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      行業新聞
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      恩施力源爆破--「建筑交通」聚能水壓光面爆破技術在隧道施工中的應用
        1工程概況
        本文以轎頂隧道工程作為背景,該隧道位于云南省昭通市境內,由中交二公局隧道工程公司承建。該隧道為單向雙公路,隧道截面呈半圓拱型,單幅隧道凈空為(寬×高)10.25m×5.00m。左線總長達6318m,最大埋深為547.33m,右線總長達6307m,最大埋深為555.11m,為典型的深埋特長隧道。結合現場施工條件基于上、下臺階法完成開挖作業。
        水壓爆破技術成熟,在當前的隧道施工中已經取得了廣泛的應用,鉆進炮眼后向其中置入適量水袋并輔以炮泥封堵措施,具備爆破效果優良、炸藥能量利用率高、環保等多重優勢。相較于傳統技術其進尺能力強,洞渣大塊率得到有效控制,是應用效果較好的爆破開挖技術。本文結合上述工程引入了聚能水壓光面爆破技術,將其與常規方式下的光面爆破技術對比分析,最終取得了良好的施工效果。
       
        2聚能水壓光面爆破技術原理
        聚能水壓光面爆破作為一項新型工程技術,在隧道掘進施工中取得廣泛應用,在聚能爆破的基礎上融入了水壓爆破方式,集多種技術優勢于一體。
        聚能水壓光面爆破是基于常規爆破技術而衍生出的一種全新形式,即改變了使用藥卷和導爆索的方式,轉為聚能管裝置,形成炮孔后于底部與頂部均增設了水袋,并使用炮泥回填實現對炮孔的填塞。
        作為常規的光面爆破技術,主要依賴的是炸藥爆炸所產生的能量,大量應力波可傳遞至巖石內形成徑向壓應力和切向拉應力。從布孔特點來看,炮眼連線兩側將出現極為明顯的應力集中現象,伴隨有較大拉應力,當該值在巖石抗拉強度之上時則會擴大巖體裂縫。此外,炸藥爆破時伴隨大規模的氣體膨脹現象,其產生的靜力作用也起到擴大裂縫的效果。
        若利用聚能水壓光面爆破技術,在具備常規爆破技術優勢的基礎上還實現了技術層面的優化,最終爆破效果更為良好。聚能槽將釋放大量的高溫高壓射流,由于炮孔內設置了水袋,因此伴隨有“水楔”效應,加之應力波的作用,最終巖石初始裂縫較常規方式擴展范圍更大。炮孔處使用專用炮泥封堵,內部將匯聚大量膨脹氣體,帶來的靜力作用更為強烈,有助于裂縫的擴大。在上述多重因素的共同作用下最終取得顯著的爆破效果,突破了常規光面爆破的局限性。
        此外,由于水袋的存在,爆破時將產生大量的水霧,可撲滅粉塵,解決了常規方式下污染大的問題,為現場作業人員創造了良好的環境。
       
        3施工技術
        3.1聚能管裝置裝藥技術
        3.1.1聚能管參數
        聚能管由特殊塑料制成,具備抗靜電阻燃的特點,為異形雙槽結構。根據本項目的施工條件選擇D型聚能管,長度均設置為3m,具備安裝效率高的特點。
        3.1.2聚能管裝置的組裝方法
        聚能管裝置的適用性較強,對起爆元件未提出特定的要求,僅使用常規的毫秒管即可。注藥階段要得到專用設備的支持,如長45cm的注藥槍、800W的空壓機等。具體流程如下。
       ?。?)切開藥卷包裝皮,合并兩藥卷置入注藥槍筒內,無誤后將蓋子旋緊;
       ?。?)加壓處理,當注藥槍達到0.2個大氣壓時停止;
       ?。?)炸藥經過槍口后有序進入管槽內;
       ?。?)經過注藥處理后形成飽滿的D型管槽,將其與塑料扣板穩定相扣并配套毫秒管,結束整個聚能管的配置作業;
       ?。?)形成聚能管后在其兩端分別設置定位塊,以提升穩定性。
        注藥效率較高,各環節操作較為簡便,每循環的安裝時間可控制在1h內;對人員未提出過多的要求,僅需2~3人即可,爆破員便可勝任此項工作??紤]到爆破安全性問題,組裝房內并未完成所有組裝操作,即保留了起爆毫秒管安裝環節,但在管底部安裝了半卷炸藥,將其轉移到待施工的掌子面后,再基于常規方法安裝毫秒管,將其插入預先設置的藥卷中。爆破所用的水袋制作較為簡單,2名雜工即可完成,無任何難度。
       
        3.2周邊眼的確定
        關于炮眼的布置,本項目所用的聚能水壓光面爆破技術在此方面并未做出調整,依然采用常規光面爆破的布孔原則,且未調整具體鉆孔工藝及配套設備。較特殊的是周邊眼的設置,此處間距為90~100cm,由于在常規方式的基礎上增大了間距,因此每循環減少的周邊眼數量可達22個。
       
        3.3鉆孔
        以炮眼布置圖為基準確定合適的孔位;掏槽眼適當加深20cm,嚴格控制對孔誤差,本孔≤3cm;設置輔助眼,要求其對孔誤差≤10cm;選取斷面輪廓并于該處設置適量周邊眼,確保環向誤差≤105cm;若開挖面平整度欠佳則結合實際情況,在原炮眼深度的基礎上適當調整,最終目標在于令各炮眼眼底共處相同的垂面上;依次設置鉆眼后再全面核對。
       
        3.4裝藥
        處理孔內殘留的巖粉,在高壓風的作用下將其清理干凈;使用炮棍檢查以明確孔內是否存在堵塞現象;遵循分片分組的原則完成裝藥作業,各孔裝藥量要滿足參數要求;連接爆破網路并全面檢查。
       
        3.5堵塞
        通過對炮孔的堵塞處理有助于改善炸藥能量利用率偏低的情況,并緩解爆破振動效應。結束裝藥作業后及時堵塞炮孔,本次施工中要求孔口堵塞長度至少達到20cm。由于掏槽孔內并未完全裝滿炸藥,因此該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黃土的配比經充分混合后形成水炮泥。
       
        3.6起爆網路
        選擇電雷管起爆的方式,連線時要注重對導爆管的保護,不可出現打結或是拉細等問題;每簇雷管數量要得到有效控制,應大體相同且原則上不允許超過20個;利用黑膠布緊密纏繞好傳爆雷管。形成爆破網絡后交給專員驗收,各處細節都無誤后即可起爆。
       
        4聚能水壓光面爆破技術在轎頂隧道應用研究
        根據轎頂隧道的施工要求,最初將聚能水壓光面爆破技術應用于進口左線處,將各項施工信息記錄完整,如各工序的耗時、開挖進尺等。根據工程經驗選擇與該段圍巖性質相同的施工地段,對兩項技術的應用效果進行對比分析,主要體現在技術可行性、安全性、成本控制等方面。常規爆破與聚能水壓光面爆破技術鉆爆參數的對比如表1所示。
       
        表1常規爆破與聚能水壓光面爆破技術鉆爆參數對比
        注:數據為常規爆破和聚能水壓爆破采取樣本數量的平均值。
        經對比分析后得知在地質條件相同的前提下,若開挖斷面規格、鉆孔深度等各項基礎工藝參數保持一致,聚能水壓光面爆破更具優勢,較常規方法開挖能力更強,單個循環可增加0.4m,所用炸藥減少36kg;在通風降塵上耗費的時間節省了15min;諸如鉆爆、出渣等環節的效率較高,在此方面每循環節省的時間可達2h。
       
        5效益分析對比
        主要從技術效果和經濟效益兩個方面進行對比和分析,具體如下所述。
       
        5.1技術效果分析對比
       ?。?)若為光面爆破的方式在設置炮眼時間距為40~50cm。本項目選擇聚能水壓光面爆破的方式后可在該基礎上擴大間距,達到80~100cm,每個循環所需的炮眼量有所減少,打眼效率高。
       ?。?)由于聚能水壓光面爆破技術水楔效應進一步提升,切割石塊也更均勻,爆破后渣堆碎石塊度下降20%~30%,更有利于裝車。
       ?。?)水袋的霧化作用將通風時間壓縮33%,從原來的30min縮短至20min,節約施工成本,同時空氣質量更好、粉塵含量更低,大大改善了施工環境。
       
        5.2經濟效益分析
        對比本次施工從實際情況出發,該技術在經過現場的應用試驗后,為探明其在經濟效益方面的應用效果,將其與常規光面爆破對比分析,如表2所示。
        表2爆破對比
        注:數據為常規爆破和聚能水壓爆破采取樣本數量的平均值。
        若為聚能水壓光面爆破的方式,相較于常規方法進尺增加達到11.1%,在改善爆破效果的同時單位用藥量得到有效控制,節省約15%,爆破現場的粉塵也得到了控制,通風時間縮短了15min。相比于常規方法周邊眼數量減少1/2,因此在成本控制上效果良好,每米較常規方法可節省33.3%,綜合成本減少10.77%。
       
        6結語
        基于對效率、安全性、成本、環保效益等方面的綜合對比后,證實了聚能水壓光面爆破具有優良的應用效果,可有效控制超欠挖現象且各環節施工效率較高、對周邊的擾動性較小??傮w來說,聚能水壓光面爆破在隧道工程中具有優良的應用效果。
        撰稿:拜曉亮(1984-),男,陜西渭南人,中交第二公路工程局有限公司工程師,研究方向:隧道施工管理。
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