聚能水压光面爆破在高原深埋隧道施工中应用.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）０８００８８０４・隧道／地下工程・聚能水压光面爆破在高原深埋隧道施工中应用冯爱东怀正（中铁十七局集团第五工程有限公司山西太原０３００３２）摘要：概述聚能光面水压爆破技术，成功应用于川藏线拉林铁路ｌｌ标高原深埋隧道的施工。通过推广应用聚能水压光面爆破新技术，项目部施工进度、成本、安全、质量等有大幅度提高，施工作业队普遍好评，反应该技术的先“”进性、实用性、科学性，深得施工人员的欢迎。隧道掘进采用聚能光面水压爆破有明显的三提高一保护作用，即提高了炸药能量利用率、施工进度及经济效益，同时保护了作业环境，更好的做到了以人为本，社会、环境效益显著。大家一致认为这项新技术在隧道掘进施工中极为实用，可为今后相似工程提供参考。关键词：聚能水压爆破高原应用中图分类号：Ｕ４５５．６文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９．４５３９．２０１８．０８．０２１ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｍｏｏｔｈ－ｓｕｒｆａｃｅＢｌａｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｐｌｉｅｄｉｎＤｅｅｐ－ｂｕｒｉｅｄＴｕｎｎｅｌｏｎＰｌａｔｅａｕＦｅｎｇＡｉ，ＤｏｎｇＨｕａｉｚｈｅｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１７山ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ５山ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．１ａｄ．，ＴａｉｙｕａｎＳｈａｎｘｉ０３００３２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｍｏｏｔｈ－ｓｕｒｆａｃｅｂｌａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｄｅｅｐｂｕｒｉｅｄｔｕｎｎｅｌｉｎｐｌａｔｅａｕｏｎｔｈｅＬｏｔ１１ｏｆＮｙｉｎｇｃｈｉ－ＬｈａｓａＲａｉｌｗａｙｉｎＳｉｅｈｕａｎ・ＴｉｂｅｔＨｉｇｈｗａｙ，ｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｂｙｐｒｏｍｏｔｉｎｇｔｈｉｓｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｓｃｈｅｄｕｌｅ，ｃｏｓｔ，ｓａｆｅｔｙ，ｑｕａｌｉｔｙａｎｄＳＯｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｈａｖｅｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｇｒｏｕｐｓｈａｖｅｓｉｖｅｎｈｉｓｈｐｒａｉｓｅｔｏ’ｉｔ．ＩｔＳｒｅｓｐｏｎｄｔｏｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄ，ｐｒａｃｔｉｃａｌａｎｄｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｎａｔｕｒｅｏｆｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｗｅｌｃｏｍｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｅｒｓｏｎｎｅｌ．Ｉｎｔｈｅｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔ“ｏｆｔｈｒｅｅｒａｉｓｅａｎｄｏｎｅ”ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｓｏｂｖｉｏｕｓ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｎｅｒｇｙｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｄｕｌｅａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔｐｒｏｔｅｃｔｓｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｂｅｔｔｅｒａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｐｅｏｐｌｅ・ｏｒｉｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｏｃｉａｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｂｅｎｅｆｉｔｓａｌｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅ．Ｅｖｅｒｙｏｎｅａｇｒｅｅｓｔｈａｔｔｈｉｓｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｐｒａｃｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎａｎｄｉｔｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｔｈｅｒｉｎｇｅｎｅｒｇｙ；ｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｐｌａｔｅａｕ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１工程概况布喀木隧道位于念青唐古拉山与喜马拉雅山之间的藏南谷底高山区，山高谷深，气候极端恶劣。山脉呈南北向纵贯延展，谷岭相间，地势起伏跌宕。隧道纵断面标高范围为３０８１～４５００ｍ，隧道最大埋深约为——收稿日期：２０１８０６２１基金项目：中国铁建股份有限公司科研开发计划项目（１６．Ｃ２２）作者简介：冯爱（１９７５一），男，高级工程师，主要从事铁路施工方面的工作。１３８１ｍ。隧道进出口有乡村便道相通，交通方便。隧道起讫里程ＤＫ３６２＋１８０一ＤＫ３７１＋４２０，全长９２．４０ｍ，其中单线隧道长８９２０ｍ，车站隧道长３２０ｍ。本隧设置长１６９５ｍ无轨单车道横洞１座，运营期间横洞作为避难所，其中ＨＤＫ０＋００６．６５一ＨＤＫ０＋１１０段作为待避空Ⅱ间。隧道级围岩５７５０Ⅲｍ、级围岩２３１０ｍ、ＩＶ级围岩１０３０ｍ、Ｖ级围岩５８ｍ、ＶＩ级围岩７０ｍ、明洞２２ｍ。由于隧道地处青藏高原，海拔高，缺氧，隧道长８８铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８仞Ｊ万方数据・隧道／地下工程・排烟困难，效率低，经讨论决定采用聚能水压光面爆破掘进。２施工方案２．１聚能水压光面爆破技术概述聚能水压光面爆破技术是爆破周边眼中由聚能管装置替代了常规光面爆破炮眼中的药卷和传爆线光爆炮眼的最底部和上部有水袋，用炮泥机加…工成的炮泥回填堵塞。聚能水压光面爆破中聚能槽产生的高温高压“射流以及炮眼中的水袋在爆炸作用下产生的水”楔效应旧ｊ，促使岩石初始裂缝延伸扩展加大碎裂。水袋破裂，水袋中的水雾化起到降尘的效果，改善∞了施工环境，保护了作业人员的身体健康】。２．２聚能管装置聚能管由厂家采用一种抗静电的特种材料制成，管长２１１１、２．５１７１、３ｍ不等。根据隧道围岩情况打炮眼深度确定聚能管的长度。聚能管由两个相似半壁管组成，管壁厚约２ｍｍ，两个半壁管中部有“”一个向内凹进去的槽，称为聚能槽。为调整聚能槽的方向，两个半壁管可调整聚能方向９。－Ｉ－１。，聚“能管中的炸药为乳化炸药，采用注药枪注入ＨＪ。２．３聚能管组装聚能管组装一般在室内，加工容易。步骤如下：（１）打开注药枪后盖，把药卷纵向切开，剥去包装皮，然后装入注药枪筒中，拧紧注药枪后盖。（２）用小型空气压缩机给注药枪加压，压力为０．２大气压。（３）手握注药枪沿着半壁管内从头到尾均速移动，使炸药从枪口连续不断地注入半壁管内。（４）两个半壁管注满炸药后，在其中的一个半壁管内压人一根传爆线，然后两个半壁管组装在一起，装上起爆雷管。（５）为防止聚能管在炮眼中转动，在装入炮眼之前在聚能管两端安装定位块。到此一根聚能管组装结束。为了保证安全，在聚能管加工室里一定不要安装起爆雷管，等到掌子面准备放人炮眼内时再安装起爆雷管＂Ｊ。整个组装过程简单易学，不需用特殊技能，一个循环用的聚能管装置由两个工人一个小时左右”‘就可以组装完毕１０｜。２．４工艺流程聚能水压光面爆破工艺与普通光面爆破技术基本相似，不同之处有两点：一是事先加工好爆破所需的炮泥和水袋；二是组装聚能管（见图１）。图１聚能水压光面爆破工艺流程２．５开挖面炮眼布置聚能水压光面爆破炮眼布置与普通光面爆破唯一不同的地方就是周边眼间距放大一倍，其他包括打眼方式均一样。普通光面爆破周边眼间距４０－５０Ｃｍ，而聚能水压光面爆破炮眼间距可以放大到—８０１００Ｃｍ，周边眼少打近铁道建翁技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（０８Ｊ８９万方数据・隧道／地下工程・辅助眼：首先往炮眼最底部装填水袋，必须把水袋捅到底，随后装填药卷，药卷数量要比常规爆破少ｌ卷，药卷必须与最底部水袋靠紧，量测炮眼还有多深，其深度的二分之一为装填水袋的累计长度，例如剩余深度１．２ｍ，二分之一为０．６ｍ，那么往炮眼装填３个水袋就可以了；如果计算出现３．５条以上的装填４条水袋，小于３．５条的装填３袋，最后用炮泥边回填边捣固直至炮眼口（见图３）。比常期爆破至炮眼口距离的图３辅助眼装药结构示意掏槽眼：装药顺序与辅助眼装药顺序一致，只是在装药卷的数量上比常规爆破少２卷（见图４）。≠丝掣。塑Ｉ导爆管Ｉ封堵炮泥至炮眼口／一周边眼：先在炮眼底部装入１条水袋，随后装入—１卷药卷，然后间隔６０７０ｃｍ装人半节药卷，距炮眼口８０ｃｍ停止装药，装入２条水袋、２节炮泥封口（见图５）。聚能管至炮眼口距离的＝堇坐堡塑；型蔓坠垒！垦整Ｉ导爆管塾堕丝亟兰堕坠！／——。图５周边眼装药结构示意起爆网络采取孔内延期微差，孔外簇联的起爆方式，各引爆雷管之间采取并联的方式，以保证起爆网络的可靠性和准确性。起爆顺序：从掏槽眼开始，一层一层地向外辅助眼进行，最后是周边眼、底板眼。起爆前应按要求做好各项安全防护措施。３取得的效果在改进施工工艺后，隧道的光面爆破效果得到了很大地提高，超欠挖控制较好，实现目标（如表１９０铁道建筑技术～表２）。表１聚能光面水压爆破超挖情况调查循环序号ｌ２３４５最小超挖／ｍＯ．００Ｏ．０００．００Ｏ．ｏｏＯ．ｏｏ最大超挖／ｍ０．１３０．１ｌ０．０６Ｏ．０８Ｏ．０６平均超彬ｍＯ．０６５Ｏ．０５５０．０３０．０４０．０３超挖方ｔ／ｍ３３．５ｌ２．９７１．６２２．１６１．６２表２常规爆破与聚能光面水压爆破超挖对比ｍ，循环序号ｌ２３４５平均超挖方量常规爆破超挖量３．５１２．９７１．６２２．１６１．６２２．３８聚能光面水压ｌＯ．５３８．３７１１．６ｌ１０．８０８．１０９．８９爆破超挖量节约方量７．０２５．４０９．９９８．６４６．４８７．５１４经济效益分析光面水压爆破设备的一次性投人为炮泥制作机和封口机的费用。炮泥机到场费用为５０００多元，封口机６０００多元，可以长期使用，转场便捷，损耗低，平均摊销费用后可忽略不计。（１）制作炮泥、水袋的人工费用制作炮泥需要１人，制作水袋需要１人，加工聚能管需要２人，每天按每人１５０元的工资计算，每天可以施作６个循环使用的炮泥和水袋，折合每延米支出费用：１５０Ｘ４÷３．３÷６＝３０．３元（２）水袋费用水袋每个０．２元，每延米费用：（１３×５＋６１×６＋４１×５）Ｘ０．２÷３．３＝３８．５元（３）制作炮泥的土砂费用土砂每方４０元，每方土砂可制作炮泥１２００ｍ，合计６０００根，每循环使用５２１根，可使用１１．５个循环，每延米增加费用：４０÷１１．５÷３．３＝１．１元（４）封袋机、炮泥机的电费每天平均工作４ｈ即可满足施工需求，炮泥机功率为４ｋＷ，封袋机功率为０．６８ｋＷ，电费１．２形度，每天施工水袋、炮泥的电费：（４＋０．６８）×４÷３．６×１．２＝６．２元（５）聚能管的费用聚能管每米费用６元，每循环消耗聚能管的费用：３０×６×２．５＝４５０元使用聚能光面水压爆破每延米需另外支出的ＲＡ『ＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８脚Ｊ万方数据・隧道／地下工程・费用合计为：３０．３＋３８．５＋１．１＋６．２＋４５０＝５２６．１元根据以上汇总数据分析，将以上每延米节省的火工品费用、人工费用、电费、混凝土费用合计，再去除制作炮泥、水袋的材料费用、人工费用、电费的支出费用后，采用聚能光面水压爆破每延米可节省费用：２—１７９．７９５２６．１＝１６５３．７元。５结论当今社会提倡低炭、节能、环保，隧道掘进采用“”聚能光面水压爆破有明显的三提高一保护作用，即提高了炸药能量利用率、提高了施工进度、提高了经济效益、保护了作业环境。该技术降低了粉尘含量，减少了对环境的污染，保护施工人员的身体健康的优势十分明显，更好地做到了以人为本，社会、环境效益显著。参考文献［１］何广沂，徐凤奎．荆山等节能环保工程与爆破［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００７．［２］蔡福广．光面爆破技术［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９４．［３］刘海波，白宗河，刘学攀，等．隧道掘进聚能水压光面—爆破新技术与应用［Ｊ］．工程爆破，２０１７（１）：８１８４．［４］刘海波．聚能水压光面爆破新技术在成兰铁路隧道施工中的应用分析［Ｊ］．工程爆破，２０１７（１）：８ｌ一８４．［５］徐凤奎．隧道掘进水压爆破技术的研究与应用［Ｊ］．铁—道建筑技术，２００３（４）：６２６３．［６］姜文升，陈铁峰，李彦芳．单线隧道全断面光面爆破—［Ｊ］．铁道建筑技术，２００２（ｓ１）：２２２３．［７］李庆斌．隧道掘进水压爆破技术及应用分析［Ｊ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