厚层黄土隧道聚能水压爆破施工技术

厚层黄土隧道聚能水压爆破施工技术

一、工程概况

该隧道处于陕北东南部黄土残塬区，上部覆盖厚层黄土，由于受到强烈侵蚀作用，黄土塬已破碎不堪，零星分布，地表沟壑纵横，冲沟发育，地质主要为冲积砂质新黄土，冲洪积砂质老黄土、黏质老黄土及砂类土；下部为水平层状砂岩、泥岩等，最大埋深310m。在施工过程中主要存在滑坡、高地应力、游离态有害气体、浅埋、断层等高风险，隧道结构穿越黄土、土石混合断面、水平岩层。施工难度大、安全风险高等诸多不利因素。

二、常规光面爆破技术

1、技术原理

常规光面爆破技术原理是炮眼中的炸药爆炸后，在岩石中传播应力波产生径向压应力和切向拉应力, 由于炮眼相邻互为“空眼”,所以在炮眼连线两侧产生应力集中度很高的拉应力,超过岩石抗拉强度,炮眼之间的岩体形成的初始裂缝要比其他方向厉害的多,除此之外,由于炸药爆炸生成的高压气体膨胀产生的静力作用促使初始裂缝进一步延伸扩大。

2、工艺流程

3、装药结构

常规（或普通、传统）隧道爆破采用连续装药，炮眼间距炮眼中仅装炸药而无回填堵塞，其装药结构如下图所示。

炮眼无回填堵塞装药结构

4、爆破参数

常规爆破设计参数表

周边眼深度3.5m，进尺2.8m，开挖断面面90.98m³，炸药单耗0.98kg/m³。

5、常规爆破存在的问题

1）炮眼间距为40-50cm，布眼过密、打眼过多、打眼作业时间占用时间过长。

2）由于炮孔内充满了空气，应力波部分能量因压缩空气而损失，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。

3）常常出现超挖，增加混凝土衬砌量提高施工成本，隧道爆破开挖出现亏损，超挖是致命的“罪魁祸首”。

4）常规爆破后有害气体浓度高，粉尘大。再加上斜井通风困难，放炮后通风时间需要30-40分钟，机械才能够到达掌子面进行出碴，对工序衔接造成了极大的影响。

三、水压光面爆破技术

1、技术原理

水压光面爆破原理为“往炮眼中一定位置注入一定量的水，并用专用的炮泥回填堵塞炮眼，利用在水中传播的冲击波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到围岩中几乎无损失，同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应，有利于岩石破碎，炮眼中的水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染，所以水压爆破成为名副其实“绿色爆破”。

2.工艺流程

3、装药结构

4、爆破参数

水压爆破设计参数表

周边眼深度3.5m，进尺3.0m，开挖断面面90.98m³，炸药单耗0.88kg/m³。

5、水袋制作

水袋采用KPS-60型水袋自动封装机加工而成。这种专门为水压爆破研制的封口机，结构简单，操作方便，每小时可制作约700个水袋。

具体操作：首先连接水管，并用扎圈锁紧为防进气；打开电源调节温度到220°左右，预热约十分钟；试运转从出水口排除气体；然后把塑料袋套在出水口上，一按电钮水即可冲入袋中，随之自动封口，水袋便加工成。

KPS-60型水袋自动封装机

水袋制作

6、炮泥制作

炮泥采用PNJ-A型炮泥机加工而成。这种专门为水压爆破研制的炮泥机，结构简单，操作方便，两个人每小时可制作约500根炮泥。

制作炮泥可就地取材，节约成本，按照土：砂：水=0.75:0.1:0.15的比例制作。制作好炮泥放置时间不宜太长，最好在使用前1～2小时制作好，炮泥应不软也不硬，软了捣固时容易挤压出炮眼口，硬了捣固时不易把炮泥捣固碎，堵塞不坚实。

PNJ-A型炮泥机

制作完成的炮泥

7、写实

通过对XX隧道掘进60m的技术应用，针对不同的地质条件、机械设备、气候条件等，采取现场写实记录的方法，对钻孔装药、出碴、排险、支护、喷浆等耗费时间，进行记录，形成写实记录结果。

根据现场写实记录的结果进行分析，单个循环进尺3.0m，作业时间平均为10小时12分钟，各工序平均作业时间如下：

1)钻孔、装药：3小时12分钟。

2)排险(排除拱部危石)：18分钟；

3)出碴：3小时24分钟；

4)打锚杆、挂网片等：1小时48分钟；

5）喷射砼：1小时30分钟。

水压爆破后效果图片

8、技术创新点

水压爆破与常规爆破相比，产生了较好的爆破效果，爆破后岩面平整，减少

了对周边围岩的扰动，保证安全；岩碴块度大小均匀，利于装碴；控制了超欠挖，减少了支护混凝土用量，降低了成本。具有显著的“三提高一保护”作用：提高炸药利用率，提高施工效率，提高经济效益，降低了粉尘等有害气体浓度，保护了作业人员安全和身体健康。

四、聚能水压光面爆破新技术

1、技术原理

聚能水压爆破原理：就是利用聚能爆破原理，在线性药型罩上爆炸产物产生聚能作用，爆炸产物的势能通过对称的药型罩转化成粒子射流动能，虽然PVC 塑料射流没有金属铜射流速度高、切割能力强，PVC射流足以在岩石上切割出裂缝，PVC聚能管还能多产生60%以上爆破气体，在炮孔内高压爆破气体准应力及气体气刃作用下，在聚能角中心线方向上的岩石被撑开、拉断，相邻炮孔切线上形成贯通缝隙。

2、工艺流程

3、装药结构

根据不同钻孔深度选择轴向连续装药，接着装聚能装药管，聚能管上部用水袋填塞，最后用20-40cm炮泥填塞捣密实。如下图所示：

聚能水压爆破装药结构图

4、钻爆参数

聚能水压爆破设计参数表

周边眼深度3.5m，进尺3.2m，开挖断面面90.98m³，炸药单耗0.79kg/m³。

5、聚能管

聚能管采取一种抗静电阻燃的特种塑料管，异形双槽聚能管。管长2m、2.5m、3m不等。聚能管为炮眼深度的70%,聚能管是由两个相似半壁管组成,管壁厚2mm,半壁管中央有一个凹进去的槽,叫做“聚能槽”。聚能管截面尺寸:聚能槽顶角70°,聚能槽顶部距离17.27mm,半壁管宽度24.18mm,两半壁管相扣成的聚能管宽度为28.35mm。为调节聚能槽对准开挖轮廓面,两半壁管可调聚能方向8°一10°。聚能管裝置中的炸药为施工现场通用炸药即乳化炸药。聚能管内部尺寸形成的截面就是炸药的截面。

聚能管截面尺寸

6、聚能管装置

聚能管装置中的传爆线和起爆雷管为施工现场通用的起爆器材，起爆雷管段别与常规光面爆破相同。往半壁管注药是组裝聚能管装置主要工艺。为往半壁管中注药需要空压机和注药枪等两种设备。注药枪长45cm，重0.8kg。小型空压机功率800W，重23kg。