王慧敏

（中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

鐵路工程具有跨度大，線路長(zhǎng)，施工環(huán)境和地質(zhì)條件多變等特點(diǎn)，對(duì)施工技術(shù)要求較高，尤其是在隧道施工中，對(duì)爆破技術(shù)的要求十分嚴(yán)格，只有實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破技術(shù)的科學(xué)、合理、高效應(yīng)用，才能夠確保隧道施工的進(jìn)度、效率、質(zhì)量以及安全性滿足施工要求。現(xiàn)階段，在隧道工程爆破施工過(guò)程中，聚能水壓光面爆破技術(shù)逐漸普及，其原理是將聚能管代替炸藥卷結(jié)合水壓爆破技術(shù)，并使用炮泥進(jìn)行填充和堵塞處理，這種爆破方法可以充分爆發(fā)出炸藥的能量，能有效提高爆破工作效果和安全性。與常規(guī)爆破方式相比，聚能水壓光面爆破可以充分爆發(fā)出炸藥的能量，有效加快施工進(jìn)度和節(jié)約施工成本，同時(shí)還能夠最大限度地降低洞內(nèi)爆破粉塵污染，為隧道施工人員提供更好的施工環(huán)境。但該項(xiàng)爆破技術(shù)對(duì)施工流程和各項(xiàng)參數(shù)控制的要求較高，在爆破中技術(shù)人員必須要科學(xué)合理地應(yīng)用該技術(shù)，有效做好每一個(gè)工作環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制工作，才能提高爆破工作的效率和安全性。

本文以川藏線拉林鐵路布喀木隧道工程為例，對(duì)聚能水壓光面爆破技術(shù)的原理和應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行介紹，并分析技術(shù)優(yōu)勢(shì)，僅供參考。

1 工程概況

川藏線拉林鐵路布喀木隧道位于念青唐古拉山與喜馬拉雅山之間的藏南谷底高山區(qū)，山高谷深,氣候極端惡劣。山脈呈南北向縱貫延展，谷嶺相間，地勢(shì)起伏跌宕。隧道縱斷面標(biāo)高范圍為3081～4500m，最大埋深約為1381m。起訖里程為DK362+180～DK371+420，全長(zhǎng)9240m，其中單線隧道長(zhǎng)8920m。隧道Ⅱ級(jí)圍巖段長(zhǎng)5750m、Ⅲ級(jí)圍巖段長(zhǎng)2310m、Ⅳ級(jí)圍巖段長(zhǎng)1030m、Ⅴ級(jí)圍巖段長(zhǎng)58m、Ⅵ級(jí)圍巖段長(zhǎng)70m、明洞段長(zhǎng)22m。由于隧道位于青藏高原，環(huán)境惡劣，海拔高，空氣中氧含量低，隧道長(zhǎng)排煙困難，且效率低，經(jīng)相關(guān)爆破專家和項(xiàng)目技術(shù)人員研究，決定采用聚能水壓光面爆破技術(shù)進(jìn)行隧道掌子面爆破開(kāi)挖施工。

2 聚能水壓光面爆破技術(shù)原理分析

聚能水壓光面爆破技術(shù)的原理并不復(fù)雜，其主要是集合了常規(guī)聚能爆破的聚能原理和水壓爆破的緩能原理，將兩者的優(yōu)勢(shì)集中，實(shí)現(xiàn)了更加高效和穩(wěn)定的爆破施工。爆破施工中，采用雙向聚能管裝藥裝置代替常規(guī)裝藥方法，并將水袋安裝在炮孔的上下兩面，最后用黏土、砂以及水按照一定比例制作的砂袋進(jìn)行回填堵塞，以此實(shí)現(xiàn)高效的聚能導(dǎo)向，將爆破勢(shì)能激發(fā)到極致，在高效、順利爆破的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)保護(hù)原巖、降低對(duì)隧道施工環(huán)境影響的目的。與常規(guī)水壓光面爆破相比，聚能水壓光面爆破在前期的掏槽眼、輔助眼、裝藥以及整個(gè)爆破工作流程上基本保持相同，不同點(diǎn)在于兩者的周邊光面眼間距不同，聚能水壓光面爆破技術(shù)周邊眼間距更大（圖1）；同時(shí)聚能水壓光面爆破需要使用特定的聚能藥管替代常規(guī)的光面爆破藥卷，并根據(jù)工程的實(shí)際情況配置專用的炮泥材料對(duì)炮孔進(jìn)行封堵處理，專業(yè)性強(qiáng)、靈活性高。除了具備常規(guī)光面爆破工作所產(chǎn)生的作用與效果之外，聚能水壓光面爆破還能夠充分發(fā)揮出聚能管當(dāng)中所產(chǎn)生的高溫高壓射流和水袋在爆破作用下產(chǎn)生的水楔效應(yīng)，全面提高內(nèi)部膨脹氣體的壓力作用，最大限度增加爆破能量[1]。除了爆破能量大之外，因?yàn)榫勰鼙凭€性聚能裝藥的射流作用，因?yàn)榫勰鼙凭€性聚能裝藥的射流作用，在爆破過(guò)程中水射流在聚能原理的作用下能迅速貫穿和劈開(kāi)巖體，實(shí)現(xiàn)高效的光面爆破。在此過(guò)程中，水射流還會(huì)在緩能原理的作用下有效降低對(duì)隧道周圍原巖的破壞和影響，將爆破施工可能會(huì)造成的振動(dòng)和損壞降至最低，同時(shí)也能夠有效減少爆破粉塵的產(chǎn)生，保持良好的施工環(huán)境。

圖1 聚能水壓光面爆破周邊炮眼布置示意

3 聚能水壓光面爆破技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 鉆孔

鉆孔是聚能水壓光面爆破的第一步，在正式爆破之前，需要先根據(jù)爆破設(shè)計(jì)方案對(duì)周邊眼的位置進(jìn)行計(jì)算和確定，在反復(fù)確認(rèn)周邊炮眼位置無(wú)誤后，交由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行鉆孔，在鉆孔過(guò)程中還需要不斷對(duì)炮孔進(jìn)行測(cè)算和校驗(yàn)，在保證炮眼位置無(wú)偏差的同時(shí)，保證炮眼的平行度和角度也符合設(shè)計(jì)要求。鉆孔施工中，首先，要對(duì)隧道掌子面的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，精準(zhǔn)計(jì)算炮孔深度；其次，所鉆炮孔的底部里程要相同，不能出現(xiàn)偏差，以免影響最后的光面爆破效果；最后，鉆孔完成后要按照要求對(duì)所有炮眼進(jìn)行反復(fù)檢查和確認(rèn)，如有問(wèn)題及時(shí)調(diào)整，確保無(wú)誤之后等待下一步工作的進(jìn)行。

3.2 制作炮泥和水袋

3.2.1 制作炮泥

炮泥制作所使用的材料主要是以黏土、砂和水為主。制作中需要根據(jù)具體要求選擇干凈的砂土材料，黏土顆粒直徑需要控制在10mm以下，不得摻有腐殖土和雜物等，保證炮泥材料干凈細(xì)膩；加水總量也需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，通常加水量需要控制在8%以下[2]。土∶砂∶水按照7.5∶1∶1.5的比例進(jìn)行配比，配比完成的混合料需要提前進(jìn)行軟化，以確保炮泥制作順利進(jìn)行。

3.2.2 制作水袋

水袋制作前需要對(duì)原材料進(jìn)行合理選擇，必須要保證水體的干凈與整潔程度，同時(shí)要充分符合水袋的制作工藝要求和標(biāo)準(zhǔn)。在該項(xiàng)目爆破工作當(dāng)中水袋的直徑為34mm，厚度為0.7mm，使用的是聚乙烯塑料袋。水袋的制作需要使用專業(yè)的封口機(jī)來(lái)處理。在實(shí)際操作過(guò)程中，首先進(jìn)行定量調(diào)節(jié)工作，主要是獲取所需要的材料灌裝容量然后進(jìn)行灌注封口[3]。在正式開(kāi)始封口工作之前，相關(guān)工作人員需要對(duì)內(nèi)部的空氣進(jìn)行徹底排除，然后再進(jìn)行后續(xù)的操作。在灌注工作當(dāng)中，相關(guān)施工人員需要將塑料袋夾住，并且將其直接套在水管口上方，然后完成后續(xù)的灌注工作。

3.3 安裝聚能管

聚能管在施工現(xiàn)場(chǎng)專用房間內(nèi)制作，制作步驟如下：

（1）使用廠家提供的注藥槍，打開(kāi)注藥槍后蓋，把炸藥卷沿中線縱向切開(kāi)，剝?nèi)ニ幘硗馄?，然后裝入注藥槍筒中并壓實(shí)，擰緊注藥槍后蓋；

（2）用小型空氣壓縮機(jī)給注藥槍加壓，壓力為0.2個(gè)大氣壓；

（3）注藥工人手握注藥槍在聚能管的半壁管內(nèi)從頭到尾均速移動(dòng)，使炸藥均勻連續(xù)的注入；

（4）兩個(gè)半壁管全部注滿炸藥后，在其中的一個(gè)半壁管內(nèi)壓入一根傳爆線，然后兩個(gè)半壁管按照要求組裝在一起，裝上起爆雷管；

（5）在炮眼安裝過(guò)程中為防止聚能管在炮眼中轉(zhuǎn)動(dòng)，在裝入炮眼之前，在聚能管兩端安裝定位塊，聚能管組裝結(jié)束；

（6）為了保證安全，在聚能管加工房間內(nèi)禁止安裝起爆雷管，等現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備放入炮眼內(nèi)時(shí)再安裝起爆雷管。

聚能管使用的是定型PVC管道材料（見(jiàn)圖2），需要根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)要求，在工廠內(nèi)部進(jìn)行集中生產(chǎn)。PVC 管道的實(shí)際長(zhǎng)度需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。聚能管主要由主體與蓋片兩個(gè)部件所構(gòu)成，聚能管的兩側(cè)區(qū)域存在一對(duì)內(nèi)凹的聚能槽，并且聚能槽之間相互對(duì)稱。聚能管當(dāng)中安裝有炸藥傳爆線以及起爆雷管等，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行全面檢查和處理，要保證起爆雷管和常規(guī)的光面爆破雷管的設(shè)置方法相同。

圖2 聚能管示意

3.4 裝藥

聚能水壓光面爆破的裝藥工作主要是對(duì)掏槽眼、輔助眼以及周邊眼進(jìn)行裝藥處理，如圖3、圖4、圖5所示。在掏槽眼和輔助眼裝藥過(guò)程中，首先需要確認(rèn)水袋的位置、炮眼的基礎(chǔ)位置和炮眼的剩余孔洞深度，需要保證裝藥在炮眼深度的50%以上，剩余部分的炮眼需要使用炮泥對(duì)其進(jìn)行封堵，需保證基礎(chǔ)面的壓實(shí)程度。在周邊眼裝藥工作中，先在周邊眼的基礎(chǔ)位置填裝一個(gè)水袋，聚能管需要和炮眼最底部位置安裝的水袋貼緊[4]。聚能管的頂部需要裝填兩個(gè)水袋，并且需要使用炮泥材料對(duì)其進(jìn)行堵塞處理，同時(shí)使用木質(zhì)炮棍對(duì)其進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，在周邊眼裝藥工作結(jié)束之后，需要基于常規(guī)的光面爆破工作方法，對(duì)其進(jìn)行連線處理。

圖3 輔助眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3.5 爆破

聚能水壓光面爆破必須要保證爆破工作的安全性和穩(wěn)定性。在此次爆破工作過(guò)程中，在爆破管設(shè)置出孔內(nèi)延期微差、孔外簇聯(lián)的起爆方式，有效地保證了爆破工作效果和安全性。在正式開(kāi)始爆破工作之前，需要對(duì)以下幾個(gè)方面問(wèn)題加以重視：首先，引爆雷管的連接線采用的是并聯(lián)方式，需要有效保證導(dǎo)爆索之間的連接效果，避免產(chǎn)生松動(dòng)；其次，連接工作結(jié)束之后，需要專業(yè)人員對(duì)其安全性能進(jìn)行全面檢查，保證起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置符合有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，相關(guān)施工人員需要根據(jù)特定的爆破工作步驟，對(duì)整個(gè)爆破工作進(jìn)行有效控制[5]。

3.6 隧道出渣

在該項(xiàng)目中，應(yīng)用聚能水壓光面爆破技術(shù)后，由于爆破產(chǎn)生的水霧起到了良好的降塵效果，爆破后隧道掌子面的工作環(huán)境基本沒(méi)有受到影響，并且渣塊大小相對(duì)均勻，便于裝車。所以，現(xiàn)場(chǎng)工作人員在確認(rèn)無(wú)危石、啞炮危險(xiǎn)后，便開(kāi)始組織車輛裝車運(yùn)渣，出渣效率高。在出渣的過(guò)程中，隧道的初期支護(hù)施工也迅速跟進(jìn)，整個(gè)施工流程順利通暢，大大提高了整個(gè)隧道的施工效率。

4 聚能水壓光面爆破技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

聚能水壓光面爆破與常規(guī)爆破相比，除了上述相關(guān)技術(shù)方面的不同之外，還有如下幾種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

（1）可以最大限度地降低施工過(guò)程中對(duì)圍巖的擾動(dòng)和影響，爆破斷面光滑平整、巖面無(wú)裂縫，保障隧道掌子面施工安全。在該工程中，聚能水壓光面爆破之后，原巖基本沒(méi)有受到擾動(dòng)影響，損傷程度也十分細(xì)微，在經(jīng)過(guò)針對(duì)性加固處理后基本可以忽略不計(jì)，有效保證了隧道掌子面施工的安全性和穩(wěn)定性，也為之后加快施工進(jìn)度提供了堅(jiān)實(shí)保障。

（2）可以有效控制超挖和欠挖問(wèn)題，節(jié)約了隧道初期支戶噴射混凝土用量，有效降低隧道施工成本。該項(xiàng)目中應(yīng)用聚能光面水壓爆破超挖方量與相關(guān)技術(shù)人員依據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的如果利用常規(guī)爆破方式施工的超挖方量數(shù)據(jù)對(duì)比情況如表1所示。對(duì)比結(jié)果顯示，應(yīng)用聚能光面水壓爆破在控制超挖方面效果卓越。

表1 聚能光面水壓爆破與常規(guī)爆破超挖情況對(duì)比

（3）增大了隧道單炮進(jìn)尺，加快了施工循環(huán)時(shí)間，提高了工作效率。以該項(xiàng)目為例，經(jīng)由統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用聚能光面水壓爆破后，施工循環(huán)時(shí)間上加快了近20%，大大縮減了隧道工程的施工總工期，節(jié)約了人力、物力，提高了成本控制工作效果[6]。

（4）水袋在爆破過(guò)程中形成水霧，在隧道掌子面附近可有效降塵，減少洞內(nèi)通風(fēng)時(shí)間。在該工程中，應(yīng)用聚能光面水壓爆破后，爆破粉塵產(chǎn)生量十分有限，基本沒(méi)有對(duì)隧道掌子面的施工環(huán)境造成太大影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，在隧道掘進(jìn)工作過(guò)程中，聚能光面水壓爆破技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高整個(gè)爆破工作的效率和安全性，可以最大限度地減少爆破粉塵和噪聲的產(chǎn)生，降低對(duì)周邊區(qū)域環(huán)境的影響，能夠更好、更快地推動(dòng)施工進(jìn)程，節(jié)省施工成本，實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益，值得在隧道工程的爆破施工中進(jìn)行推廣應(yīng)用。