隧道掘进光面水压爆破技术(终稿)

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光面水压爆破炮眼分布图
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布喀木隧道横洞常规/水压爆破参数对比表
炮眼分 布
掏槽眼 辅助眼 周边眼 底板眼
炮眼 个数
13 52 41 9
炮眼深 度（m）
4 3.5 3.5 3.5
炮眼角度（°）
水平 垂直
单孔装药量 （kg） 2.4/2.0 1.4/1.2 0.6/0.5 1.8/1.6
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5、装药与起爆
装药作业 光面水压爆破在现场实际装填顺序根据炮眼作用不同分别为： 辅助眼：首先往炮眼最底部装填一袋水袋，必须把水袋捅到底， 随后装填药卷，药卷数量要比常规爆破少1卷，药卷必须与最底部水 袋靠紧，然后用PVC管量测炮眼还有多深，其深度的二分之一为装填 水袋的累计长度，例如剩余深度1.2米，二分之一为0.6米，那么往炮 眼装填3个水袋就可以了，如果计算出现3.5条以上的装填4条水袋， 小于3.5条的装填3袋，最后用炮泥边回填边捣固直至炮眼口。 掏槽眼：装药顺序与辅助眼装药顺序一致，只是在装药卷的数量 上比常规爆破少2卷。 周边眼：先在炮眼底部装入1条水袋，随后装入1卷药卷，然后间 隔60--70cm装入半节药卷，距炮眼口80cm停止装药，装入2条水袋2节 炮泥封口。 提示：装药过程中，使用PVC 管向炮眼内送药及水袋，PVC管头 部需用胶布包裹，防止送药过程中将水袋破坏。
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3、常规爆破装药结构
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二、光面水压爆破定义及原理
1、水压爆破定义 水压爆破是将炸药置于受约束的有限水域内，当炸药爆炸时，利用 水的能量传递性和不可压缩性，将压力均匀的作用于介质上，使介质达 到破碎的一种爆破技术。 2、水压爆破原理 水压爆破由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆 炸能量无损失的经过水传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十 分利于岩石破碎，此外还会产生“水楔”效应，更利于岩石破碎，水雾 作用有利于降尘和吸附有毒有害气体。特别提出的是，炮眼底部水袋水 击波反射作用加强应力波强度更有利于围岩破碎炮眼而不留炮根。
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3、光面水压爆破装药结构
（1）掏槽眼装药结构示意图
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（2）辅助眼装药结构示意图
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（3）周边眼装药结构示意图
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三、光面水压爆破施工工艺
1、光面水压爆破施 工工艺流程图
光面水压爆破工艺 流程与普通爆破基本 相同，不同之处在于 要事先加工好爆破所 需的炮泥及水袋，并 在装药时按照设计的 装药结构分次序装入 水袋、 炸药、水袋 后， 用炮泥堵塞。
炮泥制作及水袋加工 施工准备 爆破设计 钻孔台车就位 测画断面炮眼定位 钻 炮泥、水袋及火工品就位 逐孔检查装药情况 清 孔 孔 下 一 循 环
安装炸药水袋炮泥
连 起 排 险 出 线 爆 碴 排 烟
初期支护
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2、光面水压爆破设备
特 点
炮泥具有规格统一、质地 均匀、软硬适中、表面光滑 等特点，提高炮眼封堵质量， 减少明火产生。 炮泥制作速度快；提高了 劳动工作效率；制作炮泥方 便；操作简单。
小计装药量 （kg） 31.2/26.0 72.8/62.4 24.6/20.5 16.2/14.4
备注
53 90 90 90
90 90 90 90
炮眼共计115个，总耗药量:常规爆破144.8kg，光面水压爆破123.3kg。
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试验结论
经试验确定，布喀木隧道横洞光面水压爆破的
装药结构与常规爆破相比，掏槽眼每孔减少装药
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• 起爆作业
起爆网络采取孔内延期微差，孔外簇联的起爆方式， 各引爆雷管之间采取并联的方式，以保证起爆网络的可靠 性和准确性。联结时要注意：导爆索的连接方向和连接点 的牢固性；导爆管不能打结和拉细；引爆雷管用黑胶布紧 紧包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处，网络联好后， 要有专人负责检查，确认无误后，方准起爆。 起爆顺序：从掏槽眼开始，一层一层的向外辅助眼进 行，最后是周边眼、底板眼。 起爆前应按要求做好各项安全防护措施。
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使用光面水压爆破每延米所节省的费用
1、火工品节省的费用 布喀木隧道开挖断面面积为42.72m2。炸药的单价为14.8元， 每循环使用118个雷管，共计1865.49元。 隧道每开挖一米节省炸药： （144.8÷3.1-123.3÷3.3）×14.8=138.32元 隧道每开挖一米节省雷管： 1865.49 ÷3.1- 1865.49 ÷3.3=36.47元 合计开挖每延米节省火工品费用： 138.32+36.47=174.79元
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2、人工费节省的费用 每循环进尺提高0.2m，开挖断面42.72m2，每开挖一方开挖 班组工资为55元。 0.2 ×42.72 ×55÷3.3=142.4元 3、施工用电节省的费用 隧道开挖使用三台功率为132KW的空压机，每循环钻孔时 间为3.5小时；一台通风机功率为264KW，采用水压爆破前后的 通风时间分别为40分钟和10分钟，电费为1.2元/度，每开挖一 米节省费用： 132 ×3 ×3.5 ×1.2÷3.1- 132 ×3 ×3.5 ×1.2÷3.3+264 ×2/3 ×1.2÷3.1- 264 ×1/6 ×1.2÷3.3=84.6元 合计节省费用为174.79+142.4+84.6=401.79元
型号：KPS-60塑袋灌装封口机 生产效率：700只/小时
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水袋加工成品及存放
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3、炮泥的加工工艺
• 原材料
炮泥主要采用黏土、砂和水三种材料。黏土采用 干净的普通黏土，含水量控制在8%以下。最大颗粒不 超过10mm，不得有草根等杂物，大颗粒要人工破碎。 砂采用干净的细砂，最好使用河砂，含水量控制在3% 以下。黏土和砂掺杂小碎石块时，应过筛处理，不得 将石块投入料斗中，以防止小碎石卡叶片或成形器中 的转动螺旋发生故障；加工炮泥的前一天，应把已筛 好的泥（土）、砂和水按重量配比人工拌合好，这样 第二天制作成的炮泥比临时拌合的柔韧性更好。
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6、光面水压爆破设计实例
• 布喀木隧道横洞主要以片麻岩为主，围岩等级以Ⅱ级围岩 为主，施工采用全段面开挖，全断面为42.72m2，常规钻 爆采用垂直楔形掏槽，总的炮眼数量为115个，周边眼、 辅助眼设计深度为3.5m，掏槽眼设计深度为4m。 • 常规钻爆全断面每循环装药144.8Kg，炮眼无堵塞。采用 光面水压爆破的掏槽形式、炮眼布置、炮眼数量、炮眼深 度、起爆顺序、时间间隔等设计与隧道常规钻爆全部一样， 不同的是装药结构，炮眼中增加了水袋和炮泥。
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一、常规爆破原理及存在问题
1、常规爆破原理
炸药被起爆，则在药卷部位的周边围岩中传播爆轰波，一是沿炮眼 径向传播，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。 产生 的爆轰波对周围围岩进行挤压，使得周围围岩强行发生位移，实现爆破 围岩破碎的目的。
2、常规爆破存在问题
问题一：由于钻孔内充满了空气，击波部分能量因压缩空气而损失，击 波在炮眼周围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。 问题二：炸药爆炸时在炮眼周围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，膨胀气体很迅速从炮眼口冲出，极大的 消弱了膨胀气体进一步破碎岩石的作用，极容易留下炮根
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工程概况
• 中铁十七局集团承建的新建川藏铁路拉萨至林芝段站前工 程LLZQ-11标，线路长38.3公里，其中隧道4.5座，隧道长 度34.335公里，占线路长度的89.6%。
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为了加快隧道掘进速度，降低成本，提高施工质量， 增加效益，改善作业环境，保护施工人员身体健康等 多方面原因。 2016年3月16日在布喀木隧道横洞实施光面水压爆破。 布喀木横洞全长1695m，横洞与隧道小里程方向平面夹 角90°,单车道断面净空尺寸为5.0m×6.5m(宽×高)， 错车道断面净空尺寸为 7.5m×6.2m( 宽×高 ) 。横洞 HDK0+000-HDK1+410 段埋深大，可能发生轻微 - 中等程 度的岩爆，隧道Ⅱ级围岩1450m、Ⅲ级围岩170m、Ⅳ级 围岩 70m 、Ⅴ级围岩 5m 。轻微岩爆 1200m ，中等岩爆 210m。
光面水压爆破岩面
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2、经济指标分析
根据常规爆破和光面水压爆破的现场统计数据对比，
在相同的开挖断面尺寸、相同的炮眼布置、相同的钻 孔深度的条件下，光面水压爆破比常规爆破每循环多 进尺0.2m，每循环节省炸药21.5kg，爆破每立方岩石 节省炸药0.22kg，由于通风时间减少，爆渣集中，出 渣时间相应也减少，提高了施工进度。
0.4kg，辅助眼每孔减少装药0.2kg，周边眼每孔
减少装药0.1kg，底板眼每孔减少装药0.2kg，每
循环节省炸药21.5kg。
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四、实施效果分析 1、技术指标分析
布喀木隧道横洞使用光面水压爆破技术之前，常规爆破平均每循环掘
进3.1米。自2016年3月16日使用光面水压爆破技术至2016年5月1日， 共施工47天，已掘进了389米共计118循环，平均每日掘进8.28米，每 循环掘进约3.3米。与常规爆破相比，每循环提高进尺0.2米。 常规爆破的炮眼利用率为88%,光面水压爆破的利用率达到95%,单位耗
药量降低了20%，通风时间由过去的40分钟缩短为10分钟，由此可见
光面水压爆破在节省炸药、加快施工进度、缩短通风时间、改善洞内 施工环境等方面具有突出的优势。
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布喀木隧道横洞常规/水压爆破主要技术参数对比表
爆破类型 单位岩石炸 平均炮眼 药实际消耗 利用率 量（kg/m3） （%） 实际进尺 （m） 爆渣块度 （cm） 爆渣抛距 （m） 通风时间 （min）
常规/光面 水压爆破
1.09/0.87
88/95
3.1/3.3
90/50
27/21
40/10
减少 30min
数据比较
节省0.22kg 降低20%
提高8%
增加0.2m
减小44%
缩短22%
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施工效果图片对比
常规爆破渣堆
光面水压爆破渣堆
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Hale Waihona Puke Baidu
施工效果图片对比
常规爆破岩面
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• 炮泥制作 炮泥中三种成分的重量比例为： 黏土：砂：水=0.75:0.1:0.15 开机前，在料斗中加入已预拌合的泥砂料约20kg，然后 打开电源，在转动螺旋的推压下，泥料边向前输送边挤压 密实，最后在卧式螺旋输送成型器端头源源不断地挤压出 来，生产出来的炮泥按照20cm-30cm的长度切割。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，不 然会失水变硬，堵塞后影响降尘效果，如果放置时间较长， 可在加工好的炮泥外包裹塑料薄膜，或放置在阴凉处，用 湿土工布完全覆盖保存，制作好的炮泥以表面光滑、不断 裂，用手微捏一捏可以变形为宜。
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拉林铁路LLZQ-11标段 隧道掘进光面水压爆破技术
尊敬的各位领导： 尊敬的各位领导：
隧道掘进光面水压爆破技术是我集团公司近年来 大力推广的一种新技术，该项技术是结合隧道掘进光 面爆破和水压爆破两项技术应用于隧道掘进施工的新 技术，是一种创新技术，也是隧道施工将要发展的趋 势。
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4、水袋的加工工艺
• 原材料 水袋的原材料即水和塑料袋。 塑料袋材质为呢绒，水袋长200mm，直径为 35mm，袋厚约为0.8mm。
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• 水袋制作
机器开动之前，进行定量调节；打开机器后门，松开泵连 杆端头螺母，调节位移蝶形螺母即可通过调节泵连杆滑块左右 位置得到所需灌装容量。顺时针减少，反之增大。调整好后拧 紧端头螺母，以防松动移位，影响灌装容量，损坏调整杆。封 口机定量调节好之后，打开电源，指示灯亮，调节温控调节器 到适当封口温度由绿灯变为红灯时，即达到所调解封口温度 （初始温度应设定为130◦C为宜，再逐步调节升高。）在开始 灌注封口前，把主开关拨上，等机器运转两次，使计量泵内吸 满水，将空气排除后，把主开关拨下，塑料袋由人工用双手拇 指和食指夹住套在出水管口上，按启动开关，即完成自动灌注 和封口。
型号：PNJ-A炮泥机
炮泥生产效率：900个/小时
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炮泥加工成品及炮泥存放
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特 点
水袋具有规格统一、质 地均匀、自动灌水封口等 特点，提高了环境质量和 保护作业人员的身体健康， 减少粉尘和炸药等异味。 水袋制作速度快；提高 了劳动工作效率；制作水 袋方便；操作简单。