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恩施力源爆破--「建筑交通」聚能水压光面爆破技术在隧道施工中的应用
  1工程概况
  本文以轿顶隧道工程作为背景,该隧道位于云南省昭通市境内,由中交二公局隧道工程公司承建。该隧道为单向双公路,隧道截面呈半圆拱型,单幅隧道净空为(宽×高)10.25m×5.00m。左线总长达6318m,最大埋深为547.33m,右线总长达6307m,最大埋深为555.11m,为典型的深埋特长隧道。结合现场施工条件基于上、下台阶法完成开挖作业。
  水压爆破技术成熟,在当前的隧道施工中已经取得了广泛的应用,钻进炮眼后向其中置入适量水袋并辅以炮泥封堵措施,具备爆破效果优良、炸药能量利用率高、环保等多重优势。相较于传统技术其进尺能力强,洞渣大块率得到有效控制,是应用效果较好的爆破开挖技术。本文结合上述工程引入了聚能水压光面爆破技术,将其与常规方式下的光面爆破技术对比分析,最终取得了良好的施工效果。
 
  2聚能水压光面爆破技术原理
  聚能水压光面爆破作为一项新型工程技术,在隧道掘进施工中取得广泛应用,在聚能爆破的基础上融入了水压爆破方式,集多种技术优势于一体。
  聚能水压光面爆破是基于常规爆破技术而衍生出的一种全新形式,即改变了使用药卷和导爆索的方式,转为聚能管装置,形成炮孔后于底部与顶部均增设了水袋,并使用炮泥回填实现对炮孔的填塞。
  作为常规的光面爆破技术,主要依赖的是炸药爆炸所产生的能量,大量应力波可传递至岩石内形成径向压应力和切向拉应力。从布孔特点来看,炮眼连线两侧将出现极为明显的应力集中现象,伴随有较大拉应力,当该值在岩石抗拉强度之上时则会扩大岩体裂缝。此外,炸药爆破时伴随大规模的气体膨胀现象,其产生的静力作用也起到扩大裂缝的效果。
  若利用聚能水压光面爆破技术,在具备常规爆破技术优势的基础上还实现了技术层面的优化,最终爆破效果更为良好。聚能槽将释放大量的高温高压射流,由于炮孔内设置了水袋,因此伴随有“水楔”效应,加之应力波的作用,最终岩石初始裂缝较常规方式扩展范围更大。炮孔处使用专用炮泥封堵,内部将汇聚大量膨胀气体,带来的静力作用更为强烈,有助于裂缝的扩大。在上述多重因素的共同作用下最终取得显著的爆破效果,突破了常规光面爆破的局限性。
  此外,由于水袋的存在,爆破时将产生大量的水雾,可扑灭粉尘,解决了常规方式下污染大的问题,为现场作业人员创造了良好的环境。
 
  3施工技术
  3.1聚能管装置装药技术
  3.1.1聚能管参数
  聚能管由特殊塑料制成,具备抗静电阻燃的特点,为异形双槽结构。根据本项目的施工条件选择D型聚能管,长度均设置为3m,具备安装效率高的特点。
  3.1.2聚能管装置的组装方法
  聚能管装置的适用性较强,对起爆元件未提出特定的要求,仅使用常规的毫秒管即可。注药阶段要得到专用设备的支持,如长45cm的注药枪、800W的空压机等。具体流程如下。
  (1)切开药卷包装皮,合并两药卷置入注药枪筒内,无误后将盖子旋紧;
  (2)加压处理,当注药枪达到0.2个大气压时停止;
  (3)炸药经过枪口后有序进入管槽内;
  (4)经过注药处理后形成饱满的D型管槽,将其与塑料扣板稳定相扣并配套毫秒管,结束整个聚能管的配置作业;
  (5)形成聚能管后在其两端分别设置定位块,以提升稳定性。
  注药效率较高,各环节操作较为简便,每循环的安装时间可控制在1h内;对人员未提出过多的要求,仅需2~3人即可,爆破员便可胜任此项工作。考虑到爆破安全性问题,组装房内并未完成所有组装操作,即保留了起爆毫秒管安装环节,但在管底部安装了半卷炸药,将其转移到待施工的掌子面后,再基于常规方法安装毫秒管,将其插入预先设置的药卷中。爆破所用的水袋制作较为简单,2名杂工即可完成,无任何难度。
 
  3.2周边眼的确定
  关于炮眼的布置,本项目所用的聚能水压光面爆破技术在此方面并未做出调整,依然采用常规光面爆破的布孔原则,且未调整具体钻孔工艺及配套设备。较特殊的是周边眼的设置,此处间距为90~100cm,由于在常规方式的基础上增大了间距,因此每循环减少的周边眼数量可达22个。
 
  3.3钻孔
  以炮眼布置图为基准确定合适的孔位;掏槽眼适当加深20cm,严格控制对孔误差,本孔≤3cm;设置辅助眼,要求其对孔误差≤10cm;选取断面轮廓并于该处设置适量周边眼,确保环向误差≤105cm;若开挖面平整度欠佳则结合实际情况,在原炮眼深度的基础上适当调整,最终目标在于令各炮眼眼底共处相同的垂面上;依次设置钻眼后再全面核对。
 
  3.4装药
  处理孔内残留的岩粉,在高压风的作用下将其清理干净;使用炮棍检查以明确孔内是否存在堵塞现象;遵循分片分组的原则完成装药作业,各孔装药量要满足参数要求;连接爆破网路并全面检查。
 
  3.5堵塞
  通过对炮孔的堵塞处理有助于改善炸药能量利用率偏低的情况,并缓解爆破振动效应。结束装药作业后及时堵塞炮孔,本次施工中要求孔口堵塞长度至少达到20cm。由于掏槽孔内并未完全装满炸药,因此该部分要得到有效的填堵。炮泥是重要的堵塞材料,采取2/3砂和1/3黄土的配比经充分混合后形成水炮泥。
 
  3.6起爆网路
  选择电雷管起爆的方式,连线时要注重对导爆管的保护,不可出现打结或是拉细等问题;每簇雷管数量要得到有效控制,应大体相同且原则上不允许超过20个;利用黑胶布紧密缠绕好传爆雷管。形成爆破网络后交给专员验收,各处细节都无误后即可起爆。
 
  4聚能水压光面爆破技术在轿顶隧道应用研究
  根据轿顶隧道的施工要求,最初将聚能水压光面爆破技术应用于进口左线处,将各项施工信息记录完整,如各工序的耗时、开挖进尺等。根据工程经验选择与该段围岩性质相同的施工地段,对两项技术的应用效果进行对比分析,主要体现在技术可行性、安全性、成本控制等方面。常规爆破与聚能水压光面爆破技术钻爆参数的对比如表1所示。
 
  表1常规爆破与聚能水压光面爆破技术钻爆参数对比
  注:数据为常规爆破和聚能水压爆破采取样本数量的平均值。
  经对比分析后得知在地质条件相同的前提下,若开挖断面规格、钻孔深度等各项基础工艺参数保持一致,聚能水压光面爆破更具优势,较常规方法开挖能力更强,单个循环可增加0.4m,所用炸药减少36kg;在通风降尘上耗费的时间节省了15min;诸如钻爆、出渣等环节的效率较高,在此方面每循环节省的时间可达2h。
 
  5效益分析对比
  主要从技术效果和经济效益两个方面进行对比和分析,具体如下所述。
 
  5.1技术效果分析对比
  (1)若为光面爆破的方式在设置炮眼时间距为40~50cm。本项目选择聚能水压光面爆破的方式后可在该基础上扩大间距,达到80~100cm,每个循环所需的炮眼量有所减少,打眼效率高。
  (2)由于聚能水压光面爆破技术水楔效应进一步提升,切割石块也更均匀,爆破后渣堆碎石块度下降20%~30%,更有利于装车。
  (3)水袋的雾化作用将通风时间压缩33%,从原来的30min缩短至20min,节约施工成本,同时空气质量更好、粉尘含量更低,大大改善了施工环境。
 
  5.2经济效益分析
  对比本次施工从实际情况出发,该技术在经过现场的应用试验后,为探明其在经济效益方面的应用效果,将其与常规光面爆破对比分析,如表2所示。
  表2爆破对比
  注:数据为常规爆破和聚能水压爆破采取样本数量的平均值。
  若为聚能水压光面爆破的方式,相较于常规方法进尺增加达到11.1%,在改善爆破效果的同时单位用药量得到有效控制,节省约15%,爆破现场的粉尘也得到了控制,通风时间缩短了15min。相比于常规方法周边眼数量减少1/2,因此在成本控制上效果良好,每米较常规方法可节省33.3%,综合成本减少10.77%。
 
  6结语
  基于对效率、安全性、成本、环保效益等方面的综合对比后,证实了聚能水压光面爆破具有优良的应用效果,可有效控制超欠挖现象且各环节施工效率较高、对周边的扰动性较小。总体来说,聚能水压光面爆破在隧道工程中具有优良的应用效果。
  撰稿:拜晓亮(1984-),男,陕西渭南人,中交第二公路工程局有限公司工程师,研究方向:隧道施工管理。