铁路隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩段水压爆破施工工艺

铁路隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩段水压爆破施工工艺
中铁十局集团云桂铁路云南段站前施工四标项目经理部
1 工艺概况
隧道水压爆破是利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到炮眼围岩中几乎无损失，十分有利于岩石破碎。

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。

隧道水压爆破是将炮眼中一定位置注入一定量的水，然后用专门的炮泥机生产炮泥回填堵塞。

由于炮眼中有水，因水具有压缩性极小、变形能低、热能损失小等特性，在水中传播的水激波能够按照水的“液压”作用，较均匀的、几乎无损失地把能量传递到围岩中。

在水激波做功的同时，被爆炸气体冲击压缩的高压水挤入爆生裂隙中，形成“水楔”，这种“水楔”的尖劈作用加剧了裂隙的延伸和扩展，使破碎块度更均匀；同时，炮眼中的水在高温高压下被雾化，吸收了爆生气体中的粉尘，起到了雾化降尘的作用，大大降低了粉尘对环境的污染，改善了洞内空气质量。

2 工艺特点
隧道水压爆破施工有着显著的“三提高、两减少、一保护”的作用，主要表现在：提高循环进尺；提高光面爆破效果；提高炸药利用率；减少洞碴大块率；振动速度降低，减少对周边围岩扰动；粉尘含量降低，保护作业人员健康。

3 适用范围
适用于隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩段光面爆破施工。

4 主要引用标准
(1) 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）
(2) 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）
(3) 《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）
(4) 《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）
(5) 《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）
5 水压爆破施工方法
5.1 隧道水压爆破采用主要设备
图1 水袋加工机
图2 炮泥加工机
图3 成品水袋
图4 成品炮泥
5.2 主要机具设备
5.2.1 机械设备表
设备名称单位数量设备名称单位数量气腿钻机台18 通风机台 4 装载机台 2 KPS-60水袋机台 1
挖机台 1 PNJ-A炮泥机台 1 出碴车台 4 皮卡车台 1 空压机台 6
5.3 水压爆破工艺流程
图5 水压光面爆破施工工艺流程图
5.4 炮泥加工具体施工步骤
炮泥采用PNJ-A型炮泥机制作而成，机器外型尺寸150×45×53（cm），结构简单，操作方便，两人每小时可制作炮泥400～500个。

制作炮泥就地取材、节约成本并调整好炮泥配合比，保证炮泥有一定的强度同时方便炮泥填塞过程易于捣
碎，便于孔口封堵密实。

经多次试验，确定以黏土为主炮泥，配合比为：土：砂：粉煤灰：水=100：6：7：15。

配料采用磅秤称重，混合料按照配合比人工拌匀，软化1～2小时后，装入炮泥机的进料仓，开动电钮开始生产，将其制作成直径32mm，长20cm～30cm 的炮泥节装箱。

如图6、图7所示；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，若放置时间较长采用塑料膜覆盖。

使用时采用皮卡车装箱运送至施工现场。

图6 炮泥加工示意图
图7 炮泥加工成品图
5.5.水袋制作
水袋是由KPS-60型水袋自动封装机生产而成，其工作原理：采用高压泵式容
积法计量方式进行灌装，由凸轮机构完成水袋自动热合封口。

水袋机的外型尺寸97×36×100cm，整机功率0.68KW，电源为交流220V，50HZ，一小时可以生产500～600个水袋。

具体操作：接通电源启动机器、预热封口机待温度上升后试封2-3次，达到密封效果后进行正常生产。

该封装机每次制作水袋3个直径32mm，长200mm 的水袋，充满后自动封口，而后将成品水袋装箱。

如图8所示。

图8 水袋加工示意图
5.6.台车就位和排险
上循环施工完成后，首先将开挖台车就位，而后人工清理松动危石，保证施工过程安全，如图9所示。

图9 台车就位及排险示意图
5.7 测量布眼及钻孔
用全站仪在掌子面上准确定出开挖轮廓线、周边眼及掏槽眼位置，利用轮廓线确定辅助眼位置。

钻孔分区定岗，严格按孔位进行施钻。

在测量的同时对前一个循环的爆破效果进行检查,分析检查结果,合理调整光爆参数。

5.8 安装炸药、水袋及炮泥
装药前采用PVC管通孔，确认孔深满足要求。

而后采用木杆按水压爆破装药结构进行装药。

周边眼采用间隔装药,眼底部分适当增加药量,导爆索连接；其它炮眼采用连续装药,全部采用反向起爆装药结构（如图10所示）。

装药按炮眼药量分配表3确定的装药量自上而下进行,雷管“对号入座”,装药后所有炮眼应堵塞炮泥,堵塞长度≮20 cm。

图10 装药结构示意图
5.9 起爆网络
起爆网络采用簇连法，俗称一把抓起爆法（如图所示）。

就是每个炮孔内装一发延期导爆管雷管，然后将导爆管连成一把后，用1发电雷管起爆。

连接好网络后，等待其他施工人员撤离到警戒线以外后，由爆破员用起爆器在安全避炮点起爆。

图11 起爆网络示意图
5.10 开挖质量检查，优化钻爆设计
响炮通风15min 左右进入爆区检查，重点对爆破超欠挖、爆堆形状的大小、炮孔痕迹保存率、飞石最大距离、实际进尺等情况进行记录，对爆破效果进行分析，动态调整爆破参数，不断优化钻爆设计。

5.11 隧道掘进水压爆破的钻爆设计
在隧道开挖施工中通过现场光爆（非水压）试验选定的各光爆参数如下: 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
2
导爆管－电雷管起爆网络之一
药量和装药结构也有所不同。

详见表2、表3、图12。

非水压爆破装药参数表2
水压爆破装药参数表3
图12 隧道爆破炮眼布置图
经过试验确定，隧道水压爆破的装药结构与常规爆破相比，扩槽眼、辅助眼和底板眼每孔减少装药0.2kg，内圈眼平均减少装药0.1kg；每循环总共节省炸药16.6kg。

详见表3水压爆破装药参数。

5.12 隧道掘进水压爆破的炮孔装药结构
（1）周边眼
采用空气间隔、不耦合装药，采用导爆索起爆，将导爆索插入空底药卷内，炸药均匀分布装入炮孔内。

为克服底部炮眼的阻力，一般将底部药量稍微加大。

在装药前先在炮眼孔底装入长约20cm的一节水带，并在装药结束后距孔口80cm 再装入2节水袋，再进行炮泥堵塞。

图13 周边眼装药结构示意图
（2）掏槽眼
掏槽眼采用斜眼掏槽，与开挖面间得夹角α=70°左右。

采用连续耦合装药，雷管埋入孔底药卷，聚能穴朝孔口方向。

在装药前先在炮眼孔底装入长约20cm 的一节水带，并在装药结束后再装入4节水袋，再进行炮泥堵塞。

图14 掏槽眼装药结构图
（3）扩槽眼、辅助眼、底边眼等
采用连续耦合装药，雷管埋入孔底药卷，聚能穴朝孔口方向。

在装药前先在炮眼孔底装入长约20cm的一节水带，并在装药结束后再装入3节水袋，再进行炮泥堵塞。

其结构如图。

图15 槽眼、辅助眼、底边眼装药结构图
9.效果评价
9.1.水压爆破粉尘监测
粉尘监测采用P-5L2C型便携式微电脑粉尘仪，在爆破后5分钟，距掌子面20米位置进行粉尘浓度的监测。

通过对连续5个循环常规爆破和5个循环水压爆破的监测，我们统计了下表
常规爆破和水压爆破对粉尘浓度的影响统计对比表表4
常规爆破粉尘含量为15.98mg/m3，水压爆破后粉尘含量为7.19mg/m3，比常规爆破粉尘浓度降低了55%，有明显的降尘效果。

9.2.爆破振动速率对比
常规爆破和水压爆破对爆破振动隧道速度的影响统计对比表表5
从这个表上可以看得出来，通过对振动速度的测定，使用隧道掘进水压爆破比常规爆破振动速度降低50%，效果十分明显。

9.3.隧道掘进常规/水压爆破效果对比
图16 隧道掘进常规/水压爆破主要技术参数对比柱状图
常规爆破的炮眼利用率为80.72%，而水压爆破的利用率达到了98.12%，单位耗药量降低了0.075kg/m3，爆破振动速度降低了50.5%，粉尘浓度下降了55％，通风排烟由过去35～45分钟缩短为15分钟以内。

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。

隧道掘进常规/水压爆破每立方经济指标对比表表7 单价爆破类型
常规爆破水压爆破差价（元）
项目
火工品13.881 12.306 1.575
人工费机械费18.075 16.376 1.699
电费0.268 0.092 0.176
炮泥、水袋费用0 0.587 -0.587
合计： 2.863
10 应用实例
老格山隧道Ⅲ级围岩使用水压爆破，效果极好，超欠挖得到有效控制，节省了大量的炸药，混凝土，以及机械费用。

创造了极佳的效益。

详见图17、图18。

图17 常规爆破效果图图18 水压爆破效果图。