu)的連接緊密度。在裝藥之前,應(yīng)準(zhǔn)確測量整個炮孔的具體深度,依照其數(shù)據(jù)值進(jìn)行藥量及水袋、炮泥長度的準(zhǔn)確計算。依照順序?qū)⑺形锲贩胖糜谂诳字小W⒁庠谒姆胖脮r,應(yīng)運用炮棍將水袋一一捅入炮眼中。在進(jìn)行炮泥的回填時,除卻與水袋完全接觸的炮泥之外,其余炮泥應(yīng)全部堅實搗固。

        圖3 裝藥組成結(jié)構(gòu)示意圖

        3 水壓爆破技術(shù)在隧道掘進(jìn)工程中的應(yīng)用效果

        3.1 技術(shù)效果

        在對某個隧道掘進(jìn)工程進(jìn)行施工時,分別采用常規(guī)型及水壓爆破技術(shù)時相關(guān)指標(biāo)值對比如表1所示。

        表1 兩種爆破技術(shù)技術(shù)指標(biāo)對比

        3.2 經(jīng)濟(jì)效益

        在此工程中,水壓爆破技術(shù)應(yīng)用中節(jié)省人工費用約為119100元,節(jié)省炸藥費用約為89920元,節(jié)省材料費約為137820元,節(jié)省機(jī)械費用約為66256元,節(jié)省電費約為61986元,應(yīng)用促使此工程施工工期得以有效縮短,縮短時長為15d,共計節(jié)省施工費用475082元。由此能夠充分表明,在此項先進(jìn)環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用中,技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會效益均能夠得到有效提升[3]。

        4 結(jié)語

        水壓爆破技術(shù)在施工應(yīng)用中能夠有效提升增強(qiáng)施工質(zhì)量與效率,幫助企業(yè)獲取到最大化的經(jīng)濟(jì)效益。與此同時,在技術(shù)應(yīng)用中對于周邊環(huán)境的保護(hù)也極為全面優(yōu)良,能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)與社會的雙贏。

        [1]張衛(wèi)國.水壓爆破技術(shù)在隧道掘進(jìn)施工中的應(yīng)用[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報,2013,26(2):46-100.

        [2]于兆學(xué).淺談水壓爆破在隧道掘進(jìn)中的應(yīng)用[J].中華民居,2013,(6):100-101.

        [3]歐然.水壓爆破技術(shù)在隧道掘進(jìn)施工中的應(yīng)用[J].山西建筑,2014,40(6):184-186.

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