隧道水壓光面爆破工藝分析

呂 利,申鐵軍

（1.山西路橋橋隧工程有限公司,山西 朔州 036000; 2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030037）

0 引言

項(xiàng)目設(shè)計(jì)路線(xiàn)沿構(gòu)造剝蝕中山布設(shè)，人類(lèi)工程活動(dòng)相對(duì)較弱，大部分斜坡自然條件下處于較穩(wěn)定狀態(tài)，無(wú)不良地質(zhì)作用發(fā)育。但由于溝谷發(fā)育，地形切割劇烈，起伏變化大，在施工過(guò)程中，受擾動(dòng)極易誘發(fā)崩塌、沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑塌等不良地質(zhì)作用。受區(qū)域構(gòu)造控制，項(xiàng)目區(qū)構(gòu)造格局主要是由燕山運(yùn)動(dòng)形成，構(gòu)造形跡以褶曲為主，其主體走向表現(xiàn)為北東東向，伴生了一系列斷層。其主體走向表現(xiàn)為北西、北東、近南北向。依據(jù)該次勘察成果，項(xiàng)目?jī)?nèi)共發(fā)現(xiàn)斷層8 條，大多數(shù)斷層明顯控制了地貌形態(tài)，對(duì)部分橋梁、隧道、路塹工程有影響。

1 常規(guī)光面爆破方案設(shè)計(jì)

（1）隧道底寬12.43 m、頂高7.41 m，斷面周長(zhǎng)46.56 m，斷面面積76.35 m2。常規(guī)光面爆破參數(shù)的選擇主要來(lái)自于理論計(jì)算以及隧道現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)踐，水壓光面爆破的孔網(wǎng)參數(shù)主要來(lái)自于數(shù)值模擬確定的光面爆破參數(shù)。

（2）常規(guī)光面爆破的周邊孔孔數(shù)為35個(gè)（拱頂15個(gè)，左幫與右?guī)透?0 個(gè)），掏槽孔數(shù)量為16 個(gè)，輔助孔36 個(gè)，內(nèi)圈孔30 個(gè)，底板孔8 個(gè)，共計(jì)炮孔總數(shù)125 個(gè)[1]。炮孔的深度及炮孔間距詳見(jiàn)表1。

表1 常規(guī)隧道掘進(jìn)爆破參數(shù)

常規(guī)光面爆破裝藥量如表2 所示，可知常規(guī)光面爆破周邊孔裝藥總量42 kg，單孔裝藥量為1.2 kg；掏槽孔的總藥量為38.4 kg，輔助孔的裝藥量為64.8 kg，內(nèi)圈孔和底板孔的裝藥量分別為54 kg、16.8 kg。

表2 常規(guī)隧道掘進(jìn)爆破裝藥量

2 水壓光面爆破方案設(shè)計(jì)

水壓光面爆破的孔網(wǎng)參數(shù)選擇主要來(lái)自于數(shù)值模擬研究，選擇的裝藥不耦合系數(shù)為1.3，線(xiàn)裝藥密度為300 g/m，炮孔間距為80 cm[2]，相比于常規(guī)光面爆破參數(shù)，炮孔孔距拉大了30 cm。光爆層厚度為70 cm，相對(duì)于常規(guī)光面爆破增大了10 cm[3]。水壓光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖2 所示。在同一斷面上同時(shí)使用常規(guī)光面爆破參數(shù)和水壓光面爆破參數(shù)，盡量排除其他地質(zhì)因素。水壓光面爆破的周邊孔孔數(shù)為24 個(gè)（拱頂10 個(gè)，左幫與右?guī)透? 個(gè)），掏槽孔數(shù)量為16 個(gè)，輔助孔36 個(gè)，內(nèi)圈孔30 個(gè)，底板孔8 個(gè)，共計(jì)炮孔總數(shù)114 個(gè)?，F(xiàn)場(chǎng)爆破孔網(wǎng)參數(shù)如表3 所示，炮孔的深度及炮孔間距詳見(jiàn)表3。

表3 水壓爆破爆破參數(shù)

水壓爆破裝藥量如表4 所示，可知水壓光面爆破周邊孔裝藥總量21.6 kg，單孔裝藥量為0.9 kg；掏槽孔的總藥量為33.6 kg，輔助孔的裝藥量為54 kg，內(nèi)圈孔和底板孔的裝藥量分別為45 kg、14.4 kg。

表4 水壓爆破裝藥量

3 水壓光面爆破施工

3.1 水壓光面爆破施工步驟

相比于常規(guī)光面爆破，水壓爆破在工藝流程上的需要在裝藥之前加工炮泥和水袋，首先在孔底放置兩個(gè)藥卷，然后依次放置水袋和炸藥，在水袋和炸藥放置完成后使用炮泥進(jìn)行封堵，用木棍搗實(shí)。

3.2 水壓光面爆破技術(shù)要點(diǎn)

水壓爆破的主要關(guān)鍵點(diǎn)是水袋的制作與炮孔的有效封堵。水袋是由聚乙烯塑料制成，通過(guò)KPS-60 型水袋自動(dòng)封裝機(jī)生產(chǎn)，水袋厚0.8 mm 左右，炮眼直徑為40 mm。

4 工程實(shí)例與經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)分析

炮孔間距對(duì)于被爆圍巖是否崩落影響巨大：炮孔孔距過(guò)大，不能崩落圍巖，進(jìn)行二次爆破會(huì)嚴(yán)重影響施工進(jìn)度；孔距過(guò)小，增加鉆眼工作量，相應(yīng)的炸藥量增加，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

（1）常規(guī)光面爆破與水壓光面爆破在爆破耗材方面作比較，可以發(fā)現(xiàn)在周邊孔孔數(shù)方面，常規(guī)光面爆破周邊孔孔數(shù)為35 個(gè)，水壓光面爆破孔數(shù)為24 個(gè)，對(duì)比減少了孔數(shù)11 個(gè)，下降比率可達(dá)31.43%；常規(guī)光面爆破全斷面孔數(shù)（包括掏槽孔、崩落孔以及周邊孔）為125 個(gè)，水壓光面爆破全斷面孔數(shù)為114 個(gè)，孔數(shù)的改變主要來(lái)源于光面爆破爆破參數(shù)所帶來(lái)的。在周邊孔裝藥量方面，常規(guī)光面爆破裝藥量為1.2 kg，水壓光面爆破裝藥量為0.9 kg，裝藥量降低了0.3 kg，下降比率為25%，對(duì)于周邊孔總裝藥量則下降了48.57%。對(duì)于全斷面一次爆破的總藥量，常規(guī)光面爆破的總藥量約為216 kg，水壓光面爆破全斷面總藥量為195.6 kg，減少了20.5 kg；在掘進(jìn)單耗方面，常規(guī)光面爆破的單耗為0.943 kg/m3，對(duì)于水壓光面爆破，單次掘進(jìn)單耗為0.732 kg/m3，下降比率為22.4%。具體如表5 所示。

表5 兩種爆破技術(shù)孔數(shù)及藥量變化

（2）經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)是評(píng)價(jià)常規(guī)光面與水壓光面爆破的主要指標(biāo)，主要表現(xiàn)在鉆孔的孔數(shù)以及火工品等的消耗方面，鉆孔的單價(jià)為14 元，乳化炸藥的單價(jià)為每千克12 元，電子雷管的單價(jià)為18 元，由于水袋的單價(jià)極低可以忽略不記，常規(guī)光面爆破鉆孔費(fèi)用為1 960 元，水壓光面爆破的鉆孔費(fèi)用為1 344 元，成本節(jié)約了616 元。在乳化炸藥的消耗方面，常規(guī)光面爆破乳化炸藥的消耗量為42 kg，水壓光面爆破消耗量為21.6 kg，按照乳化炸藥每千克12 元，可知水壓光面爆破在炸藥方面成本每延米節(jié)約了244.8 元。在電子雷管的消耗方面，常規(guī)光面爆破中使用了35 個(gè)電子雷管，水壓光面爆破使用了24 個(gè)電子雷管，折合每個(gè)電子雷管18 元，可得水壓光面爆破在電子雷管的損耗方面成本降低了198 元。常規(guī)光面爆破未使用導(dǎo)爆索，水壓光面爆破時(shí)使用了導(dǎo)爆索57.6m，按照市場(chǎng)價(jià)格，即每米導(dǎo)爆索4.5 元，計(jì)算可得水壓光面爆消耗導(dǎo)爆索的成本為259.2 元。常規(guī)光面爆破總價(jià)為3 094元，水壓光面爆破的總價(jià)為2 294.4 元，總計(jì)成本節(jié)約了799.6 元，具體如表6 所示。

表6 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)表

由表6 可知，水壓光面爆破具有明顯的節(jié)約成本優(yōu)勢(shì)，尤其是周邊孔減少超30%，全斷面炸藥節(jié)約10%。和常規(guī)光面爆破相比，雖然增加了水袋和導(dǎo)爆索的費(fèi)用，每個(gè)循環(huán)約600 元，但總體來(lái)說(shuō)，僅光爆炮孔爆破成本降低率為14.7%，折合每延長(zhǎng)米降低成本133.5 元，如考慮超挖減少出渣量、支護(hù)量，施工成本降低更多。

（3）隧道洞口建設(shè)。山西省陽(yáng)泉市盂縣某公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)隧道2 座，分別是對(duì)王只隧道、黃樹(shù)巖隧道，隧道口建設(shè)費(fèi)用34.97 萬(wàn)元。具體方案如下：

①對(duì)王只隧道口建設(shè)：對(duì)王只隧道擬搭設(shè)彩鋼房5間，空壓機(jī)棚1 個(gè)，占用1 133.33 m2，預(yù)算費(fèi)用17.96 萬(wàn)元。

場(chǎng)地采用10 cm 厚C15 固廢混凝土硬化，洞口采用20 cm 厚C15 固廢混凝土硬化，見(jiàn)表7。

表7 對(duì)王只隧道洞口場(chǎng)地臨建工程計(jì)劃表

②黃樹(shù)巖隧道口建設(shè)：黃樹(shù)巖隧道洞口擬搭設(shè)彩鋼房5 間，空壓機(jī)棚發(fā)電機(jī)棚各一個(gè)，占地1 666.67 m2，預(yù)算費(fèi)用17.01 萬(wàn)元。場(chǎng)地采用10 cm 厚C15 固廢混凝土硬化，洞口采用20 cm 厚C15 固廢混凝土硬化，見(jiàn)表8。

表8 黃樹(shù)巖隧道洞口場(chǎng)地臨建工程計(jì)劃表

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上述，常規(guī)光爆輪廓參差不齊，超欠挖現(xiàn)象較多，聚能水壓光爆在使用過(guò)程中對(duì)圍巖的擾動(dòng)較小，在巷道中有利于保障圍巖的穩(wěn)定，減少對(duì)圍巖的損傷。