隧道掘進(jìn)水壓爆破方案

隧道掘進(jìn)水壓爆破技術(shù)

在施工中的應(yīng)用中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司前言

我匯報的題目是“大力推廣節(jié)能環(huán)保隧道掘進(jìn)水壓爆破”。

隧道掘進(jìn)水壓爆破技術(shù)是我集團(tuán)公司今年大力推廣的一種新技術(shù)，該項技術(shù)是我國隧道掘進(jìn)技術(shù)從“濕法”鉆孔代替“干法”鉆孔、從非電起爆代替火爆和電爆以來的第三個質(zhì)的飛躍和變化。1概述1、工程概況十天高速公路西秦嶺隧道十堰端位于隴南市徽縣大河店鄉(xiāng)麻郭臺村，由中鐵十七局集團(tuán)一公司承建的西秦嶺隧道十堰端右線起訖里程為YK549+664～YK552+294，施工段落長2630m﹙含6m明洞﹚；左線起訖里程為ZK549+656～ZK552+297，施工段落長2641m。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：隧道凈寬10.25m,凈高5.0m，緊急停車帶凈寬13.0m，凈高5.0m。左右線洞門均采用端墻式洞門。圍巖級別主要有Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級圍巖級，其中Ⅲ級圍巖共長1480米，Ⅳ級圍巖共長2640米，V級圍巖共長1151米。截止2013年3月中旬，我項目隧道剛剛開始進(jìn)行右洞邊仰坡防護(hù)，我標(biāo)段西秦嶺隧道是全線的控制性工程，工期十分緊張，應(yīng)用水壓爆破技術(shù)可以提高工效，緩解工期壓力；提高隧道掘進(jìn)施工的勞動生產(chǎn)率，節(jié)省成本支出。1水壓爆破原理及工藝介紹

水壓爆破是由我國著名的爆破專家何廣沂教授在上世紀(jì)九十年代提出來的，其爆破設(shè)計與傳統(tǒng)的隧道光面爆破設(shè)計方案基本相同，只是在裝藥結(jié)構(gòu)和炮孔堵塞上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。原理為“往炮眼中一定位置注入一定量的水，并用專用的‘炮泥’回填堵塞炮眼”，利用在水中傳播的沖擊波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經(jīng)過水傳遞到圍巖中幾乎無損失，同時，水在爆炸氣體膨脹作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng)，有利于巖石破碎，炮眼中的水可以起到霧化降塵作用，大大降低粉塵對環(huán)境的污染。2水壓爆破原理及工藝介紹1、水壓爆破定義及原理

水壓爆破定義

所謂“隧道掘進(jìn)水壓爆破”，其定義為往炮眼中一定位置注入一定量的水，最后用專用設(shè)備加工成的炮泥回填堵塞炮眼。裝藥結(jié)構(gòu)

隧道掘進(jìn)水壓爆破在掏槽形式、炮眼布置、數(shù)量、深度、起爆順序和時間間隔等方面與隧道常規(guī)爆破一模一樣，所不同的是在炮眼裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)方面有所不同。2水壓爆破原理及工藝介紹常規(guī)隧道爆破炮眼中僅裝炸藥而無回填堵塞，其裝藥結(jié)構(gòu)如下圖所示。

隧道掘進(jìn)水壓爆破，首先往炮眼最底部裝入水袋，隨之裝藥卷，再裝水袋，最后用炮泥回填堵塞，其裝藥結(jié)構(gòu)見下圖。

技術(shù)原理

工程爆破中爆破巖石應(yīng)用最多范圍最廣的是露天與地下爆破兩大類。露天爆破主要分淺眼與深眼爆破。地下爆破主要是采取淺眼進(jìn)行隧道（洞）、巷道和庫房開挖爆破。一言以蔽之，工程爆破主要采取炮眼法爆破，當(dāng)前國內(nèi)外對露天爆破的炮眼均采取用土或巖屑堵塞炮眼，而對于地下爆破，除煤礦地下爆破為防瓦斯意外爆炸外，均采取無回填堵塞，存在爆破不能充分利用炸藥能量，污染環(huán)境兩大問題。2水壓爆破原理及工藝介紹技術(shù)原理水壓爆破由于炮眼中有水，在水中傳播的沖擊波對水不可壓縮，爆炸能量無損失地經(jīng)過水傳遞到炮眼圍巖中，這種無能量損失的應(yīng)力波十分有利于巖石破碎，此外還會產(chǎn)生“水楔”效應(yīng)，更利于巖石破碎，水霧作用有利于降塵和吸附有害有毒氣體。要特別提出的是，炮眼底部水袋水擊波反射作用加強應(yīng)力波強度更有利于圍巖破碎炮眼而不留炮根?？偠灾?，由于炮眼中有水，并用炮泥回填堵塞，能充分利用炸藥能量，而且又大大降低粉塵對環(huán)境的污染。2水壓爆破原理及工藝介紹

技術(shù)原理從應(yīng)變時程曲線和同一測點應(yīng)變峰值對比可知，在同是炮眼底部，炮眼水壓爆破要比炮眼用土回填的切向拉應(yīng)力增大13%，同是炮眼中部和上部，炮眼水壓爆破要比炮眼用土回填堵塞的切向拉應(yīng)力分別增大7%和34%。這一測定結(jié)果證明了炮眼水壓爆破確實要比炮眼用土回填能提高炸藥能量利用率，要比炮眼無回填堵塞更能提高炸藥能量利用率，因為壓縮炮眼無回填中的空氣要比壓縮炮眼中的土更消耗炸藥能量。2水壓爆破原理及工藝介紹2水壓爆破原理及工藝介紹水壓爆破工藝流程與普通爆破基本相同，不同之處在于要事先加工好爆破所需的炮泥及水袋，并在裝藥時按照設(shè)計的裝藥結(jié)構(gòu)分次序裝入水袋、炸藥、水袋后，用炮泥堵塞。炮泥制作及水袋加工清孔安裝炸藥水袋炮泥鉆孔炮泥水袋及火工品就位連線測畫斷面炮眼定位起爆施工準(zhǔn)備出碴鉆孔臺車就位逐孔檢查裝藥情況排險下一循環(huán)初期支護(hù)2、水壓爆破工藝流程2水壓爆破原理及工藝介紹3、水壓爆破設(shè)備特點炮泥具有規(guī)格統(tǒng)一、質(zhì)地均勻、軟硬適中、表面光滑等特點，提高了炮眼封堵質(zhì)量，減少明火產(chǎn)生；炮泥制作速度快，減少了勞動人員，提高了工作效率；制作炮泥方便，操作簡單。PNJ-A型炮泥機(jī)炮泥生產(chǎn)效率：500～600個/h2水壓爆破原理及工藝介紹特點水袋具有規(guī)格統(tǒng)一、質(zhì)地均勻、自動灌水封口等特點，提高了環(huán)境保護(hù)和作業(yè)人員的身體健康，減少粉塵和炸藥等異味；制作速度快，減少了勞動人員，提高了工作效率；制作水袋方便，操作簡單。KPS-60塑袋灌裝封口機(jī)生產(chǎn)效率：700只/h2水壓爆破原理及工藝介紹4、炮泥加工工藝原材料

炮泥主要采用黏土、砂和水三種材料。黏土采用干凈的普通黏土，含水量控制在8%以下。最大顆粒不超過10mm，不得有草根等雜物，大顆粒要人工破碎。砂采用干凈的細(xì)砂，最好使用河砂，含水量控制在3%以下。黏土和砂摻雜小碎石塊時，應(yīng)過篩處理，不得將石塊投入料斗中，以防止小碎塊卡葉片或成形器中的轉(zhuǎn)動螺旋發(fā)生故障；加工炮泥的前一天，應(yīng)把已篩好的泥(土)﹑砂和水按重量配比人工拌和好，這樣第二天制作成的炮泥比臨時拌和的柔韌性更好。2水壓爆破原理及工藝介紹炮泥制作

開機(jī)前，在料斗中加入已預(yù)拌和的泥砂料約20kg，然后打開電源，在轉(zhuǎn)動螺旋的推壓下，泥料邊向前輸送邊擠壓密實，最后在臥式螺旋輸送成形器端頭源源不斷地擠壓出來；炮泥是由黏土、細(xì)砂、水三種成分組成，三種成分的重量比例為黏土：砂：水=0.75:0.09:0.16，按照配合比例人工拌勻材料后，裝入炮泥機(jī)的進(jìn)料倉，開動電鈕開始生產(chǎn)，生產(chǎn)出的炮泥按照20cm～30cm的長度切割。制作好的炮泥放置時間不要太長，最好在使用前1～2小時制作好，不然會失水變硬，堵塞后影響降塵效果，如放置時間較長，可在加工好的炮泥外包裹塑料薄膜，或放置在陰涼處，用濕土工布完全覆蓋保存。制好的炮泥以表面光滑、不斷裂，用手略微捏一捏可以變形為宜。2水壓爆破原理及工藝介紹成品炮泥2水壓爆破原理及工藝介紹5、水袋加工工藝原材料準(zhǔn)備

水袋的原材料即水和塑料袋。塑料袋為常用的聚乙烯塑料，水袋長200mm，直徑為35mm，袋厚約為0.8mm，水袋為廠制品直接購買使用。2水壓爆破原理及工藝介紹水袋制作

機(jī)器開動之前，進(jìn)行定量調(diào)節(jié)；打開機(jī)器后門，松開泵連桿端頭螺母，調(diào)節(jié)移位蝶形螺母即可通過調(diào)節(jié)泵連桿滑塊左右位置得到所需灌裝容量。順時針減少，反之增大。調(diào)整好后擰緊端頭螺母，以防松動移位，影響灌裝容量，損壞調(diào)整桿。封口機(jī)定量調(diào)節(jié)好了之后，打開電源，指示燈亮，調(diào)節(jié)溫控調(diào)節(jié)器到適當(dāng)封口溫度由綠燈變?yōu)榧t燈時，即達(dá)到所調(diào)解封口溫度(初始溫度應(yīng)設(shè)定為130℃為宜，再逐步調(diào)節(jié)升高)。在開始灌注封口前，把主開關(guān)拔上，等機(jī)器運轉(zhuǎn)兩次，使計量泵內(nèi)吸滿水，將空氣排出后，把主開關(guān)拔下，塑料袋由人工用雙手拇指和食指夾住套在出水管口上，按啟動開關(guān)，即完成自動灌注和封口。2水壓爆破原理及工藝介紹成品水袋2水壓爆破原理及工藝介紹6、水壓爆破設(shè)計實例古田隧道里坑一號斜井段主要以凝灰熔巖、花崗巖為主，次堅石，圍巖為II級圍巖，施工全斷面開挖，全斷面為125m2，常規(guī)鉆爆設(shè)計采用垂直楔形掏槽，總的炮孔數(shù)為144個，炮眼設(shè)計深度為3.8m。常規(guī)爆破全斷面總計裝藥量為240kg，炮眼無回填堵塞。采用水壓爆破時在掏槽形式、炮眼布置、數(shù)量、深度、起爆順序和時間間隔等的設(shè)計與隧道常規(guī)爆破一模一樣，所不同的是在每個炮眼中增加了水袋和炮泥，裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)有所不同。2水壓爆破原理及工藝介紹何廣沂教授現(xiàn)場指導(dǎo)裝藥2水壓爆破原理及工藝介紹水壓爆破炮眼分布示意圖2水壓爆破原理及工藝介紹古田隧道里坑一號斜井Ⅱ級圍巖常規(guī)/水壓爆破參數(shù)表炮眼分類炮眼個數(shù)炮眼深度(cm)炮眼角度(0)單孔裝藥量(kg)小計裝藥量(kg)備注水平垂直掏槽眼1648053902.4/2.238.4/35.2輔助眼6843090901.83/1.63124.4/110.8底板眼1338090902.2/2.028.6/26周邊眼4738090900.55/0.4525.9/21.2炮眼共計144個，總耗藥量常規(guī)爆破217.3kg，水壓爆破193.2kg。2水壓爆破原理及工藝介紹經(jīng)過試驗確定，古田隧道里坑一號斜井水壓爆破的裝藥結(jié)構(gòu)與常規(guī)爆破相比，掏槽眼1組和2組每孔減少裝藥0.2kg；輔助眼每孔減少裝藥0.2kg,底板眼每孔少裝0.2kg；周邊眼每孔減少裝藥0.1kg；每循環(huán)總共節(jié)省炸藥24.1kg。2水壓爆破原理及工藝介紹7、裝藥和起爆裝藥作業(yè)

所有炮眼先在眼底裝入水袋，再按爆破設(shè)計少裝入一個藥卷，剩余炮孔依次裝入3個水袋和全部用炮泥堵塞。2水壓爆破原理及工藝介紹起爆作業(yè)起爆網(wǎng)絡(luò)采取孔內(nèi)延期微差、孔外簇聯(lián)的起爆方式，各引爆雷管之間采取并聯(lián)的方式，以保證起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性和準(zhǔn)確性。聯(lián)結(jié)時要注意：導(dǎo)爆索的連接方向和連接點的牢固性；導(dǎo)爆管不能打結(jié)和拉細(xì)；引爆雷管用黑膠布緊緊包扎在離一簇導(dǎo)爆管自由端10cm以上處，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)好后，要有專人負(fù)責(zé)檢查，確認(rèn)無誤后，方準(zhǔn)起爆。 起爆順序：從掏槽眼開始，一層一層向外進(jìn)行，最后是周邊眼、底板眼。起爆前應(yīng)按要求做好各項安全防護(hù)措施。3實施效果分析1、技術(shù)指標(biāo)分析目前古田隧道里坑一號斜井自使用水壓爆破以來，共施工了60個循環(huán)，總共掘進(jìn)了216m，為了比較兩個方法的效果，常規(guī)爆破也間隔施工了60個循環(huán)，掘進(jìn)204m，圍巖級別相同，都是Ⅱ級凝灰熔巖、花崗巖。常規(guī)爆破每循環(huán)實際平均進(jìn)尺為3.35~3.45m，平均進(jìn)尺3.4m；水壓爆破平均進(jìn)尺為3.55~3.65m，平均進(jìn)尺3.6m。平均每循環(huán)提高進(jìn)尺0.2米。常規(guī)爆破的炮眼利用率為89%，而水壓爆破的利用率達(dá)到了95%，單位耗藥量降低了16%，通風(fēng)排煙由過去60分鐘縮短為30分鐘。由此可見，水壓爆破在節(jié)省炸藥、加快進(jìn)度、縮短通風(fēng)時間、改善洞內(nèi)施工環(huán)境方面的優(yōu)勢是十分明顯的。

3實施效果分析古田隧道里坑一號斜井常規(guī)/水壓爆破主要技術(shù)參數(shù)對比表爆破類型單位巖石炸藥實際消耗量(kg/m3)平均炮眼利用率（%）實際進(jìn)尺(m)爆碴塊度(cm)拋距(m)通風(fēng)時間（min）常規(guī)/水壓爆破0.51/0.4388/953.4/3.690/5028/2160/30數(shù)據(jù)比較節(jié)省0.08kg降低16%提高8%增加20cm減小44%縮短25%減少30min3實施效果分析常規(guī)爆破放炮后水壓爆破放炮后3實施效果分析2、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析根據(jù)常規(guī)爆破和水壓爆破的現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比，在相同開挖斷面面積、炮眼布置和鉆孔深度的前提下，水壓爆破比普通爆破每個循環(huán)多開挖0.2m，每循環(huán)節(jié)省炸藥24.1kg，每爆破一立方巖石節(jié)省炸藥0.08kg，最為顯著的是通風(fēng)降塵時間縮短了30分鐘。3實施效果分析使用水壓爆破每延米所節(jié)省的費用

一是火工品節(jié)省的費用古田隧道里坑一號斜井開挖面積是125.47m2，炸藥的單價是每公斤12元，每發(fā)雷管單價6元。 隧道每開挖一米節(jié)省炸藥： （217.3/3.4—193.2/3.6）×12=122.94元 隧道每開挖一米節(jié)省雷管(一循環(huán)用200發(fā)) （200/3.4—200/3.6）×6=19.6元 合計每延米節(jié)省火工品費用122.94+19.6=142.54元。3實施效果分析使用水壓爆破每延米所節(jié)省的費用

二是人工費節(jié)省費用一個循環(huán)提高進(jìn)尺0.2m，開挖斷面是125.47m2,一個循環(huán)進(jìn)尺3.6m,每開挖1m3班組工資為20元0.2×125.47×20/3.6=139.4元三是節(jié)約電費隧道每開挖一米節(jié)省電費75Kw×2臺×1.0元/度×0.5h/3.6=20.8元

合計節(jié)省費用為142.5+139.4＋20.8=302.7元3實施效果分析使用水壓爆破每延米需另外支出的費用

一是制作炮泥、水袋的人工費 制作炮泥、水袋需要兩人，每工天按100元計算，2個人，按每天1.5個循環(huán)計算，折合每延米支出費用： 100×2/3.6/1.5=37.0元 二是水袋費用 水袋每循環(huán)使用580個，每個0.1元，每延米費用：

580×0.1/3.6=16.1元

3實施效果分析使用水壓爆破每延米需另外支出的費用

三是制作炮泥的土砂費用 每方40元，1方可做1000米，5000根，可做10個循環(huán)，每延米費用40/10/3.6=1.1元 四是電費 （4+0.68）kw×1h/3.6×1.0元/度=1.3元

使用水壓爆破每延米需另外支出的費用合計為：

37+16.1+1.1+1.3=55.5元3實施效果分析經(jīng)濟(jì)效益分析

把以上每延米節(jié)省的火工品費用、人工費用和電費合計，再除去水袋、炮泥加工人工費，材料費、電費的支出費用后，應(yīng)用水壓爆破每延米可節(jié)省費用302.7-55.5=247.2元（沒有包含管理費用等）。

3實施效果分析經(jīng)濟(jì)效益分析

古田隧道里坑一號斜井目前開挖剩余700米，按照水壓爆破掘進(jìn)每延米節(jié)省247.2元，