隧道掘進光面水壓爆破技術(shù)(終稿)

隧道掘進光面水壓爆破技術(shù)(終稿)第一頁，共38頁。尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)：

隧道掘進光面水壓爆破技術(shù)是我集團公司近年來大力推廣的一種新技術(shù)，該項技術(shù)是結(jié)合隧道掘進光面爆破和水壓爆破兩項技術(shù)應(yīng)用于隧道掘進施工的新技術(shù)，是一種創(chuàng)新技術(shù)，也是隧道施工將要發(fā)展的趨勢。尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)：第二頁，共38頁。工程概況中鐵十七局集團承建的新建川藏鐵路拉薩至林芝段站前工程LLZQ-11標(biāo)，線路長38.3公里，其中隧道4.5座，隧道長度34.335公里，占線路長度的89.6%。中鐵十七集團有限公司第三頁，共38頁。為了加快隧道掘進速度，降低成本，提高施工質(zhì)量，增加效益，改善作業(yè)環(huán)境，保護施工人員身體健康等多方面原因。2016年3月16日在布喀木隧道橫洞實施光面水壓爆破。布喀木橫洞全長1695m，橫洞與隧道小里程方向平面夾角90°,單車道斷面凈空尺寸為5.0m×6.5m(寬×高)，錯車道斷面凈空尺寸為7.5m×6.2m(寬×高)。橫洞HDK0+000-HDK1+410段埋深大，可能發(fā)生輕微-中等程度的巖爆，隧道Ⅱ級圍巖1450m、Ⅲ級圍巖170m、Ⅳ級圍巖70m、Ⅴ級圍巖5m。輕微巖爆1200m，中等巖爆210m。中鐵十七集團有限公司第四頁，共38頁。一、常規(guī)爆破原理及存在問題1、常規(guī)爆破原理

炸藥被起爆，則在藥卷部位的周邊圍巖中傳播爆轟波，一是沿炮眼徑向傳播，稱為應(yīng)力波，該應(yīng)力波的強度不受炮眼堵塞與否的影響；二是向沿炮眼方向傳播，當(dāng)在炮眼無回填堵塞部位傳播，稱為擊波。

產(chǎn)生的爆轟波對周圍圍巖進行擠壓，使得周圍圍巖強行發(fā)生位移，實現(xiàn)爆破圍巖破碎的目的。2、常規(guī)爆破存在問題問題一：由于鉆孔內(nèi)充滿了空氣，擊波部分能量因壓縮空氣而損失，擊波在炮眼周圍圍巖中傳播也稱為應(yīng)力波，所以應(yīng)力波的強度因無回填堵塞而降低，結(jié)果削弱了對圍巖的破碎。問題二：炸藥爆炸時在炮眼周圍圍巖中除產(chǎn)生應(yīng)力波作用之外，還有爆炸氣體膨脹作用，由于無堵塞，膨脹氣體很迅速從炮眼口沖出，極大的消弱了膨脹氣體進一步破碎巖石的作用，極容易留下炮根中鐵十七集團有限公司第五頁，共38頁。3、常規(guī)爆破裝藥結(jié)構(gòu)中鐵十七集團有限公司第六頁，共38頁。二、光面水壓爆破定義及原理1、水壓爆破定義

水壓爆破是將炸藥置于受約束的有限水域內(nèi)，當(dāng)炸藥爆炸時，利用水的能量傳遞性和不可壓縮性，將壓力均勻的作用于介質(zhì)上，使介質(zhì)達到破碎的一種爆破技術(shù)。2、水壓爆破原理

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，爆炸能量無損失的經(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毒有害氣體。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。中鐵十七集團有限公司第七頁，共38頁。3、光面水壓爆破裝藥結(jié)構(gòu)（1）掏槽眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖中鐵十七集團有限公司第八頁，共38頁。（2）輔助眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖中鐵十七集團有限公司第九頁，共38頁。（3）周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖中鐵十七集團有限公司第十頁，共38頁。三、光面水壓爆破施工工藝1、光面水壓爆破施

工工藝流程圖光面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。施工準(zhǔn)備炮泥制作及水袋加工爆破設(shè)計鉆孔臺車就位炮泥、水袋及火工品就位逐孔檢查裝藥情況測畫斷面炮眼定位連線起爆鉆孔排險安裝炸藥水袋炮泥出碴清孔下一循環(huán)初期支護排煙中鐵十七集團有限公司第十一頁，共38頁。型號：PNJ-A炮泥機炮泥生產(chǎn)效率：900個/小時

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，提高炮眼封堵質(zhì)量，減少明火產(chǎn)生。炮泥制作速度快；提高了勞動工作效率；制作炮泥方便；操作簡單。2、光面水壓爆破設(shè)備中鐵十七集團有限公司第十二頁，共38頁。

炮泥加工成品及炮泥存放

中鐵十七集團有限公司第十三頁，共38頁。型號：KPS-60塑袋灌裝封口機生產(chǎn)效率：700只/小時

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)境質(zhì)量和保護作業(yè)人員的身體健康，減少粉塵和炸藥等異味。水袋制作速度快；提高了勞動工作效率；制作水袋方便；操作簡單。中鐵十七集團有限公司第十四頁，共38頁。水袋加工成品及存放中鐵十七集團有限公司第十五頁，共38頁。3、炮泥的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，以防止小碎石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合好，這樣第二天制作成的炮泥比臨時拌合的柔韌性更好。中鐵十七集團有限公司第十六頁，共38頁。炮泥制作炮泥中三種成分的重量比例為：黏土：砂：水=0.75:0.1:0.15開機前，在料斗中加入已預(yù)拌合的泥砂料約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型器端頭源源不斷地擠壓出來，生產(chǎn)出來的炮泥按照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，如果放置時間較長，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，制作好的炮泥以表面光滑、不斷裂，用手微捏一捏可以變形為宜。中鐵十七集團有限公司第十七頁，共38頁。4、水袋的加工工藝原材料水袋的原材料即水和塑料袋。塑料袋材質(zhì)為呢絨，水袋長200mm，直徑為35mm，袋厚約為0.8mm。中鐵十七集團有限公司第十八頁，共38頁。水袋制作機器開動之前，進行定量調(diào)節(jié)；打開機器后門，松開泵連桿端頭螺母，調(diào)節(jié)位移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。封口機定量調(diào)節(jié)好之后，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，即達到所調(diào)解封口溫度（初始溫度應(yīng)設(shè)定為130?C為宜，再逐步調(diào)節(jié)升高。）在開始灌注封口前，把主開關(guān)撥上，等機器運轉(zhuǎn)兩次，使計量泵內(nèi)吸滿水，將空氣排除后，把主開關(guān)撥下，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。中鐵十七集團有限公司第十九頁，共38頁。5、裝藥與起爆裝藥作業(yè)光面水壓爆破在現(xiàn)場實際裝填順序根據(jù)炮眼作用不同分別為：輔助眼：首先往炮眼最底部裝填一袋水袋，必須把水袋捅到底，隨后裝填藥卷，藥卷數(shù)量要比常規(guī)爆破少1卷，藥卷必須與最底部水袋靠緊，然后用PVC管量測炮眼還有多深，其深度的二分之一為裝填水袋的累計長度，例如剩余深度1.2米，二分之一為0.6米，那么往炮眼裝填3個水袋就可以了，如果計算出現(xiàn)3.5條以上的裝填4條水袋，小于3.5條的裝填3袋，最后用炮泥邊回填邊搗固直至炮眼口。掏槽眼：裝藥順序與輔助眼裝藥順序一致，只是在裝藥卷的數(shù)量上比常規(guī)爆破少2卷。周邊眼：先在炮眼底部裝入1條水袋，隨后裝入1卷藥卷，然后間隔60--70cm裝入半節(jié)藥卷，距炮眼口80cm停止裝藥，裝入2條水袋2節(jié)炮泥封口。提示：裝藥過程中，使用PVC管向炮眼內(nèi)送藥及水袋，PVC管頭部需用膠布包裹，防止送藥過程中將水袋破壞。中鐵十七集團有限公司第二十頁，共38頁。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；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，要有專人負責(zé)檢查，確認無誤后，方準(zhǔn)起爆。起爆順序：從掏槽眼開始，一層一層的向外輔助眼進行，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措施。中鐵十七集團有限公司第二十一頁，共38頁。6、光面水壓爆破設(shè)計實例布喀木隧道橫洞主要以片麻巖為主，圍巖等級以Ⅱ級圍巖為主，施工采用全段面開挖，全斷面為42.72m2，常規(guī)鉆爆采用垂直楔形掏槽，總的炮眼數(shù)量為115個，周邊眼、輔助眼設(shè)計深度為3.5m，掏槽眼設(shè)計深度為4m。常規(guī)鉆爆全斷面每循環(huán)裝藥144.8Kg，炮眼無堵塞。采用光面水壓爆破的掏槽形式、炮眼布置、炮眼數(shù)量、炮眼深度、起爆順序、時間間隔等設(shè)計與隧道常規(guī)鉆爆全部一樣，不同的是裝藥結(jié)構(gòu)，炮眼中增加了水袋和炮泥。中鐵十七集團有限公司第二十二頁，共38頁。光面水壓爆破炮眼分布圖中鐵十七集團有限公司第二十三頁，共38頁。布喀木隧道橫洞常規(guī)/水壓爆破參數(shù)對比表炮眼分布炮眼個數(shù)炮眼深度（m）炮眼角度（°）單孔裝藥量（kg）小計裝藥量（kg）備注水平垂直掏槽眼13453902.4/2.031.2/26.0輔助眼523.590901.4/1.272.8/62.4周邊眼413.590900.6/0.524.6/20.5底板眼93.590901.8/1.616.2/14.4炮眼共計115個，總耗藥量:常規(guī)爆破144.8kg，光面水壓爆破123.3kg。中鐵十七集團有限公司第二十四頁，共38頁。試驗結(jié)論經(jīng)試驗確定，布喀木隧道橫洞光面水壓爆破的裝藥結(jié)構(gòu)與常規(guī)爆破相比，掏槽眼每孔減少裝藥0.4kg，輔助眼每孔減少裝藥0.2kg，周邊眼每孔減少裝藥0.1kg，底板眼每孔減少裝藥0.2kg，每循環(huán)節(jié)省炸藥21.5kg。中鐵十七集團有限公司第二十五頁，共38頁。四、實施效果分析1、技術(shù)指標(biāo)分析布喀木隧道橫洞使用光面水壓爆破技術(shù)之前，常規(guī)爆破平均每循環(huán)掘進3.1米。自2016年3月16日使用光面水壓爆破技術(shù)至2016年5月1日，共施工47天，已掘進了389米共計118循環(huán)，平均每日掘進8.28米，每循環(huán)掘進約3.3米。與常規(guī)爆破相比，每循環(huán)提高進尺0.2米。常規(guī)爆破的炮眼利用率為88%,光面水壓爆破的利用率達到95%,單位耗藥量降低了20%，通風(fēng)時間由過去的40分鐘縮短為10分鐘，由此可見光面水壓爆破在節(jié)省炸藥、加快施工進度、縮短通風(fēng)時間、改善洞內(nèi)施工環(huán)境等方面具有突出的優(yōu)勢。中鐵十七集團有限公司第二十六頁，共38頁。布喀木隧道橫洞常規(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（%）實際進尺（m）爆渣塊度（cm）爆渣拋距（m）通風(fēng)時間（min）常規(guī)/光面水壓爆破1.09/0.8788/953.1/3.390/5027/2140/10數(shù)據(jù)比較節(jié)省0.22kg降低20%提高8%增加0.2m減小44%縮短22%減少30min中鐵十七集團有限公司第二十七頁，共38頁。施工效果圖片對比常規(guī)爆破渣堆光面水壓爆破渣堆中鐵十七集團有限公司第二十八頁，共38頁。施工效果圖片對比常規(guī)爆破巖面光面水壓爆破巖面中鐵十七集團有限公司第二十九頁，共38頁。2、經(jīng)濟指標(biāo)分析根據(jù)常規(guī)爆破和光面水壓爆破的現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比，在相同的開挖斷面尺寸、相同的炮眼布置、相同的鉆孔深度的條件下，光面水壓爆破比常規(guī)爆破每循環(huán)多進尺0.2m，每循環(huán)節(jié)省炸藥21.5kg，爆破每立方巖石節(jié)省炸藥0.22kg，由于通風(fēng)時間減少，爆渣集中，出渣時間相應(yīng)也減少，提高了施工進度。中鐵十七集團有限公司第三十頁，共38頁。使用光面水壓爆破每延米所節(jié)省的費用1、火工品節(jié)省的費用布喀木隧道開挖斷面面積為42.72m2。炸藥的單價為14.8元，每循環(huán)使用118個雷管，共計1865.49元。隧道每開挖一米節(jié)省炸藥：（144.8÷3.1-123.3÷3.3）×14.8=138.32元隧道每開挖一米節(jié)省雷管：1865.49÷3.1-1865.49÷3.3=36.47元合計開挖每延米節(jié)省火工品費用：138.32+36.47=174.79元中鐵十七集團有限公司第三十一頁，共38頁。2、人工費節(jié)省的費用每循環(huán)進尺提高0.2m，開挖斷面42.72m2，每開挖一方開挖班組工資為55元。0.2×42.72×55÷3.3=142.4元3、施工用電節(jié)省的費用隧道開挖使用三臺功率為132KW的空壓機，每循環(huán)鉆孔時間為3.5小時；一臺通風(fēng)機功率為264KW，采用水壓爆破前后的通風(fēng)時間分別為40分鐘和10分鐘，電費為1.2元/度，每開挖一米節(jié)省費用：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元合計節(jié)省費用為174.79+142.4+84.6=401.79元中鐵十七集團有限公司第三十二頁，共38頁。使用光面水壓爆破每延米另外支出的費用光面水壓爆破設(shè)備的一次性投入為炮泥制作機和封口機的費用很低，炮泥機到場費用為5000多元，封口機6000多元，可以長期使用，轉(zhuǎn)場便捷，損耗低，平均攤銷費用后可忽略不計。1、制作炮泥、水袋的人工費用制作炮泥需要3人，制作水袋需要1人，每天按每人150元的工資計算，每天是可以施作6個循環(huán)使用的炮泥和水袋，折合每延米支出費用：150×4÷3.3÷6=30.3元2、水袋費用水袋每個0.2元，每延米費用：(13×5+61×6+41×5)×0.2÷3.3=38.5元中鐵十七集團有限公司第三十三頁，共38頁。3、制作炮泥的土砂費用土砂每方40元，每方土砂可制作炮泥1200米，合計6000根，每循環(huán)使用521根，可使用11.5個循環(huán)，每延米增加費用：40÷11.5÷3.3=1.1元4、封袋機、炮泥機的電費每天工作平均工作4小時即可滿足施工需求，炮泥機功率為4KW,封袋機功率為0.68KW,電費1.2元/度，每天施工水袋、炮泥的電費：（4+0.68）×4÷3.6×1.