隧道掘进水压爆破施工方案1.研究背景近年来，我国在不断的加大高速公路和高速铁路铁路投资,随着科技和机械设备的不断更新和发展，隧道的设计长度也在不断的增加，成为施工中的重点难点工程和控制工期的工程 但是目前我国隧道爆破掘进的现状是，几乎所有的隧道爆破掘进的炮眼采取无回填堵塞，或仅用炸药箱纸壳卷成卷塞入光爆眼口上，致使炸药爆炸能量利用率降低而“隧道掘进水压爆破”其创新点是：“往炮眼中一定位置注入一定量的水，并用专用的设备制成的‘炮泥’回填堵塞炮眼”，大大减少了炸药能量的外泄，提高了炮眼利用率，加快了隧道开挖进度，提高了经济效益并且在炮孔中加入水袋后，炸药爆炸后对水起到了雾化作用，大大降低了爆炸时产生的粉尘，真正做到了环保施工 本项目路线通过陇南山区，植被茂密、河水清澈、自然风光优美，因此对林木、植被及地下水资源的保护是施工中的环保重点，为了最大限度降低隧道掘进过程中对自然环境的破坏，本项目拟采用水压爆破掘进方式开挖隧道拟通过水压爆破，降低单位药耗量，提高炮眼利用率，缩短爆渣抛散距离，减小爆渣块度，减轻洞内粉尘含量达到节能环保的目的，起到“三提高一保护”的作用，即提高炸药能量利用率，提高施工效率，提高经济效益，保护环境。
2.爆破原理 隧道水压爆破是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 ⑴炸药在爆炸时产生的冲击波，在水中的衰减速度要远远小于在空气中衰减的速度所以在炮孔底部加入一定量的水袋，使炸药产生的冲击波通过水袋直接作用在岩石上，大大的减少了炸药能量的消耗，提高了炮眼利用率 ⑵炮眼中的水袋，在炸药爆炸的作用下，会产生“水楔”效应，有利于围岩的进一步破碎，减少爆破产生的大块率堵塞水袋在爆炸的作用下会产生雾化作用，可以吸收粉尘，降低爆破后的粉尘浓度，减少了爆后对环境的污染 ⑶由于采用了炮泥加水袋堵塞，避免了炸药能量的外泄，炸药能量充分利用在爆破岩石上，使得爆破效率提高，减少了炸药的消耗，提高了隧道开挖的经济效益 3.水压爆破设计 水压爆破设计与传统的隧道光面爆破设计方案基本相同，只是在装药结构和炮孔堵塞上进行了适当的调整3.爆破方案3.1工艺原理 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来的，其爆破设计与传统的隧道光面爆破设计方案基本相同，只是在装药结构和炮孔堵塞上进行了适当的调整。
原理为“往炮眼中一定位置注入一定量的水，并用专用的‘炮泥’回填堵塞炮眼”，利用在水中传播的冲击波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到围岩中几乎无损失，同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应，有利于岩石破碎，炮眼中的水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染 隧道掘进常规爆破即炮眼无回填堵塞，如图1所示因炮眼无回填堵塞而被空气充满，一旦炸药爆炸，压缩空气大大损失了击波的能量，这就相应地削弱了在围岩中传播的应力波能量，降低了应力波的强度，不利于岩石的破碎；同时，由于炮眼无回填堵塞，爆炸气体膨胀从炮眼口冲出，因而损失了膨胀气体大部分的能量，从而削弱了膨胀气体进一步破碎岩石的作用图1: 隧道掘进爆破炮眼无回填堵塞示意图将图1中炮眼无回填堵塞部位改为图2中的用水袋与炮泥回填堵塞，这样在水中传播的击波对水不可压缩，爆炸能量没有损失地经过水传递到炮眼围岩中，十分有利于围岩破碎，由于用专门设备制成的炮泥回填堵塞炮眼，抑制膨胀气体冲出炮眼口，提高了爆炸能量使用效率图2: 炮孔填塞水袋炮眼装药结构示意图3.2工艺流程炮孔填塞水袋爆破与隧道掘进常规爆破相比主要区别在于增加了以下两道工序：⑴炮泥制作及水袋加工⑵炮泥、水袋及火工品就位施工工艺流程图见图3炮泥制作及水袋加工清 孔安装炸药水袋炮泥钻 孔炮泥、水袋及火工品就位连 线测画断面炮眼定位起 爆施工准备出 碴钻孔台车就位逐孔检查装药情况排险下一循环初期支护爆破设计图3: 水压爆破工艺流程图3.3操作要点炮孔填塞水袋隧道爆破炮眼装药结构如图4所示：图4: 炮眼装药结构示意图L1——眼底水袋长；L2——炸药长；L3——炮眼中间水袋；L4——炮泥回填堵塞长其关系为： L=L1+L2+L3+L4 L1一般为一节水袋的长度，L2为水压爆破所需的炮眼装药量的药卷长度。
如果L3过小，L4过大，则水的作用不大，如果L3过大，L4过小，则抑制爆炸气体膨胀作用不大注：试验过程中起始装药量按普通装药的90%装药，根据爆破效果适当调整装药量3.3.1水袋加工工艺⑴原材料准备 水袋的原材料即水和塑料袋塑料袋为常用的聚乙烯塑料，水袋长200mm，直径为35mm，袋厚约为0.8mm，水袋为厂制品直接购买使用⑵水袋制作封口机在开动之前，先进行定量调节，调节到所需灌装容量定量调节好了之后，打开电源，指示灯亮，调节温控调节器到适当封口温度由绿灯变为红灯时，即达到所调解封口温度(初始温度应设定为130℃为宜，再逐步调节升高)在开始灌注封口前，把主开关拔上，等机器运转两次，使计量泵内吸满水，将空气排出后，把主开关拔下，塑料袋由人工用双手拇指和食指夹住套在出水管口上，按启动开关，即完成自动灌注和封口水袋制作工艺流程如图5所示检查封机口接通电源、预热封口机（温度调节130-160℃）封口机空载运转2-3次水袋试封2-3次调整热封温度及压力水袋成型、密封严实不合格品、废弃处理成品水袋装箱图5:水袋制作工艺流程3.3.2炮泥加工工艺⑴原材料准备炮泥主要采用黏土、砂和水三种材料黏土采用干净的普通黏土，含水量控制在8%以下。
最大颗粒不超过10mm，不得有草根等杂物，大颗粒要人工破碎砂采用干净的细砂，最好使用河砂，含水量控制在3%以下黏土和砂掺杂小碎石块时，应过筛处理，不得将石块投入料斗中，以防止小碎块卡叶片或成形器中的转动螺旋发生故障；加工炮泥的前一天，应把已筛好的泥(土)﹑砂和水按重量配比人工拌和好，这样第二天制作成的炮泥比临时拌和的柔韧性更好⑵炮泥制作开机前，在料斗中加入已预拌和的泥砂料约20kg，然后打开电源，在转动螺旋的推压下，泥料边向前输送边挤压密实，最后在卧式螺旋输送成形器端头源源不断地挤压出来；炮泥是由黏土、细砂、水三种成分组成，三种成分的重量比例为黏土：砂：水=0.75:0.09:0.16，按照配合比例人工拌匀材料后，装入炮泥机的进料仓，开动电钮开始生产，生产出的炮泥按照20cm～30cm的长度切割制作好的炮泥放置时间不要太长，最好在使用前1～2小时制作好，不然会失水变硬，堵塞后影响降尘效果，如放置时间较长，可在加工好的炮泥外包裹塑料薄膜，或放置在阴凉处，用湿土工布完全覆盖保存制好的炮泥以表面光滑、不断裂，用手略微捏一捏可以变形为宜炮泥制作工艺流程如图2所示 原材料准备（黏土、砂、水）人工拌合(土：砂：水=0.75:0.09:0.16)PNJ-A型炮泥机次品炮泥成品炮泥装箱清洗炮泥机配合比设计设备检查计回机重做 合格 不合格图6：炮泥制作工艺流程图3.3.3炮泥机操作规程⑴炮泥机司机必须由经过专项培训的操作工负责开、停，必须严格遵守设备使用说明书相关规定和操作规程。
⑵使用前必须检查机器及周围环境，安全确认后方可操作⑶使用前进行一次空运转，检查炮泥机各部位运转是否正常⑷炮泥机使用时，必须先在加料口内注入清水，保证炮泥机内部湿润，炮泥机 必须经洒水、浸湿并掺拌均匀，炮泥含水率必须保持在20%左右⑸炮泥机由2名专职人员操作操作时由1人先开机带动螺旋搅拌杆旋转，再用铁锨向炮泥机料斗内装入炮泥，根据成型炮泥输出速度连续装入炮泥；另一人根据炮泥长度掐制标准炮泥摆放整齐⑹炮泥产出后，通过出泥口附近的注水孔注入适量水流，保证炮泥机湿润、光滑⑺加炮泥前，如发现有石头、铁块、木块等硬物时，必须及时清除，防止影响机器正常运转或损毁机器⑻加炮泥过程中，如遇进料口不畅，必须用木棍疏通，严禁用手直接处理；炮泥在料斗中被卡或出现故障时，必须切断电源在进行处理挤压炮泥过程中严禁倒转机器⑼严禁戴手套并用手向炮泥机料斗中直接加料；使用过程中操作人员衣角、袖口紧扎⑽机器旋转部位（如传动链及对轮）的防护罩必须齐全、可靠⑾炮泥机减速箱油位必须保证在显示窗口的2/3处，如发现减速器缺油、油质变色、混浊等现象必须及时更换⑿炮泥加工完成后，必须关闭炮泥机电源⒀每次使用后要把机器内的炮泥清除干净（把出泥口前盖卸下后，先往加料口装干土，把里面的淤泥块拱出后，再用水冲洗）。
以免影响下次使用每次使用时必须及时清理机器上洒落的炮泥及异物，保持机器表面清洁3.3.4水袋、炸药、炮泥装填从炮眼底到炮眼口依次装填水袋、炸药、水袋和炮泥，它们之间的连接必须紧密装填水袋时，用炮棍轻轻推到炮眼一定位置；回填堵塞炮泥时，除与水袋接触的炮泥之外，其余回填堵塞的炮泥要用炮棍捣固坚实3.4 水压爆破设备加工制作炮泥的“炮泥机”和自动注水、封口生产水袋的“水袋机”，是实施隧道掘进水压爆破的基本保障设备⑴炮泥机PNJ-A型炮泥机特点：炮泥具有规格统一、质地均匀、软硬适中、表面光滑等特点，提高了炮眼封堵质量，减少明火产生；炮泥制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作炮泥方便，操作简单主要技术性能参数：炮泥生产效率：400～500个/h料斗搅拌量：20kg 炮泥直径：35mm炮泥长度：200mm 电机功率： 4KW成形螺旋直径：115mm 整机重量：310kg额定转速:1400r/min 额定电压380v外形尺寸(长*宽*高)： 1470mm*440mm*540mm⑵水袋自动封口机采用KPS-60塑袋灌装封口机 其工作原理：采用高压泵式容积法计量方式进行灌装，由凸轮机构完成水袋自动热合封口。
KPS-60塑袋灌装封口机特点：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，减少粉尘和炸药等异味；制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作水袋方便，操作简单主要技术参数：生产效率：700只/h 灌装数量范围：50-250g/袋灌装精度：±2% 电源：AC220V 50Hz整机功率：0.68KW 机器重量：75kg调节温度范围：0∽300℃外形尺寸(长*宽*高):350mm*920mm*1000mm3.5爆破设计西秦岭隧道Ⅲ级围岩采用全断面光面爆破开挖法，Ⅳ、Ⅴ围岩采用上下台阶光面爆破开挖法影响隧道光面爆破效果的主要参数应是：炮眼间距（E）、炮眼密集系数（m）、装药集中度（q）、最小抵抗线（W）、不耦合系数（D），它们之间有是相互联系的，只有这些参数整体处在某一真确的范围内，才能达到理想的光爆效果现列举Ⅲ级围岩光面爆破炮眼布置见图7，及爆破参数表见标1图7 Ⅲ类围岩光面爆破炮眼布置图。