XX山隧道水壓爆破施工技術(shù)

目錄TOC\o"1-3”\h\u17431一、概況 -1-1873二、隧道水壓爆破概述 -1-8692（一）水壓爆破發(fā)展與優(yōu)點(diǎn) -1—1317（二）水壓爆破原理 —5—20166三、隧道水壓爆破施工方法 -5—500（一)隧道水壓爆破采用主要設(shè)備 —6—31464(二）隧道掘進(jìn)水壓爆破的鉆爆設(shè)計(jì) —6—206121.隧道掘進(jìn)水壓爆破裝藥方法 —8—262322.隧道掘進(jìn)水壓爆破的炮孔裝藥結(jié)構(gòu) —8—6069（三）施工工藝流程圖 -9—17504（四）具體施工步驟 —10—287181.炮泥制作 -10—160032。水袋制作 —11-268053。臺(tái)車(chē)就位和排險(xiǎn) —12—192624.測(cè)量布眼及鉆孔 -12—241195。安裝炸藥、水袋及炮泥 —13-71066.起爆網(wǎng)絡(luò) —14-197627。爆后檢查及盲炮處理 —14—210828。炸藥退庫(kù) —15-12135四、隧道掘進(jìn)水壓爆破成效分析 —15—26596(一）水壓爆破粉塵和振動(dòng)速度的監(jiān)測(cè) -15—204621。粉塵監(jiān)測(cè) -15-87042。振動(dòng)速度監(jiān)測(cè) —17-4393（二）技術(shù)指標(biāo)分析 -18-18370（三）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析 —19-151521.使用水壓爆破每延米所節(jié)省的費(fèi)用 -19-289052。剩余隧道開(kāi)挖完成以后預(yù)計(jì)節(jié)省的費(fèi)用 —22-24227五、體會(huì) -22—節(jié)能、環(huán)保水壓光面爆破技術(shù)一、概況老格山隧道位于云南省文山州境內(nèi)，進(jìn)口里程DK478+860,出口里程DK481+384，全隧道設(shè)計(jì)為9‰單面下坡，全長(zhǎng)2524米,隧道設(shè)計(jì)時(shí)速200km/h，預(yù)留250km/h，為雙線鐵路隧道，圍巖以Ⅱ級(jí)為主，開(kāi)挖采用全斷面水壓光面爆破。項(xiàng)目部首先在老格山隧道使用水壓爆破新技術(shù)。通過(guò)專(zhuān)家指導(dǎo)、人員培訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，逐步對(duì)該技術(shù)熟練掌握，在節(jié)省炸藥、增加掘進(jìn)進(jìn)尺和改善隧道內(nèi)施工環(huán)境等方面取得了很好的效果，并已推廣到本標(biāo)段各隧道。二、隧道水壓爆破概述（一）水壓爆破發(fā)展與優(yōu)點(diǎn)隧道水壓爆破是利用在水中傳播的爆破應(yīng)力波對(duì)水的不可壓縮性，使爆炸能量經(jīng)過(guò)水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無(wú)損失，十分有利于巖石破碎。是我國(guó)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(lái)的第三個(gè)質(zhì)的飛躍和變化。水壓爆破是由我國(guó)著名的爆破專(zhuān)家何廣沂教授提出，利用水可以增強(qiáng)爆破的效果，提高炸藥利用率，有效地控制沖擊波、飛石，減弱爆破振動(dòng)。根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)隧道工程爆破的現(xiàn)狀，為解決工程爆破中存在多年已久的不能充分利用炸藥能量和嚴(yán)重污染環(huán)境兩大難題,結(jié)合炮眼堵塞技術(shù),總結(jié)了一整套完善的水壓爆破施工工法.相對(duì)于常規(guī)爆破,水壓爆破起到了“三提高、兩減少、一保護(hù)”的作用，主要表現(xiàn)在:1、提高單循環(huán)進(jìn)尺0.3～0。5m；2、提圖1老格山隧道縱斷面圖圖2隧道水壓爆破理論培訓(xùn)圖3隧道水壓爆破現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)圖4水壓爆破專(zhuān)家講座圖5現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)水袋、炮泥制作高光面爆破效果,常規(guī)爆破的炮眼利用率為80%左右，而水壓爆破的炮眼利用率可以達(dá)到98%以上，隧道線性超挖由原來(lái)的10cm～15cm降低到現(xiàn)在的7cm～11cm；3、提高炸藥利用率，每米進(jìn)尺可節(jié)省炸藥16。338kg，炸藥節(jié)省率達(dá)到15。9%；4、減少洞碴大塊率;5、降低振動(dòng)速度，比常規(guī)爆破振動(dòng)速度降低50％左右，減少了對(duì)周邊圍巖擾動(dòng);6、粉塵含量降低，比常規(guī)爆破粉塵濃度降低55％左右，通風(fēng)排煙時(shí)間可以減少30分鐘，保護(hù)了作業(yè)人員身體健康.(二）水壓爆破原理隧道水壓爆破是往炮眼中的一定位置注入一定量的水，然后用專(zhuān)門(mén)的炮泥機(jī)生產(chǎn)炮泥回填堵塞.由于炮眼中有水，因水具有壓縮性極小、變形能低、熱能損失小等特性,在水中傳播的水激波能夠按照水的“液壓"作用,較均勻的、幾乎無(wú)損失地把能量傳遞到圍巖中。另外，在水激波做功的同時(shí)，被爆炸氣體沖擊壓縮的高壓水?dāng)D入爆生裂隙中,形成“水楔”,這種“水楔"的尖劈作用加劇了裂隙的延伸和擴(kuò)展，使破碎塊度更均勻;同時(shí)，炮眼中的水在高溫高壓下被霧化，充分吸收了有毒、有害爆生氣體及粉塵，起到了霧化降塵的作用,大大降低了粉塵對(duì)環(huán)境的污染，改善了洞內(nèi)空氣質(zhì)量。三、隧道水壓爆破施工方法老格山隧道自2013年3月18日進(jìn)行首次水壓爆破施工以來(lái)，經(jīng)過(guò)數(shù)次試驗(yàn)確定裝填參數(shù)，目前水壓爆破技術(shù)已走向成熟。(一)隧道水壓爆破采用主要設(shè)備表1水壓爆破主要設(shè)備設(shè)備名稱(chēng)單位數(shù)量設(shè)備名稱(chēng)單位數(shù)量氣腿鉆機(jī)臺(tái)18通風(fēng)機(jī)臺(tái)4裝載機(jī)臺(tái)2KPS—60水袋機(jī)臺(tái)1挖機(jī)臺(tái)1PNJ—A炮泥機(jī)臺(tái)1出碴車(chē)臺(tái)4皮卡車(chē)臺(tái)1空壓機(jī)臺(tái)6（二）隧道掘進(jìn)水壓爆破的鉆爆設(shè)計(jì)在老格山隧道Ⅱ級(jí)圍巖開(kāi)挖施工中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)光爆(非水壓)試驗(yàn)選定的各光爆參數(shù)如下：詳見(jiàn)圖7炮眼布置圖、表2非水壓爆破裝藥參數(shù)。采用水壓爆破時(shí)在掏槽形式、炮眼布置、數(shù)量、深度、起爆順序和時(shí)間間隔等的設(shè)計(jì)與常規(guī)爆破一模一樣，所不同的是在每個(gè)炮眼中增加了水袋和炮泥，裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)也有所不同。表2非水壓爆破裝藥參數(shù)表3水壓爆破裝藥參數(shù)圖7炮眼布置圖經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定，老格山隧道水壓爆破的裝藥結(jié)構(gòu)與常規(guī)爆破相比，掏槽眼、擴(kuò)槽眼、輔助眼、內(nèi)圈眼和底板眼每孔減少裝藥0。2kg;每循環(huán)總共節(jié)省炸藥23kg（不含多進(jìn)尺節(jié)省炸藥）。詳見(jiàn)表3水壓爆破裝藥參數(shù)。1。隧道掘進(jìn)水壓爆破裝藥方法采用人工用木制炮棍裝藥，由施工人員將藥卷逐個(gè)裝入炮孔，并用炮棍輕輕搗實(shí)，避免藥卷之間間隔較大，影響傳爆.在裝藥過(guò)程中嚴(yán)禁大力用炮棍搗實(shí)炸藥，防止用力過(guò)猛后使水袋破裂或使裝藥密度過(guò)大，造成炸藥壓死拒爆。隧道掘進(jìn)水壓爆破的炮孔裝藥結(jié)構(gòu)（1)周邊眼采用空氣間隔、不耦合裝藥，采用導(dǎo)爆索起爆，將導(dǎo)爆索插入空底藥卷內(nèi),炸藥均勻分布裝入炮孔內(nèi)。為克服底部炮眼的阻力，一般將底部藥量稍微加大.在裝藥前先在炮眼孔底裝入長(zhǎng)約20cm的一節(jié)水袋，并在裝藥結(jié)束后距孔口80cm再裝入2節(jié)水袋，再進(jìn)行炮泥堵塞。(如圖8）。圖8周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖（2)掏槽眼掏槽眼采用斜眼掏槽，與開(kāi)挖面間的夾角α=70°左右。采用連續(xù)耦合裝藥，雷管埋入孔底藥卷，聚能穴朝孔口方向。在裝藥前先在炮眼孔底裝入長(zhǎng)約20cm的一節(jié)水袋,并在裝藥結(jié)束后再裝入4節(jié)水袋，再進(jìn)行炮泥堵塞。其結(jié)構(gòu)如圖9。圖9掏槽眼裝藥結(jié)構(gòu)（3)擴(kuò)槽眼、輔助眼、底邊眼等采用連續(xù)耦合裝藥，雷管埋入孔底藥卷，聚能穴朝孔口方向。在裝藥前先在炮眼孔底裝入長(zhǎng)約20cm的一節(jié)水袋,并在裝藥結(jié)束后再裝入3節(jié)水袋，再進(jìn)行炮泥堵塞。其結(jié)構(gòu)如圖10。圖10擴(kuò)槽眼、輔助眼、底邊眼裝藥結(jié)構(gòu)（三）施工工藝流程圖圖11水壓光面爆破施工工藝流程圖(四）具體施工步驟1.炮泥制作炮泥采用PNJ—A型炮泥機(jī)制作而成，機(jī)器外型尺寸150×45×53（cm)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，兩人每小時(shí)可制作炮泥400～500個(gè).制作炮泥就地取材、節(jié)約成本并調(diào)整好炮泥配合比，保證炮泥有一定的強(qiáng)度同時(shí)方便炮泥填塞過(guò)程易于搗碎，便于孔口封堵密實(shí)。圖12炮泥機(jī)及炮泥制作圖13制作好的炮泥經(jīng)多次試驗(yàn)，確定以黏土為主炮泥，配合比為:土：砂：粉煤灰:水=100:6:7：15。配料采用磅秤稱(chēng)重，混合料按照配合比人工拌勻，軟化1～2小時(shí)后,裝入炮泥機(jī)的進(jìn)料倉(cāng),開(kāi)動(dòng)電鈕開(kāi)始生產(chǎn)，將其制作成直徑32mm,長(zhǎng)20cm~30cm的炮泥節(jié)裝箱。如圖12、圖13所示；制作好的炮泥放置時(shí)間不要太長(zhǎng)，最好在使用前1～2小時(shí)制作好，若放置時(shí)間較長(zhǎng)采用塑料膜覆蓋。使用時(shí)采用皮卡車(chē)裝箱運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng).圖14水袋機(jī)及水袋制作2.水袋制作水袋是由KPS—60型水袋自動(dòng)封裝機(jī)生產(chǎn)而成，其工作原理：采用高壓泵式容積法計(jì)量方式進(jìn)行灌裝，由凸輪機(jī)構(gòu)完成水袋自動(dòng)熱合封口.水袋機(jī)的外型尺寸97×36×100cm，整機(jī)功率0.68KW,電源為交流220V,50HZ，一小時(shí)可以生產(chǎn)500~600個(gè)水袋。具體操作:接通電源啟動(dòng)機(jī)器、預(yù)熱封口機(jī)待溫度上升后試封2—3次，達(dá)到密封效果后進(jìn)行正常生產(chǎn)。該封裝機(jī)每次制作水袋3個(gè)直徑32mm，長(zhǎng)200mm的水袋，充滿(mǎn)后自動(dòng)封口，而后將成品水袋裝箱。如圖14所示。3。臺(tái)車(chē)就位和排險(xiǎn)上循環(huán)施工完成后，首先將開(kāi)挖臺(tái)車(chē)就位,而后人工清理松動(dòng)危石,保證施工過(guò)程安全。圖15鉆孔施工4.測(cè)量布眼及鉆孔用全站儀在掌子面上準(zhǔn)確定出開(kāi)挖輪廓線、周邊眼及掏槽眼位置，利用輪廓線確定輔助眼位置。鉆孔分區(qū)定崗，嚴(yán)格按孔位進(jìn)行施鉆（圖15)。在測(cè)量的同時(shí)對(duì)前一個(gè)循環(huán)的爆破效果進(jìn)行檢查,分析檢查結(jié)果,合理調(diào)整光爆參數(shù).5.安裝炸藥、水袋及炮泥裝藥前采用PVC管通孔，確認(rèn)孔深滿(mǎn)足要求。而后采用木桿按水壓爆破裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥。周邊眼采用間隔裝藥,眼底部分適當(dāng)增加藥量,導(dǎo)爆索連接;其它炮眼采用連續(xù)裝藥,全部采用反向起爆裝藥結(jié)構(gòu)（圖16、圖17）.裝藥按炮眼藥量分配表3確定的裝藥量自上而下進(jìn)行，雷管“對(duì)號(hào)入座",裝藥后所有炮眼應(yīng)堵塞炮泥,堵塞長(zhǎng)度≮20cm。圖16裝藥結(jié)構(gòu)示意圖17裝填過(guò)程6。起爆網(wǎng)絡(luò)起爆網(wǎng)絡(luò)采用簇連法，俗稱(chēng)一把抓起爆法（圖18).就是每個(gè)炮孔內(nèi)裝一發(fā)延期導(dǎo)爆管雷管，然后將導(dǎo)爆管連成一把后,用1發(fā)電雷管起爆。連接好網(wǎng)絡(luò)后，等待其他施工人員撤離到警戒線以外后，由爆破員用起爆器在安全避炮點(diǎn)起爆。圖18起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖7。爆后檢查及盲炮處理響炮30min后方可進(jìn)入爆區(qū)檢查，并對(duì)爆堆的形狀大小、殘孔率、飛石最大距離及盲炮情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)記錄，掌握一手資料，適時(shí)對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。如發(fā)現(xiàn)盲炮應(yīng)立即通知專(zhuān)職爆破員進(jìn)行處理，處理方法為：二次起爆法：若是由于起爆網(wǎng)絡(luò)連接不良造成的盲炮，可重新連線起爆；誘爆法：對(duì)于不能二次起爆的盲炮,如果周?chē)h(huán)境允許，可準(zhǔn)確判明裝藥的具體位置，在原裝藥孔附近平行原裝藥孔進(jìn)行鉆孔,裝入少量炸藥，利用小裝藥將其誘爆；人工排除法：采用高壓風(fēng)吹出堵塞物,取出起爆雷管及炸藥。在處理盲炮時(shí)無(wú)關(guān)人員不得在場(chǎng)，并在危險(xiǎn)區(qū)邊界設(shè)置警戒,危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)禁止進(jìn)行其他作業(yè)。盲炮處理后應(yīng)仔細(xì)檢查爆堆，并將殘留爆破器材清理干凈。8.炸藥退庫(kù)在爆破結(jié)束后，炮工離開(kāi)施工現(xiàn)場(chǎng)前,由爆破員將現(xiàn)場(chǎng)剩余火工品回收干凈,并退回庫(kù)房登記，做到賬賬相符，賬物相符。四、隧道掘進(jìn)水壓爆破成效分析(一)水壓爆破粉塵和振動(dòng)速度的監(jiān)測(cè)1。粉塵監(jiān)測(cè)粉塵監(jiān)測(cè)采用P-5L2C型便攜式微電腦粉塵儀,在爆破后5分鐘，距掌子面20米位置進(jìn)行粉塵濃度的監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)連續(xù)5個(gè)循環(huán)常規(guī)爆破和5個(gè)循環(huán)水壓爆破的監(jiān)測(cè)，如下表4所示：表4常規(guī)爆破和水壓爆破對(duì)粉塵濃度的影響統(tǒng)計(jì)對(duì)比表測(cè)定地點(diǎn)工種及狀態(tài)監(jiān)測(cè)次數(shù)常規(guī)爆破粉塵含量（mg/m3）水壓爆破粉塵含量(mg/m3）降低的百分比距掌子面20米處爆破后5min，未通風(fēng)115.757.2954%215。97。0656%316.27.3355％416。17。1256％515。957。1355%平均15。987。1955%常規(guī)爆破粉塵含量為15.98mg/m3,水壓爆破后粉塵含量為7。19mg/m3，比常規(guī)爆破粉塵濃度降低了55%,有明顯的降塵效果(如圖19）。常規(guī)爆破水壓爆破圖19常規(guī)爆破與水壓爆破粉塵對(duì)比表2.振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)序號(hào)常規(guī)爆破(cm/s）水壓爆破（cm/s）振動(dòng)速度降低的百分?jǐn)?shù)x值y值z(mì)值x值y值z(mì)值△x%△y%△z％16.997。433。182.052.541.5125.157.173。452.242.981.6335.997.132。883。032。861.6444.757。373。172.962。641。52平均5。727。283.172。572.761.5755.06%62。13％50.38%振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)儀采用了TC-4850型爆破測(cè)振儀。根據(jù)對(duì)距離掌子面50m位置的四組常規(guī)爆破數(shù)據(jù)和四組水壓爆破數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表5。表5常規(guī)爆破和水壓爆破對(duì)隧道爆破振動(dòng)速度的影響統(tǒng)計(jì)對(duì)比表從這個(gè)表上可以看得出來(lái),通過(guò)對(duì)振動(dòng)速度的測(cè)定，使用隧道掘進(jìn)水壓爆破比常規(guī)爆破振動(dòng)速度降低50％，效果十分明顯。常規(guī)爆破效果圖水壓爆破效果圖圖20常規(guī)爆破與水壓爆破效果對(duì)比（二）技術(shù)指標(biāo)分析表6隧道掘進(jìn)常規(guī)/水壓爆破主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比表爆破類(lèi)型單位巖石炸藥實(shí)際消耗量(kg/m3)平均炮眼利用率(%）爆碴塊度(cm）拋距(m)爆破后粉塵濃度(mg/m3)Z軸振動(dòng)速度(cm/s)常規(guī)/水壓爆破0。882/0。74280。72/98.1280/5032.3/2515。98/7.193.17/1.57圖21隧道掘進(jìn)常規(guī)/水壓爆破主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比柱狀圖常規(guī)爆破的炮眼利用率為80.72％，而水壓爆破的利用率達(dá)到了98.12%，（如圖20）.單位耗藥量降低了0.14kg/m3,爆破振動(dòng)速度降低了50.5%,粉塵濃度下降了55％，通風(fēng)排煙由過(guò)去35~45分鐘縮短為15分鐘以?xún)?nèi).由此可見(jiàn)，水壓爆破在節(jié)省炸藥、加快進(jìn)度、縮短通風(fēng)時(shí)間、改善洞內(nèi)施工環(huán)境方面的優(yōu)勢(shì)是十分明顯的。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6。（三）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(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比，在相同開(kāi)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(gè)循環(huán)多開(kāi)挖0.336m，每循環(huán)節(jié)省炸藥23kg，每爆破一立方巖石節(jié)省炸藥0.14kg，最為顯著的是通風(fēng)降塵時(shí)間縮短了20～30分鐘，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析如下。1。使用水壓爆破每延米所節(jié)省的費(fèi)用一是火工品節(jié)省的費(fèi)用。老格山隧道開(kāi)挖面積是116。7m2，每爆破一立方巖石節(jié)省炸藥0。14kg，節(jié)約炸藥約15。9%,炸藥的單價(jià)是每公斤10。4元，所以隧道每開(kāi)挖每立方米節(jié)省1。456元，每延米節(jié)省169。92元；如果按照Ⅱ級(jí)圍巖目前的每月正常進(jìn)度150m計(jì)算，常規(guī)爆破施工每循環(huán)進(jìn)尺3。2m需要開(kāi)挖47個(gè)循環(huán)，水壓爆破施工每循環(huán)進(jìn)尺是3。5m，需要43個(gè)循環(huán)，這樣一個(gè)月節(jié)省4個(gè)循環(huán)。每循環(huán)使用雷管總計(jì)是178發(fā)（含連接網(wǎng)路的雷管是6發(fā)），雷管單價(jià)是5.6元。由此計(jì)算下來(lái),采用水壓爆破每一延米節(jié)省雷管26.6元.導(dǎo)爆索每循環(huán)使用200m，單價(jià)3.07元/m，由此計(jì)算下來(lái)，采用水壓爆破每一延米節(jié)省導(dǎo)爆索16。37元。合計(jì)下來(lái)開(kāi)挖每延米節(jié)省火工品212。89元.二是人工費(fèi)和機(jī)械費(fèi)的節(jié)省情況。按照常規(guī)爆破每月個(gè)47個(gè)循環(huán)，每循環(huán)比水壓爆破要少掘進(jìn)0。336m,每月就少15。792m；實(shí)際人工費(fèi)是按照循環(huán)計(jì)算的,開(kāi)挖人員24人，雜工3人,工費(fèi)平均250元/天，每一循環(huán)6750元，因此常規(guī)爆破的單價(jià)就是6750/3。2=2109.4元。每月少掘進(jìn)15.792m合計(jì)就是33312元,按照水壓爆破每月進(jìn)度164.5m考慮，每延米水壓爆破就要比常規(guī)爆破節(jié)省人工費(fèi)202.5元。機(jī)械計(jì)費(fèi)按照開(kāi)挖工程量計(jì)算,不節(jié)省費(fèi)用。三是通風(fēng)時(shí)間縮短節(jié)省的電費(fèi)。由于水壓爆破通風(fēng)時(shí)間約40分鐘，常規(guī)爆破通風(fēng)時(shí)間約15分鐘，每循環(huán)節(jié)省25分鐘,風(fēng)機(jī)的功率是2×75kw，每度電1元，水壓爆破每延米節(jié)省電費(fèi)20.53元。四是制作炮泥、水袋的支出費(fèi)用.制作炮泥、水袋需要兩人，每工天按100元計(jì)算，每天支出人工費(fèi)200元,每天進(jìn)尺5米，每延米分?jǐn)?0元。水袋機(jī)、炮泥機(jī)功率都考慮為4kw，每天使用四小時(shí),用電費(fèi)用為32元，每天進(jìn)尺5米，每延米分?jǐn)?。4元.合計(jì)以后，制作炮泥、水袋支出每延