水压爆破技术在泥质砂岩特长隧道开挖中的应用

曹 宗 军

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610016)

1 概 述

四面山特长隧道进洞口位于重庆市江津区柏林镇沙河村境内，隧址区属剥蚀中低山地貌区。隧址区处于石龙峡背斜西翼，为单斜构造，未见次级褶曲和断层，构造简单。四面山隧道为分离式和一般小净距组合式隧道，左洞长4 880 m，右洞长4 875.35 m。隧道穿越地层为砂岩、泥岩互层，围岩差，主要为Ⅳ级和Ⅴ级围岩，采取双洞双向掘进施工。隧道拱高7.05 m，上半圆半径为5.45 m的三心圆曲边墙结构，净空面积(含仰拱)64.28 m2，周长(含仰拱)31.17 m。四面山进出口各布置6台、22 m3/min电动空压机，各安装2台110 kW×2型轴流风机通过φ1.6 m双抗软风管(阻燃、抗静电)将新鲜空气送至洞内，分别配置2台630 kVA和2台800 kVA变压器。

四面山特长隧道由于隧道洞深长，使用常规爆破法爆破产生的烟尘较大，通风排烟效果差，排烟持续时间长，隧道能见度低，导致爆破开挖过程中施工循环时间长，进而制约了隧道的施工工效。隧道内的车辆穿行存在着极大的安全隐患，亦极大地影响施工环境及作业人员的身心健康，鉴于此，项目部研究并最终采用了水压爆破技术。

2 水压爆破技术原理

采用手风钻钻孔，楔形掏槽，周边孔间隔装药光面爆破，在传统的爆破参数上改变了爆破孔装药结构，在崩落孔孔底塞一节水袋，在传统装药数量的基础上减少了一节药卷，孔口塞入2节水卷。通过爆破产生的气体切割岩石，同时爆破气体挤压水卷形成水楔，形成孔内二次抨击，利用水这种稳定介质进一步切割破碎岩石达到爆破效果。同时，爆破产生的水雾在岩石表面形成水膜覆盖、粘结爆破粉尘在岩石上，进而达到降尘的效果。

在不影响工序时间、不改变爆破孔参数的前提下，通过在爆破孔内不同部位填塞爆破水卷、改变孔内一定的装药结构，利用爆破压力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水传递到炮眼围岩中几乎无损失，十分有利于岩石破碎。同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应通过炸药爆破挤压使爆破孔内的水形成二次抨击，有利于岩石进一步破碎，进而达到降低炸药单耗的效果。

同时，通过爆破产生水雾、水膜包裹岩石从源头上控制了爆破产生的烟尘，大大降低了粉尘对环境的污染。

该项技术不延长工序时间，降低炸药单耗约0.1 kg/m3，所缩短的通风时间较传统通风时间减少了一半。

爆破水袋的基本情况：

用于水压爆破的挤压式自动封口圆条形水袋构造见图1、2。

(1)袋口收缩囊；

(2)袋口水泡鼓包；

(3)袋口反压进水口；

(4)圆条形储水袋。

图1 水压爆破的挤压式自动封口水袋构造图

图2 用于水压爆破用的挤压式自动封口圆条形水袋

工作原理：节能环保隧道水压爆破技术是按一定的爆破装药结构向爆破孔内塞入条形水袋(水卷)以提高爆破效率及排烟降尘作用。该爆破水袋设计的要点是需将孔口进行内反包以通过在水袋袋口位置设置两个收窄口，在水袋充水过程中将水反向挤压至孔口反包层中，水袋充水越多，压力越大，孔口反包层内挤入的水越多，袋口通过挤压收缩更紧，从而达到水袋储水和自动封口的效果。采用该自动挤压式封口水袋省去了水袋封口机及人工封口工序，大大提高了爆破水袋(水卷)的生产效率。

常规的人工装水袋后需要进行机械封口，但封口后的水袋内必然存在一定、未能充满的空间进而导致爆破水袋不够饱满、圆润，影响使用效果，而通过采用挤压式封口水袋，充水越多、水压越大，水袋越饱满、封口越紧致，更有利于塞入圆形的爆破孔中，装填更加容易。

3 水压爆破技术的应用

该项技术已经应用于重庆江习高速工程四面山特长隧道，图3、4为隧道现场爆破效果。该项技术经过近一年时间的使用，对隧道施工爆破烟尘的排放、环境质量的改观、缩短施工工序等起到了重要作用，取得了较好的效果。

图3 用于隧道的爆破水卷

注：此为Ⅴ类围岩呈成层状分布且节理较发育图4 水压爆破现场效果图

4 水压爆破与常规爆破效果之比较

4.1 能见度及排烟时间比较(表1、2)

通过将常规爆破与承压爆破降尘及通风时间进行对比(表1、2)，分析并得知水压爆破具有显著的降烟及降尘效果。

4.2 经济比较分析(表3)

(1)使用水压爆破技术每延米节省的费用。

①火工品节省的费用(炸药/雷管)；②人工费节省的费用；③节约的电费(通风风机)。

(2)使用水压爆破技术每延米需另外支出的费用。

①制作炮泥、水袋的人工费；②水袋费用；③制作炮泥的土砂费用；④电费(设备)。

由表3中的合计2-合计1=52 891 257-6 186 067=6 705 190(元)=670.52(万元)

由表3之比较得知，水压爆破节约费用达670.52万元，经济效益显著。

表1 常规爆破与水压爆破效果比较分析表

表2 常规爆破与水压爆破参数分析表

表3 常规爆破与水压爆破经济分析比较表

5 结 语

采用水压爆破技术后，隧道施工的环境质量明显变好，岩石块度变小，通风时间缩短，炸药单耗变小，极大地提高了施工效率，降低了施工成本，对特长隧道爆破施工降尘积累了大量经验及试验数据，为后续同类型工程施工及技术研究提供了参考性模板。

参考文献：

[1] 公路工程技术标准，JTG B01-2014[S].

[2] 公路工程施工安全技术规范，JTGF9—2015[S].