水压控制爆破
隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法(2)
隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法一、前言隧道掘进是现代建设中重要的施工方式之一，为了提高掘进效率、降低施工成本并保证工程安全，隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法应运而生。
该工法通过水压及爆破能量的集中利用，使掘进面达到最大的爆破效果，从而实现快速、经济、安全的隧道掘进。
本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法具有以下几个特点：1. 爆破能量集中：利用水带压能和光面爆破原理，将掘进面上的爆破能量通过水系统传递，使其集中在掘进面的裂纹和弱面处，提高爆破效果。
2. 施工速度快：爆破作业周期短，掘进速度明显加快，提高施工效率。
3. 施工成本低：采用聚能水压光面爆破施工工法后，可以减少爆破药量和松土次数，降低施工成本。
4. 施工质量高：通过对爆破能量的控制，可以保证掘进面的平整度和光面度，提高隧道的质量。
三、适应范围隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法适用于以下场景：1. 地质条件较好的隧道掘进，如稳定的岩石层或硬土层。
2. 对施工时间要求较高且需要提高掘进速度的工程，如地铁隧道、高速公路隧道等。
3. 隧道长度较长，需要降低施工成本的工程。
四、工艺原理隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法的原理是通过合理控制爆破参数和水压参数，使水带产生高压水流，将其传递到掘进面并形成裂纹。
水压将爆破能量集中在掘进面上的裂纹和弱面处，达到最佳爆破效果。
实际应用中，需要进行坝水试验和岩石物理力学试验，根据试验结果调整爆破参数和水压参数，以获得良好的爆破效果。
五、施工工艺隧道掘进聚能水压光面爆破施工工法的施工工艺包括以下几个阶段：1. 工地布置：确定施工场地、设备安排，进行场地清理和平整，确保施工的基本条件。
2. 预处理工作：对掘进面进行洗刷、喷浆，以去除松散物和增强基岩的稳定性。
3. 水力钻孔：通过水力钻机对掘进面进行钻孔，形成爆破孔网。
水压爆破技术
水压爆破技术水压爆破技术是一种利用水压力来破坏岩石或混凝土的一种爆破方法。
它广泛应用于工程建设、矿业开采等领域。
下面将介绍水压爆破技术的原理、应用、优势以及注意事项。
水压爆破技术的原理是利用水的高压力对物体施加冲击力，当水压超过材料的抗压强度时，材料就会破裂。
通常采用高压水泵提供高压水，通过管道输送到炸药装置附近，再通过喷嘴将高压水喷射到岩石或混凝土上，从而实现破坏的效果。
水压爆破技术在隧道工程、桥梁拆除、水坝爆破、采矿等领域有广泛应用。
首先，它可以用来开凿隧道或挖掘井壁，因为高压水的冲击力能有效地破坏岩石，加快施工进度。
其次，水压爆破技术可以用于拆除桥梁、水坝等建筑物，因为相比于传统的爆破方法，水压爆破技术更加安全可靠。
再次，在采矿工程中，水压爆破技术可以用于开采矿石，提高开采效率。
相比于传统的爆破方法，水压爆破技术具有一些明显的优势。
首先，水压爆破技术无需使用爆炸药，所以不会产生有毒气体和噪音污染，对环境友好。
其次，水压爆破技术的操作相对简单，不需要专门的爆破工人，可以降低人力成本。
此外，它对土壤周围环境破坏小，不会引起地质灾害。
然而，水压爆破技术在使用过程中也有一些需要注意的事项。
首先，高压水的喷射速度和喷射方向需要精确控制，否则可能会引起误伤或造成不良后果。
其次，高压水泵的设备和管道要定期检查，确保其稳定工作，避免意外事故发生。
此外，需要在使用过程中合理控制水压力大小，过大的水压力可能造成设备或管道破裂，对操作人员安全造成威胁。
综上所述，水压爆破技术是一种高效、环保且安全可靠的爆破方法。
它在工程建设、矿业开采等领域有广泛应用，并且具有一些明显的优势。
然而，在使用水压爆破技术时，需要注意一些安全操作要点，以确保工作的顺利进行。
水压爆破及其应用
第七章水压爆破及其应用第一节概述在工程爆破中，自古以来都一直采用接触装药，即装药与药室（包括装药的炮眼、深孔和硐室等）壁之间紧密接触，不留空隙。
这种装药方式叫做耦合装药。
众所周知，炸药的爆炸过程是一个高速、高压和高温的能量释放过程。
采用这种装药方式时，炸药在爆炸瞬间，以高达几十万大气压的压力（这种压力大大超过任何一种岩石的极限抗压强度）以每秒几千米的速度在极短时间（以微秒计）内猛烈冲击岩石，岩石在这种超动载荷的作用下，靠近装药的那部分岩石会遭受到粉碎；而远离装药的岩石，由于应力波强度的迅速衰减和作用时间的不足，常常会产生超过允许尺寸的大块。
粉矿和大块在工程爆破中都有是不允许的。
同时，岩石在超动压的猛烈冲击下，常常会产生超爆或超挖，也就是说爆破的破碎范围超出了设计的范围，这样会破坏围岩和边坡的稳定性，造成不安全事故的隐患，增加了巷道和边坡的维护费用。
同时，由于超高压的猛烈冲击，作用时间短，所以能量利用率低，真正用于破碎岩石的能量，据估计，对抛掷爆破来说，一般不超过5~7%，对松动爆破来说也不过达到20%左右，剩余的大部分能量浪费了。
其中一部分造成爆破公害。
比如炸药在岩石中爆破时，当应力波传播超出破裂圈以后，它的强度已衰减到不能直接破坏岩石，而只能引起岩石质点作弹性振动，这种振动形成地震波，当地震波的强度达到一定值时，就会引出爆区周围建筑物的破坏。
同时，炸药爆炸时也会产生高压气体，这种高压气体往外膨胀，冲击压缩周围的空气，因此在空气中便会形成空气冲击波和噪声，这种空气冲击波和噪声达到一定强度时，也会引起周围建筑物的破坏和人员的伤亡。
此外，爆炸的高压气体往外膨胀时常会推动着已破碎的岩块飞掷而形成飞石。
飞石是爆破伤亡事故中占比例比较大的事故。
造成上述后果的主要原因是爆破过程没有得到有效的控制。
为了提高炸药在岩石中爆破时的能量利用率和抑制它的有害效应。
爆破工作者作了长期不懈的努力，取得了重大的进展。
近年来在抑制炸药爆炸的猛烈冲击作用方面提出的各种缓冲爆破技术就是这方面的成就之一。
水压水封抑尘爆破技术
水压水封爆破技术郑长立莱芜钢铁集团鲁南矿业公司上河采场开采矿石为鞍山式贫磁铁矿，其密度ρ=3490kg/m3，普氏坚硬系数f=8~12，属高密度坚硬难穿难爆矿石。
另外，上河采场属窄长条形状，平均宽度不足200m，中爆装药量受到严格控制，加之采场内矿岩结构构造复杂，不同区段、不同岩种的可爆性相差很大，造成中爆大块率较高，导致二次爆破量大幅度增加。
一、水压水封二次爆破二次破碎的常规方法是钻孔法，钻孔深度约为钻孔方向岩块厚度的1/2~2/3。
此方法劳动强度大，粉尘危害严重，生产效率低，成本高，爆破飞石波及范围大。
由于上河采场宽度小，时有爆破飞石波及采场周边苹果、葡萄园和蔬菜大棚等，经常造成农民索赔，甚至阻止爆破，严重影响了正常生产。
为了有效地控制二次爆破飞石距离及爆破粉尘，保护人身、设备及农作物安全，减轻劳动强度，提高劳动生产率，降低二次爆破成本，我根据水压爆破和水封爆破机理，探索实施水压水封二次爆破技术。
二、水压水封爆破机理水压水封爆破剖面图如下图所示：水压水封爆破剖面图爆破机理分析如下：（一）基本机理根据爆破作用机理，炸药在岩石中爆炸时，释放出来的能量是以冲击波和爆轰气体膨胀压力的方式作用在岩石上，造成岩石的破坏。
根据理论推导，对一般工业炸药，爆轰波波头压力可以近似地由下式表示，即P2 =ρo D2/4式中P2 ——爆轰压力，KPa ；ρo——炸药的初始密度，g/cm3 ;D——炸药的爆速，m/s 。
由公式可知，炸药的密度和爆速愈高，其猛度愈大。
综合考虑炸药性能和使用方便，选用2号岩石乳化炸药作为孔内装药。
这种炸药具有较好的防水性，适合于水压爆破。
其密度ρo =1.00~1.25g/cm3，爆速D≥3000m/s 。
由此计算爆轰压力为P2≥2250MPa 。
由于非支持性冲击波随传播距离增加将很快衰减，因此，采用不耦合装药将导致到达钻孔壁的冲击波波头压力降低。
但是，当不采用空气，而采用水作为不耦合介质，且不耦合系数较小时，冲击波波头压力就不会衰减太多。
隧道掘进水压爆破方案
装药与联线
将炸药按照设计要求装入钻孔，并进行可靠 的联线，确保起爆顺利进行。
起爆与监测
按照设定的起爆时间和方式进行起爆，并对 爆破效果进行实时监测。
隧道掘进水压爆破后的清理与维护
清理废墟
对爆破产生的废墟进行清理，确保隧道内无障碍物。
02
隧道掘进水压爆破方案设 计
隧道掘进水压爆破的原理
隧道掘进水压爆破是一种利用高压水射流破碎岩石，并通 过爆破产生的气体膨胀力将破碎岩体排除的施工方法。
该方法具有破碎效果好、施工效率高、对周围环境影响小 等优点，适用于硬岩、中硬岩和软岩等不同岩石条件的隧 道掘进。
隧道掘进水压爆破的原理基于水射流力学和爆炸力学的基 本原理，通过高压水射流的冲击力和爆炸产生的气体膨胀 力共同作用，实现对岩石的破碎和排除。
隧道掘进水压爆破的必要性
由于隧道穿越地层复杂，存在软弱夹层，采用常规爆破方 法可能对围岩稳定性造成影响，因此采用水压爆破技术以 提高隧道施工安全和质量。
XX隧道掘进水压爆破实施过程分析
01
02
03
爆破方案设计
根据工程地质勘察结果和 隧道设计要求，设计出合 理的炮眼布置、装药结构 和起爆网络。
爆破施工组织
检查隧道结构
对隧道结构进行检查，确保无安全隐患。
维护与保养
对隧道进行必要的维护和保养，保持其良好的使用状 态。
04
隧道掘进水压爆破效果评 估
隧道掘进水压爆破效果评估标准
爆破效果
评估隧道掘进水压爆破后岩石破碎程度、块 度分布以及抛掷距离等。
安全性
评估爆破过程中对周边环境、人员和设备的 安全影响。
聚能水压光面爆破施工工法
十一、工程实例例如，在某地铁隧道施工中，采用聚能水压光面爆破施工工法进行岩体分解和破碎。通过合理的施工参数调整和钢板位置调整，成功将坚硬的岩体破碎成小块，为后续的挖掘作业提供了便利。施工过程中，注意了各项安全措施，确保了施工人员的安全。
二、工法特点聚能水压光面爆破施工工法具有以下特点：1.高效快捷：施工速度快，能够迅速分解岩体，提高工程进度。2.破碎效果好：通过水压驱动钢板，能够将岩体分解成小块，便于后续挖掘。3.噪音低：相较于传统爆破方法，噪音低，对周边环境影响小。4.操作安全：施工过程中无需直接接触炸药，操作相对安全。5.适应性强：适用于各类岩体，包括坚硬和脆性岩石。
八、质量控制为了确保施工质量达到设计要求，聚能水压光面爆破施工工法需要进行质量控制。主要包括岩体分解程度、岩体破碎块的大小和形状、爆破产生的振动和噪音等方面的控制。通过合理调整施工参数和钢板的位置，可以有效控制岩体的分解和破碎效果。
九、安全措施在聚能水压光面爆破施工工法中，需要注意以下安全事项：1.施工现场应设置警示标识，限制非相关人员进入；2.操作人员应具备相关证书和丰富的施工经验；3.高压泵和千斤顶等设备应定期检修和维护，确保操作安全；4.施工过程中需佩戴合适的个人防护装备，特别是眼睛和耳朵保护；5.严禁在施工现场吸烟和使用明火。
综上所述，聚能水压光面爆破施工工法是一种高效、安全、环保的施工方法，适用于各类岩石开挖作业。通过合理的施工参数和技术措施，可以保证施工质量和安全。经济技术分析可以帮助评估和比较该工法与其他施工方法的优劣。
隧道掘进水压爆破推广模式经验介绍(图)
推广பைடு நூலகம்用的三步曲
试验阶段采用的是手工方法制作炮泥和 水袋，功效低，质量差，不利于推广。在大 河湾隧道推广试点采取了PNJ-1型炮泥机与 PSP-1型水袋封装机，利用机械设备代替手工 制作炮泥和水袋，功效得到了极大的提高， 对“隧道掘进水压爆破”这一新技术的推广 起到了良好的助推作用。这一阶段实现了由 技术向生产力成熟转变的质的飞跃。
隧道掘进水压爆破推广模式经验介绍
中铁十一局集团有限公司 周劲松
中铁十一局集团
各位领导、各位专家，大家好！
很高兴由我来向大家介绍中铁十一局集 团一公司推广“隧道掘进水压爆破” 的经验。
去年七月，全国著名的爆破专家何广沂 教授在承（德）～唐（山）高速公路五道岭 隧道工地，看到我们正有条不紊地实施隧道 掘进水压爆破的情景，看到我们取得的成效 他心情十分激动，如获至宝。他感慨地对我
中铁十一局集团
推广应用的三步曲
装药简单，就有些抵触情绪。我们就采取了 由项目部派人生产好炮泥和水袋，装箱送到 隧道掌子面，这样一来，爆破工都高高兴兴 地采用了我们制作炮泥和水袋，隧道掘进水 压爆破也就这样使用起来了。不用不知道， 一用不得了哇！没用时钻孔3.5米能进2.9到 3.0米，用后基本恒定在3.2米，每一循环多 进尺0.3米！通风时间缩短约10分钟，以前全
水袋
炸药
水袋
炮泥
水袋
炮泥
中铁十一局集团
推广应用的三步曲 上述三种不同装药结构的实际爆破效果见下表
中铁十一局集团
推广应用的三步曲
从表1中可以明显地看出，炮眼用水袋炮 泥回填堵塞的效果明显好于炮眼无回填堵塞， 炮眼底水袋与水袋炮泥回填堵塞，其爆破效 果又好于炮眼用水袋炮泥回填堵塞，第三种 装药结构最大的优点还表现在降尘和防岩爆 方面：由于炮眼最底部有水袋，可以比喻为 爆破后一刹那给爆堆“喷水”,炮眼底有水袋， 其“水楔”作用不但进一步破碎岩石
水压爆破试验的基本原理
水压爆破试验的基本原理
水压爆破试验是一种常见的岩石和混凝土强度测试方法，其基本原理如下：
1. 增加水压：在试验中，通过泵将水迅速注入试样内部，增加内部压力。
水压的增加将对试样施加压力，从而产生应力。
2. 检测水压变化：试验时，实时检测试样内部的水压变化情况。
在试样受力后，其内部水压将发生变化。
通过观察和记录水压的变化，可以推断试样的强度。
3. 强度测定：随着水压的增加，试样内部的强度将不断增加。
当试样达到其极限强度时，即试样无法再承受更高的水压时，试样将发生爆破。
通过记录试样在爆破前的最大水压，可以获得试样的强度参数。
总结：水压爆破试验的基本原理是通过增加水压对试样施加压力，观察和记录试样内部水压的变化，以确定试样的强度。
控制爆破
2.2爆破冲击波与爆破噪声 爆破冲击波是指爆破时引起的压缩型强扰动 空气传播。 冲击波在传播中逐渐衰减为声波，既爆破 噪声。 2.2.1爆破冲击波 • 研究意义： 冲击波具有较高的压力和速度， 可以造成人员伤亡和建构物破坏。爆破噪 声也会引起人体某些器官的损伤或某些系 统机能的紊乱。因此必须确定其值的大小 及安全距离，并采取相应安全措施。
①
② ③
④
爆破地震效应的特点 相对位置： 爆破上方的震动强度高于低处 最小抵抗线方向上震动强度最小，反向最 大，侧向居中。 建筑物类型： 低矮建筑的抗震性能比高大、 细长建筑物好；大跨度的建筑易被震坏。 地质地形条件：深沟、凹坑、河流、断层 和破碎带有明显的隔震与减震作用；岩石 越坚硬，抗震性能越好。 爆破类型：爆破地震得强调随着爆破作用 指数n的增大而增大。
地震烈度
是指地震宏观效应的区分，即地震时地面 受到的影响和破坏程度，是衡量一定区域 内地震强弱程度的尺度。 爆炸振动反应谱 单自由度体系（振动子）对于给定的地面 加速度考虑阻尼时的最大反应与系统的自 振频率的关系曲线
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
⑦
⑧
2.1.3降低爆破地震效应的措施 选取与岩石相匹配的炸药 采取不耦合装药 限制一次爆破最大一段的用药量 增加布药的分散性 改变爆破最小抵抗线方向 开挖防震沟，或预裂爆破 调整起爆顺序 微差爆破
3.1
3 城市拆除爆破
(二)定向倾倒 若钢筋混凝土框架结构仅有一个方向具备较为开 阔的场地时，无论单层或多层框架结构的拆除， 均可采用一侧“定向倾倒”的爆破方案。它要求 倒塌方向的水平距离不小于框架的高度，这种爆 破方案，钻爆工作量小，爆破拆除效率高。 (三)内向折叠坍塌 一般当框架四周均无较为开阔的场地时，欲缩小 框架的坍塌范围，可采用“内向折叠坍塌”的破 坏方式。这种方案，需将框架的内部钢筋混凝土 承重立柱充分破坏，外部承重立柱适当破坏形成 铰链，从而在重力转矩作用下使框架上部和侧向 构件向内折叠倒塌。它要求框架四周场地有1/31/4框架高度的水平距离，钻爆工作量大，爆破工 艺复杂。
隧道水压爆破施工工艺
1．隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩段水压爆破施工工艺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 机械设备表水压爆破主要设备表表1 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 65.3 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。
水压爆破
水压爆破水压爆破是将药包置于注满水的被爆容器中的设计位置上，以水作为传爆介质传播爆轰压力使容器破坏，且空气冲击波、飞石及噪声等均可有效控制的爆破方法。
根据水压爆破的装药和作用条件的不同水压爆破可分为两大类：一类为钻孔水压爆破，药包置于有水钻孔中进行爆破，由于介质抵抗线较大，应力波在待破坏介质中作用时间相对较长，应力波起主要作用；第二类水压爆破主要是由于壁体整体性运动引起介质破坏，如容器状构筑物或建筑物，由于待破坏介质的厚度尺寸较小，荷载作用时间长于应力波通过介质的时间，波在介质中传播已造成介质的整体性运动，因而可以不考虑应力波在介质内的传播，而直接考虑介质的整体性惯性运动。
1 圆柱状容器水中冲击波最大超压及作用时间影响因素1.1 自由面对测量波形的影响自由面的存在使冲击波超压减少，但同时使冲击波作用时间增长，这是由于反射冲击波和入射冲击波相互干扰作用的结果。
1.2 注水容器直径对测量波形的影响其它条件相同情况下，注水容器直径越小，测量冲击波最大超压越小。
由于液体容器直径变化，使沿径向约束性质发生变化。
在液体容器直径较小，装药量不变的情况下，侧壁受到单位面积冲量较大，使侧壁破碎严重，冲击波超压反射系数K减少。
1.3 装药位置装药位置变化影响到测点距离装药中心及测点距各镜像点的距离，从而影响到测点冲击波参数的变化。
1.4 装药量装药量对冲击波参数的影响不仅表现在使无限水域超压计算公式对比距离的变化，同时还表现在由于装药量的增加，使作用于侧壁单位面积冲量增加，以至于使侧壁的反射系数发生改变。
1.5 接触爆炸最大超压的计算装药量、注水半径、注水深度和装药深度不仅影响最大超压计算中的对比距离的变化，同时改变界面的约束情况，从而影响到最大超压的计算。
侧面反射系数不仅和材料的性质有关，并和侧面的受力情况及壁厚有关。
2 水压爆破衍生技术2.1 水桶爆破法将带有起爆雷管的药包放置在被爆物体的表面，在药包的上面设置事先制作好的“水桶”，并将水充满，然后引爆雷管进行爆破。
聚能水压爆破技术研究进展
聚能水压爆破技术是我国著名爆破专家何广沂教授提出的，是将传统线性聚能爆破和水压爆破的优点融合发展而成的。
1968-1979年，何广沂[1]研制了几种聚能药包，进行了多次穿孔试验，并将聚能爆破技术逐步应用于岩土工程中。
自1991年开始，何广沂等又在公路石方开挖中开展了大量的水压爆破现场试验，逐步形成了露天深孔水压爆破技术；1997年该技术通过了部级鉴定并获得了“国内外首创”的高度评价；基于该技术的成功应用，何广沂在1998年开始研究“隧道掘进水压爆破技术”，并于2002年通过了重庆市科委组织的专家鉴定；2016年研发出了聚能水压爆破技术，2018年出版的《隧道掘进聚能水压爆破新技术》也被鉴定为国际领先水平，书中对该技术作出了“三提高一保护”(提高炸药能量利用率、提高施工效率、提高经济效益和保护环境)的评价。
同时，经诸多学者和工程技术人员的研究证实，其具有节能(聚能水压作用节约了炸药)、减排(水起到雾化降尘作用)的优势，符合绿色施工要求，逐渐在路基、隧道、矿山、水利等工程中得到了应用。
本文综述了聚能水压爆破技术的理论研究和工程应用现状，指出了应用中存在的问题，并对后续研究提出了建议，以期为该技术的进一步推广应用提供参考。
1 聚能水压爆破机理研究进展1.1 聚能水压爆破研究现状1996年，陈士海等提出水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于裂纹的进一步扩展以及岩石的进一步破碎，理论计算结果表明，水压爆破裂纹的贯穿长度约为传统爆破的10倍。
2001年，江杰才等进一步优化了ABS聚能管，通过控制爆炸后应力波的传播方向，达到了聚能爆破的目的。
2003年，何满潮等[7]提出了双向聚能拉伸爆破新技术，并研发了相应的聚能装置。
2007年，韩国工程师JEONG等研究发现，水压预裂与普通预裂相比，水压爆破传能效率明显提升。
2009年，刘永胜等在空气介质耦合切缝药包装药结构的基础上，结合含水炮孔爆破技术成果提出了一种新的水耦合切缝药包装药结构，并利用射流理论对该装药结构作用下岩石的开裂机理进行了探讨；罗勇等通过理论计算和现场试验分析了水不耦合下的爆破压力和作用时长等参数，发现水压控制爆破可达到降尘、加快施工进度等效果。
隧道施工之水压爆破
隧 道施 工 之水 压 爆破
孙慧明杨帆
( 中园矿业大学建筑T程学院，江苏徐州 22 1 008)
E}商要] 常规 隧道 施工 爆破存在 着一 系列 问题，如能量利用低、飞石、震 动和 破坏 氧平 衡等。水压爆破一反常规，在安装炸药时放置一部 分水 来改 善常 规爆 破的 不足 。 睽涮阙】传 递效率；震动；因素影 响；计算
1水压爆破机理 常规爆破，爆轰波在药卷中传播。一是沿炮眼径向传播，在药卷 部位的周边围岩中传播，称为应力波，该应力波的强度不受炮眼堵塞与 否的影响：二是向沿炮眼方向传播，当在炮眼无回填堵塞部位传播，称 为击波，由于这个部位充满了空气，击波部分能量因压缩空气而损失， 击波在炮眼周边围岩中传播也称为应力波，所以应力波的强度因无回填 堵塞而降低，结果削弱了对围岩的破碎，这是炮眼无回填堵塞存在的问 题之一。存在的问题之二，炸药爆炸时在炮眼周边围岩中除产生应力波 作用之外，还有爆炸气体膨胀作用，由于无堵塞，即无阻挡，膨胀气体 很迅速从炮眼口冲出，极大地削弱了膨胀气体进一步破碎岩石的作用， 而 且冲 击波 过强 ，爆 破飞 石过 远。 水压爆破 是将炸药装置在受 约束的有限水域( 如充满水的 炮眼、 深孔、药室以及容器状构筑物或建筑物) 内，利用水作为传能介质来传 递炸药爆炸时所产生的能量和压力，以此来破碎周围介质的方法。水是 液体，流动性大，是波的良导体但水的可压缩性差，通常作为不可压缩 的介质对待。与空气相比，水的密度大可压缩性小，故炸药在水中爆炸 时，水本身消耗的变形能很少，爆炸能量的传递效率高。隧道掘进水压 爆破相对隧道爆破掘进炮眼无回填堵塞，一改常规，往炮眼中一定位置 注入一定量的水，并用专用设备加工成的炮泥回填堵塞炮眼。炮眼水压 爆破装药结构与炮 眼常规装药结构相比，在达到同样 爆破效果的前提 下，可少装炸药20％。与常规爆破相比大致相同，即 炮眼布置、炮眼 数量、炮眼深度、 起爆顺序及微差间隔时间等都不变 ，仅装药结构有 所改变，采用水袋、炸药和炮泥复合装药堵塞结构。采用水压爆破时， 由于炮眼中有水，在水中传播的击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地 经过水传递到炮眼周边围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩 石破 碎，t LL夕 I "还会 产生“水 楔”效应 ，更利于 岩于破碎 。 2装药结构 针对不同炸药类型、炸药量及岩性的变化，按照炮孔中药包与水 介质的相对位置不同，水压爆破装药结构大体分为以下四种 1) 径向水耦合爆破：是药包直径小于炮孔直径，其中充水耦合， 炸药 爆炸能 量均 衡地加 载Al J TL壁上 。 2) 炮孔药包间水间隔爆破：当上、下药包起爆时，药包对水柱中 的水 会产 生强 烈的 ；中 击压缩 ，此 时水 柱相 当于一 定密 闭的 高压 水室 。 3) 炮孔药包底部水间隔爆破：炮孔底部有水时宜采用此方法，底 部间隔段的水在炸药爆炸冲击作用下，变为密闭的高压水激波，完全作 用于孔底岩石，水的缓冲作用也降低了底部岩石的过度粉碎。 4) 炮孔上部水间隔爆破炮孔需堵 塞，变集中装药为柱状装药。 3装填方法 31炮眼充水 把水装入塑料袋中，然后把装满水 的塑料袋填至炮眼中的设计位 置 。塑 料袋 为常 用的 聚乙 烯塑 料制 成 ，袋 厚0Bmm， 直径 35mm，长 300mm。水袋 加工主要是塑 料袋装满水 后的封口， 目前采取人工 绑扎
水压爆破技术
隧道掘进水压爆破技术中铁十七局集团第一工程有限公司京福三分部隧道掘进水压爆破技术是我集团公司今年大力推广的一种新技术，该项技术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。
按照会议安排，现就水压爆破技术在我指挥部隧道施工中的应用情况，向各位领导和专家做一汇报，不妥之处，敬请批评指正。
一、概述1、工程概况北京至福州铁路客运专线闽赣Ⅶ标三分部（DK718+363～DK741+245）位于福建省南平市延平区巨口乡、宁德市古田县境内，线路全长22.882km。
主要工程量：隧道占正线总长度的86.8%，共19860m/3座，斜井2570m/3座。
桥梁占正线总长度的8.6%，共1966.4m/7座，大桥1344.9m/5座。
路基占正线总长度的4.6%，共1056m，涵洞4座。
站场1座。
截止2012年 6月中旬，我项目隧道已掘进1060m，剩余9256m。
尤其是古田隧道和高山岗隧道是全线的控制性工程，工期十分紧张，应用水压爆破技术可以提高工效，缓解工期压力；提高隧道掘进施工的劳动生产率，节省成本支出。
2、水压爆破技术的推广情况为全面推广水压爆破技术，局指挥部成立了“水压爆破领导小组”，制定了“以点带面”的推广模式，选定古田隧道里坑一号斜井及高山岗隧道后垄里斜井2个工点为试点。
经过一段时间的使用，水压爆破技术的“三提高、一保护”作用明显显现出来，最直观的感受就是降尘作用明显，洞内作业环境大大改善，工人的思想逐渐转变，从开始的完全抵触，逐步改变到目前主动要求使用的良好局面。
试点成功后，分部及时邀请被誉为“爆破大王”的何广沂教授，现场指导水压爆破，何教授指导后大家更是信心百倍，在其它工点也进行推广。
目前，我分部隧道还有9000多米准备全部使用水压爆破，水袋、炮泥以综合队为单位集中加工，工点领用，非常方便。
隧道掘进水压爆破施工工点统计一览表。
隧道掘进水压爆破施工工点统计表1二、水压爆破原理及工艺介绍水压爆破是由我国著名的爆破专家何广沂教授在上世纪九十年代提出来的，其爆破设计与传统的隧道光面爆破设计方案基本相同，只是在装药结构和炮孔堵塞上进行了适当的调整。
水压控制爆破药量计算公式
水压控制爆破药量计算公式
水压控制爆破药量的计算公式涉及到爆破设计中的一些基本参数，包括岩石的抗压强度、孔隙率、岩层的裂隙性质等。
一般来说，水压控制爆破药量的计算公式可以用如下方式表示：
Q = K A S / V.
其中，Q代表爆破药量，单位为kg/m³；K是岩石的抗压强度
系数；A是岩石的抗压强度；S是岩层的裂隙性质系数；V是岩层的
体积。
在实际应用中，这个公式可能还会根据具体的爆破设计参数进
行调整和修正，以确保爆破效果和安全性。
同时，水压控制爆破药
量的计算也需要考虑到爆破药的种类、爆破孔的布置方式、岩层的
地质构造等因素，因此在实际工程中可能会有更复杂的计算方法和
公式。
总的来说，水压控制爆破药量的计算公式是一个综合考虑了岩
石性质、爆破参数和工程实际情况的复杂公式，需要根据具体情况
进行精确计算和调整。
隧道掘进新技术—水压爆破施工
隧道掘进新技术—水压爆破施工发表时间：2016-12-05T11:09:29.903Z 来源：《基层建设》2016年24期8月下作者：崔春兰[导读] 目前通过“隧道掘进水压爆破技术”在隧道施工中的应用，从水压爆破的水压爆破与其他方式比较和水压爆破施工技术特点方面进行阐述。
中铁三局集团桥隧工程有限公司四川省成都市 610083随着铁路建设投资增加与技术发展，长大隧道在新建铁路线路中所占的比例亦逐渐增大，为保证长大隧道快速高效、安全、经济、实用、环保等施工，对隧道的爆破开挖也提出了更高的要求，水压爆破新技术，即炮眼底水袋及水袋与炮泥复合回填堵塞，提高了炸药能量利用率，不久实现了浅孔爆破的工艺技术创新，还有效地改善了爆破对环境的影响，已达到国际先进水平。
“隧道掘进水压爆破技术”即往炮眼里注水，利用水作为媒介，使爆炸能量无损传递。
同时，采用特制的“炮泥”堵塞炮眼，不但能有效抑制爆破膨胀气体冲出炮眼，而且还能降尘。
该技术已实际运用于隧道施工中，不仅提高了炸药能力利用率，改善了爆破效果，还降低了爆破噪音和振动效应，有效地保护了工作环境。
目前通过“隧道掘进水压爆破技术”在隧道施工中的应用，从水压爆破的水压爆破与其他方式比较和水压爆破施工技术特点方面进行阐述。
1 水压爆破与其他方式比较水压爆破在推广过程中，进行了炮眼无回填堵塞、炮眼炮泥回填堵塞、炮眼底水袋及炮泥回填堵塞、炮眼水袋与炮泥复合堵塞、炮眼底水袋及水袋与炮泥复合回填堵塞5种不同装药结构16个作业循环爆破效果对比。
5种装药结构的炮孔数量和钻孔参数均相同,5种形式爆破效果分述如下：1）炮眼无回填堵塞装药结构爆破。
每循环装药量为204.15kg，单位用药量0.95kg/m3，实际每循环平均爆破进尺为3.2m，炮眼利用率为84.2%。
2）炮眼用炮泥回填堵塞。
装药结构同无回填堵塞，孔口段全部用炮泥堵塞。
每循环装药量为199.75kg，单位用药量0.89kg/m3，实际每循环平均爆破进尺为3.32m，炮眼利用率87.72%，比炮眼无回填堵塞每立方节约炸药0.06kg，提高进尺4.1%，50cm以上的大石块降低了20%，爆堆距离缩短了3%。
水压爆破施工方案
目录一、编制依据 (2)二、编制原则 (2)三、工程概况 (2)四、工程水文地质 (3)4.1地形、地貌 (3)4.2地质构造 (3)4.3场地水文地质情况 (4)4.4不良地质、地下障碍物与特殊岩土 (4)五、施工工艺 (5)5.1爆破参数 (5)5.2炮孔布置图 (10)5.3炮眼内安装沙袋 (12)5.4炮泥的制作 (12)5.5工艺原理 (12)5.6水压爆破施工工艺流程图 (13)5.7施工要点 (16)六、施工安全措施 (17)6.1安全措施 (17)6.2现场爆炸物品安全管理措施 (18)一、编制依据✧杭州市紫之隧道（紫金港路-之江路）工程第Ⅱ标段施工协议；✧杭州市紫之隧道（紫金港路-之江路）工程第Ⅱ标段施工图设计；✧设计、施工过程中涉及的有关规范、规程；✧紫之隧道（紫金港路-之江路）工程Ⅰ标《岩土工程勘察报告》《公路隧道施工技术规范》JTJ042-94《爆破安全规程》GB6722-2023《民用爆炸物品安全管理条例》2023.9《爆破作业项目管理规定》GA991-2023《爆破作业单位资质条件和管理规定》GA990-2023《中华人民共和国安全生产法》✧国内相关工程的施工经验。
二、编制原则遵循招标文献、设计文献、施组、质量标准等规定，严格按照有关规定条款进行施工组织、运作，保证工程按照规定规定达标，即质量、安全、工期、文明施工、环境保护、工程成本等的最佳组合；强化内部管理、提高技能素质，依靠科技，精心施工，合理安排，严格按照项目法管理原则进行操作，实现工程成本与管理的最佳组合。
三、工程概况紫之隧道（紫金港路—之江路）工程南起之浦路，北至紫金港路，隧道南北端各设一对匝道，线路全长约14.4km，其中隧道全长约13.9km。
工程总体规模为双向六车道，为机动车专用车道。
本标段为杭州市紫之隧道（紫金港路—之江路）工程第Ⅱ标段施工，标段涵盖内容为：1#隧道部分区段（西线K1+530～K3+550、东线K1+570～K3+555）、南口匝道（西线K0+000～K0+733.574、东K0+000～K1+105.196）及匝道接线道路(K0+000～K0+495.213),重要内容为：隧道、道路、地下风机房、管理用房、防排水、管沟及路面、给排水（含消防）及附属工程的预埋结构等工程的施工及质量保修。
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i
0.05883
Q
3
Q R
kg.s / cm2
0.95
3
Q R
0.078
2.05
E
833
Q
3
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kgcm/ cm2
0.95
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水压爆破的基本原理
炸药在水中爆炸的瞬间，冲击波到达容器周壁时， 冲击波压力在几十MPa以上。在冲击波作用下，容器 壁开始向外位移变形。当周壁上的环向拉应力达到 材料的抗拉强度极限时，周壁产生裂纹，出现破裂。
梯恩梯装药水中爆炸
137kg TNT在水中爆炸，冲击波峰值压力随距离变化的情况： 爆炸近区，压力下降极快，远区，压力下降较缓慢。
水中冲击波正压作用时间随着距离加大而逐渐增加，但比同 距离用药量的空气冲击波的正压作用时间要小，前者约为后 者的1／100。
因为水中冲击波阵面速度与其尾部传播速度相差较小，例如 水中冲击波压力为P水＝500MPa时，冲击波速度V水=2040m/s
武中爆炸与空气中爆炸的不同 水中冲击波的压力比空气冲击波压力大得多； 水中冲击波的作用时间要比空气冲击波的作用时间小得多；
水中
1万MPa
80-130MPa
空气中
1万Mpa/100
l0ro
水中冲击波
高压爆炸气体生成物—气泡在周围水介质的作用 下膨胀和压缩，产生一次或多次脉动压力。冲击 波到达自由面后，在一定的水域内产生水冢效应。 试验表明，水下爆炸冲击波、气泡脉动压力是水 下非接触爆炸破坏容器类构筑物的二种主要载荷。
对普通炸药，此种深度为 h = 9 Q0.33
水中爆炸计算公式
容重为1.525g/cm3 的TNT在水中爆炸,水中冲击波 峰值压力P,比冲量I，水流能量密度E计算公式：
P
533
3
Q R
1.13
kg / cm2
1.57
3
Q R
0.078
0.89
接着周壁上又受到爆炸产生的高压气团膨胀引起的 水压力。将能量再次传递给建筑物的周壁，又一次 形成冲击性的加载，更加剧了周壁破坏。
具有残压的水流从容器壁裂缝中向外喷出，并带出 少量飞石四处飞散。
高压水传能特点
水做为传能介质，可压缩性小，传能效率高。 当压力为100Mpa时，水的密度变化5％，具有微压缩性,与
q
w
气泡到达水面
气泡到达水面时，气泡上升速度很快，这时气泡上方所有 的水都垂直向上喷射，从而形成一个高而窄的喷泉式水柱， 其高度和上升速度决定于装药的深度。
当装药在足够深的水中爆炸时，气泡到达自由表面以前就 被分散和溶解了，水面上没有喷泉出现．如果在很深的水 中爆炸，则在自由表面看不到上述的水中爆炸现象．
药包在无限水域下爆炸
药包在水中爆炸后首先产生冲击波，冲击波的压力波峰值以 指数的形式衰减。
水中初始冲击波压力比空气中的大得多。例如空气中初始冲 击波压力约为80～130MPa，而在水中初始冲击波压力则超 过1万MPa。
随着水中冲击波的传播，其波阵面压力和速度下降很快， 且波形不断拉宽。例如球形装药爆炸产生的冲击波，在离爆 炸中心1～1.5 ro时，其压力下降极快，而在约l0ro，(r0为装药 半径)处压力下降为初始压力的1/100。
武汉理工大学
气泡脉动现象
重250克的特屈儿在91.5m的深水爆炸，高速摄影机 拍摄到气泡半径随时间的变化关系
武汉理工大学
气泡脉动现象
在脉动过程中，由于水的浮力作用，气泡逐渐上 升。气泡膨胀时，上升缓慢，几乎原地不动，而 气泡受压缩时上升较快。爆炸产物所形成的气泡 一般均接近于球形。如果装药本身非球形，长与 宽之比在1～6范围之内，则离装药25ro的距离处 就接近于球形了。
称为水压控制爆破。
水压爆破拆除对象：容器类构筑物、旧 楼房和高耸建筑物
A--A
武汉理工大学
水介质为传能形式的爆破
以水介质传递爆炸能对介质破碎的基本爆破方法：
1
水压爆破
2
水孔爆破
3
水封爆破
4
水下爆破
水压控制爆破特点
1. 不需钻孔，节约了钻孔费用和钻孔时间； 2. 药包数量小，雷管用量少，爆破网络简单； 3. 水介质易获得，传能效率高，炸药用量少； 4. 飞石飞散距离小、爆破粉尘少、爆破噪音小； 5. 拆除速度快、爆破直接成本低； 6. 只能用于容器类构筑物； 7. 采用齐发爆破，爆破地震动大； 8. 容器体积大时，水患问题严重。
1.525m
15.6MPa
12.25m 15.25m
11.3MPa
149.5m
152.5m
当p=50~160MPa时潜艇将沉没，无装甲的舰艇将受到严重破 坏。 p=30~45MPa时潜艇将受到破坏。
冲击波到水面
如下图所示，当炸药在水下附近爆炸时，水中冲击波首先 到达水面，在水面上出现一个迅速扩大的暗灰色的水圈， 它的移动速度很大，约几十个毫秒后就会消失；冲击波在 自由表面发生反射，在稀疏波的作用下，表面处水的质点 进一步向上飞溅，形成一个特有的飞溅水冢(右下图)。
武汉理工大学
水压爆破的基本原理
炸药在水中爆炸的载荷形式： 冲击波作用载荷，峰压大，衰减快，作用时间短； 高压气团的膨胀压力及由它产生的高速水流。 两者大约占全部炸药爆炸能量的80％，其余大约20
％的能量则消耗于所产生的光能和热能之中，这些 能量的确切比例取决于炸药的品种和密度。
武汉理工大学
当压力下降到25MPa时， 水中冲击波阵面传播速度实际上已 接近于声速(P水约为1450—1500 m/s)，此时波头与波尾几乎以 同一速度传播(P气=5MPa时， V气=2230 m/s)。
137kg梯恩梯装药水中爆炸
P=240MPa
Q=137kgTNT R=10m P=24.5Mpa R=5m P=55.1Mpa
武汉理工大学
第七章水压控制爆破
资源与环境工程学院 房泽法
2009.12
武汉理工大学
1
水压控制爆破
概述
2
设计
3
施工
4
实例
1 概述
在容器状构筑物中注满水，起爆悬挂在
水中一定位置的药包，利用水作为中间
A
A
介质，传递爆破压力，达到破坏构筑物，
并使爆破中产生的振动、飞石和噪音等
有害效应都得到有效控制的施工方法，