采用水压爆破降低爆破振动

摘要：文笔山隧道进口段Dk8+723-838为II围岩，设计地质概况为花岗闪长岩，弱风化，块状构造，岩体较完整，地下水主要为基岩裂隙水，不发育。该段采用全段面开挖，爆破量大，采用一般爆破法开挖，地震冲击波对洞口周边建筑物影响过大，已造成村民数次堵路阻工。因此，我们小组计划采用水压爆破法施工以减少隧道爆破产生的震动冲击波对邻近建筑物的影响。

关键词：水压爆破 设计 减轻震动

中图分类号：U448 文献标识码： A

一、工程概况

本项目部负责施工的文笔山隧道进口段位于延平区后岭下村，进口洞门附近一百米范围内有十几户民房。隧道进口段围岩情况如下：

表1.1 隧道进口段围岩情况及与民房距离

二、现状调查

QC小组派专人深入施工现场，对隧道爆破作业工序进行旁站，随机抽查三个循环作业，并对爆破产生的冲击波进行实地检测，通过爆破测震仪检测得出洞口邻近建筑物所在地质点峰值振动速度和主振频率，具体数据详见表2.1。

表2.1 地质点峰值振动速度和主振频率表（实施前）

该表数据显示，爆破过程产生的地质点峰值振动速度和主振频率超过《爆破安全规程》中一般砖房及非抗震的大型砌块建筑物的安全允许振速，祥见下表。

三、目标设定和可行性研究

1、通过小组成员的分析讨论，确定本次活动的目标为： 应用水压爆破技术，使爆破产生的地震冲击波对邻近建筑物的影响在国家标准范围内。

2、可行性分析：

A.不利条件：

（1）隧道进口段围岩地质概况为花岗闪长岩，弱风化，岩体较完整，岩质较硬。

（2）国内还未出台相关的统一技术标准。

B. 有利条件：

（1）小组技术实力强。不但有隧道理论水平高施工经验丰富的技术管理人员，还有中铁十二局隧道专家到现场指导。

（2）有先进设备基础。RNG-AB160型炮泥机，制作出的炮泥具有规格统一、软硬适中、表面光滑等特点，提高了炮眼封堵质量，炮泥制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；购买的水袋具有规格统一、质地均匀、自动灌水封口等特点，提高了环境保护和作业人员的身体健康，减少了粉尘和炸药等异味；还有TC-4859爆破测振仪，可以时时监控爆破震动值。

四、要因分析

隧道爆破时，振动强度过大会造成邻近建筑物不同程度的破坏。本QC小组成员经过认真讨论和研究，从人、材、机、法、环五个方面及时分析出影响隧道水压爆破震动的因素，见图4.1。

五、要因确认

表5.1 要因确认计划表

六、制定对策

根据确定的要因，本QC小组决定采取下列措施，详见对策表8.1：

表6.1 对策表

七、对策实施技术

1、水压爆破定义

水压爆破是由我国著名的爆破专家何广沂教授在上世纪九十年代提出的，其定义为“往炮眼中一定位置注入一定量的水，并用专用的泡泥回填堵塞炮眼”。

2、装药结构

隧道掘进水压爆破在掏槽形式、炮眼布置、数量、深度、起爆顺序和间隔时间等方面与常规爆破一样，所不同的是在炮眼装药量和装药结构方面有所不同。

常规隧道爆破炮眼中仅装炸药而无回填堵塞，水压爆破则是先往炮眼最底部装入水袋，随之装药卷，再装水袋，最后用炮泥回填堵塞，其装药结构见下图。

3、技术原理

水压爆破利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到炮眼围岩中几乎无损失，十分有利于岩石破碎。由于水的缓冲作用和炸药消耗量较低，所以水压爆破所产生的震动、空气冲击波都比常规爆破小，对围岩的破坏作用也小。同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于岩石进一步破碎，炮眼中有水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染，从根源上减少隧道爆破产生的冲击波。

4、工艺流程

水压爆破工艺流程与常规爆破基本相同，不同之处在于要事先加工好爆破所需的炮泥和水袋，并在装药时按照设计的装药结构分次序装入水袋、炸药、水袋后，用炮泥堵塞。

5、水压爆破设计实例

文笔山隧道进口段围岩主要以强～弱风化花岗岩为主，目前施工段为II级围岩，岩石完整，坚硬，局部节理发育，采用全段面开挖，全断面石方107.65m3/m，常规爆破采用垂直楔形掏槽，总炮眼个数150个，炮眼钻打平均深度4.0m。

八、效果检查

通过本次QC小组的攻关活动，我们有效减少了隧道爆破使用炸药量，较大程度降低了隧道爆破产生的震动冲击波，为企业创造了丰厚的经济效益；提高了隧道施工整体质量、安全、进度指标；同时也为隧道施工总结了相关经验，取得了良好的社会效益。

表8.1 地质点峰值振动速度和主振频率表（实施后）

从以上数据可以看出，隧道采用水压爆破以后，爆炸所产生的振动速度和主振频率明显减弱，震动冲击波控制在《爆破安全规程》中一般砖房及非抗震的大型砌块建筑物的安全允许振速范围之内。

2、与常规爆破相比，采用水压爆破以来，隧道每循环爆破节省24kg炸药，每循回进尺增加0.2m，比较显著的是隧道通风降尘时间大大缩短了，提高了工序衔接效率，为企业创造了良好的经济和社会效益。

九、巩固措施

1、本工程在施工中，虽完成了控制性阶段目标，但我们应该在今后施工过程中，进一步探索改进措施，不断提高施工工艺水平。

2、项目部将工艺要求、经验、教训，总结出并在技术交流会上进行交流，向其他隧道进行推广。

十、总结

实践表明，隧道掘进推行水压爆破新技术具有显著的节能环保作用，能降低爆破的粉尘浓度、保护环境，减少粉尘对施工人员身体健康的影响。同时，能确保隧道在同等开挖进尺的情况下，减少炸药的使用量，避免了多余部分炸药在爆破时对围岩的扰动，有效地提高了施工效率、改善了作业环境、降低了施工成本，达到了“提高炸药的能量利用率、提高掘进功效、提高经济效益、降低爆破震动冲击波”的效果。

下一步我们将继续优化水压爆破装药结构，将其应用于隧道全断面光面爆破中，并进行总结和推广。