公路隧道聚能水压爆破技术应用研究

公路隧道聚能水压爆破技术应用研究

周述林

中交隧道工程局有限公司华南分公司广西玉林510700

摘要：公路隧道施工过程中，常规光面爆破解决了部分超欠挖问题，但开挖轮廓线凹凸不平，产生有害化学气体，需要修整周边轮廓才能进行下步工序，从而对公路隧道施工进度、质量和经济效益产生不良影响。本文针对新型的爆破技术——聚能水压爆破技术进行了探讨，该技术不仅光面爆破效果好，具有节能环保的特点，且根据各种爆破技术在实际应用中的效果和经济成本，对聚能水压爆破技术的爆破效果和经济效益进行了比较分析。

关键词：聚能水压爆破技术；公路隧道；应用

引言：

众所周知，隧道开挖施工是公路隧道施工最为关键的一环，直接决定着公路隧道工程的进度、质量和效益。在公路隧道施工过程中，聚能水压爆破技术的应用有效地解决了传统爆破技术和水压爆破技术中存在的问题，在实现了“三提高、两降低、一保护”的爆破效果的基础上，极大地减轻了炮眼装药结构制作工作量，降低了对围岩的扰动，因此，围绕公路隧道施工中聚能水压爆破技术的应用进行研究具有显著的现实意义。

1聚能水压爆破技术

1.1聚能水压爆破技术原理

聚能水压爆破技术是水压爆破技术与聚能爆破技术结合而成的，该技术最为显著的特点就是炮眼的底部、孔口堵塞炮泥前设置水袋，常规爆破炮眼中的传爆线和药卷用聚能管装置来代替，堵塞孔口用的炮泥是由专用设备加工而成的。采用聚能水压爆破技术时，炸药爆炸会产生高压高温气体，聚能管内会形成高能气流，在高压高温气体膨胀作用、高能气流气刃作用和炮眼内水袋的“水楔”效应有机结合，相互作用，并在炮泥和水袋共同作用下，使得爆破产生的膨胀气体在炮眼中在聚能管控制下向相邻炮孔产生切割作用。因此，相较于常规爆破技术，聚能水压爆破技术更有利于裂缝的延伸扩展，产生的爆破效果更好。由于聚能水压爆破技术可减少炸药用量，使得爆破后产生的有害气体减少，同时炮眼内设置的水袋，在炸药爆破冲击作用下水袋破裂形成的水雾，起到了良好的降尘效果，缩短了通风时间，使得作业环境得到有效改善，对施工人员的身体健康起到了极大的保护作用。

1.2聚能管装置装药技术

聚能管是一种特种塑料管，具有阻燃、抗静电的作用，管长主要根据围岩级别、围岩节理发育状况、围岩完整状态等多种因素确定开挖循环进尺，从而确定炮眼深度来控制聚能管长度，主要有2m、2.5m、3m等。聚能管采用两个相似可合为一体的半壁管组成，装置中所用的雷管和传爆线与其他爆破技术所用的起爆器材是相同的，利用小型空压机和注药枪等设备将炸药注入到聚能半壁管内。半壁管注药步骤为：（1）沿纵向切开药卷包装，同时切开药卷一端，沿纵向切开面将两药卷合并装入到注药枪桶内，将旋转盖拧紧；（2）利用小型空压机给注药枪加压；（3）按照从头到尾的方向将注药枪内的炸药注入到半壁管内；（4）选择其中一片半壁管设置传爆线，待传爆线设置完成后将两个半壁管相扣，然后再安装上起爆雷管，这样聚能管就组装完成了。需要注意的是，为防止聚能槽发生转动，需要将塑料套圈套在聚能装置的两端，起爆雷管安装应该尽可能地等到聚能管装置运到掌子面时进行，而不要在组装房内安装，以保证安全。聚能管装药过程要尽可能的快捷，缩短组装时间，确保爆破技术作用的有效发挥。

2聚能水压光面爆破技术应用

2.1确定周边孔的参数

聚能水压光面爆破技术布孔和普通的光面爆破布孔一样，凿岩工艺和工具也一样。唯一的区别就是周边孔的间距，普通光面爆破周边孔的间距一般为40cm，最大不超过50cm；聚能水压爆破周边孔间距为80cm至100cm，另外围岩节理发育处以及起拱线可结合当地情况适当调整炮眼间距。

2.2装填操作步骤

施工人员在进行装填操作前，首先要做好充足的准备工作，主要包括加工聚能管，并运送至施工掌子面，准备好辅助材料，如夹条、孔内定位棉、绝缘胶带等等。然后，严格按照操作程序进行装填操作，先填装一个水袋至炮眼最底部，其中要注意水袋与炮眼最底部之间不可存在空隙，必须紧密接触；然后，填装聚能管装置，聚能管长度要与炮眼深度相匹配，并与之前装入的水袋紧密接触，聚能槽要与轮廓面保持一致，千万要注意防止装错；随后在聚能装置前装填两袋水袋；最后，回填炮泥堵塞炮眼，要确保炮泥的坚实性，发挥其堵塞作用。聚能水压光面爆破装药结构，如图1所示。

图1聚能水压光面爆破装药结构

2.3聚能水压爆破控制要点

（1）制作水袋和炮泥。首先，将圆头水袋代替以往的平头水袋，以便减少水袋与孔壁间的摩擦力，避免水袋摩擦损坏，方便水袋安装，水袋中含水量控制在其总容量的90%左右；其次在制作炮泥期间，如果含砂量太高则会导致炮泥不易成型，过少就会比重小。因此要确保适中，过多则炮泥太软，不易于振捣密实，过少则粘结性降低。经相关实验得知，三种成分的质量比例为水：砂：黏土=0.16：0.09：0.75；再次要确保炮眼底部的水袋完好无损，且要紧密贴合炮眼底部，另外对于辅助眼与掏槽眼而言，炮泥、药卷以及水袋应尽可能缩小空隙，确保炸药的剂量充分；最后剩余炮孔的空间平分填入炮泥与水袋，并采取四舍五入的方式，理论上水袋越多越好，但也要保证炮泥的长度不可低于40cm，太短就失去了堵塞的作用，在填充炮泥时要使用炮棍敲打以便密实。

（2）制作聚能药槽。聚能管是用一种具有抗电阻燃的特殊塑料加工而成的，其由两种较为相似的半壁管组合而成，管壁厚度为2mm，聚能管的长度取决于受开挖进尺限制的炮眼深度，半壁管中间的凹槽叫做聚能槽，聚能槽的顶角为60~700。导爆索、乳化炸药以及聚能管共同组成聚能管装置，聚能管装药采用专用的注药枪来完成，将乳化炸药破皮以后倒入枪筒中，再拧紧旋转盖，逐步加压使枪筒内的压力达到五分之一个大气压时，按住开关沿着半壁管慢慢移动，此时炸药就会陆续流到半壁管内，将已注满的两个半壁管相扣合为一体，然后装上起爆固定以及导爆索，进而完成了聚能管的安装。装药过程简洁方便，一个循环使用的聚能管数量在一个小时内就能够完成，周边眼的装药时间也减少了一半。

3聚能水压爆破技术效果与经济效益比较

3.1聚能水压爆破技术效果

公路隧道施工中，相较于常规爆破技术而言，聚能水压爆破技术的应用极大地减少了炮眼数量，节省了钻眼时间，同时因减少炸药使用量故而减弱对围岩的扰动，提高了隧道围岩的稳定性和安全性。研究数据显示水压爆破技术的炮眼利用率为94%，而聚能水压爆破技术的炮眼利用率可高达98%以上，由此可见，显著提高了炸药利用率；水压爆破技术的半眼痕保留率为75%，而聚能水压爆破技术的半眼痕保留率为86%，半眼痕保留率得到了显著提高。同时，相较于常规爆破技术和水压爆破技术而言，聚能水压爆破技术的开挖轮廓聚更加整齐平顺，并实现了超欠挖的有效控制。聚能水压爆破技术的“水楔”效应得到了有效提升，炸药爆炸后所切割的石块更加均匀，碎石块度得到了明显降低，便于装车。除此之外，利用聚能水压爆破技术水袋的雾化作用可以有效地降低通风时间，提供施工经济效益，同时水袋的雾化作用还能够起到降低粉尘含量的作用，提高空气质量，为施工人员创造一个良好的施工环境，保护施工人员的身体健康。3种爆破技术效果比较，如表1所示

表1三种爆破技术效果比较

总之，聚能水压爆破技术在公路隧道施工中的应用体现出了明显的优势。通过与传统爆破技术和水压爆破技术的爆破效果和经济效益比较，得出以下结论：该技术的应用能够有效控制超欠挖问题，减少炮眼数量和对围岩的扰动，提高炸药利用率、提高施工效率、提高了经济效益，同时降低了空气中爆破产生的粉尘含量、降低空气中爆破产生的有害化学气体浓度，促进施工环境的改善，保护施工人员的身体健康。

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