节能、环保水压光面爆破施工工艺
一、概述
隧道水压爆破是往炮眼中的一定位置注入一定量的水,然后用专门的炮泥机生产炮泥回填堵塞。由于炮眼中有水,因水具有压缩性极小、变形能低、热能损失小等特性,在水中传播的水激波能够按照水的“液压”作用,较均匀的、几乎无损失地把能量传递到围岩中。
在水激波做功的同时,被爆炸气体冲击压缩的高压水挤入爆生裂隙中,形成"水楔",这种“水楔”的尖劈作用加剧了裂隙的延伸和扩展,使破碎块度更均匀;同时,炮眼中的水在高温高压下被雾化,吸收了爆生气体中的粉尘,起到了雾化降尘的作用,大大降低了粉尘对环境的污染,改善了洞内空气质量。
水压爆破有着显著的“三提高、两减少、一保护”的作用,主要表现在:提高循环进尺;提高光面爆破效果;提高炸药利用率;减少洞碴大块率;减少对周边围岩扰动;粉尘含量降低,保护作业人员身心健康。
水压爆破在掏槽形式、炮眼布置、数量、深度、起爆顺序和时间间隔等的设计与常规爆破相同,不同的是在每个炮眼中增加了水袋和炮泥,装药量和装药结构也有所不同。以II级围岩全断面开挖为例,水压爆破钻爆设计见下图。
水压爆破装药量
三、隧道水压爆破施工工艺
同常规爆破相比,水压爆破主要增加水袋、炮泥制作设备,其规格、型号见下表。
水压爆破水袋、炮泥制作设备
2.施工工艺流程
水压光面爆破施工工艺流程图
炮泥采用炮泥机制作而成,机器外型尺寸150×45×53(cm),结构简单,操作方便,两人每小时可制作炮泥400~500个。炮泥制作就地取材,成本低廉,通过调整配合比,保证炮泥有一定的强度,同时方便炮泥填塞过程易于捣碎,便于孔口封堵密实。
经多次试验,炮泥以黏土为主,配合比为黏土:砂:粉煤灰:水=100:6:7:15。配料采用磅秤称重,混合料按照配合比人工拌匀,软化1~2小时后,装入炮泥机的进料仓,开动电钮开始生产,将其制作成直径32mm,长500px~750px的炮泥节装箱,如下图所示。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,若放置时间较长采用塑料膜覆盖。
炮泥加工 炮泥成品
(2)水袋制作
水袋由水袋自动封装机生产而成,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。水袋机的外型尺寸97×36×2500px,整机功率0.68KW,电源为交流220V,50HZ,一小时可以生产500~600个水袋。具体操作:接通电源启动机器、预热封口机待温度上升后试封2-3次,达到密封效果后进行正常生产。该封装机每次制作水袋3个直径32mm,长200mm的水袋,充满后自动封口,而后将成品水袋装箱,如下图所示。
上循环施工完成后,首先将开挖台车就位,而后人工清理松动危石,保证施工过程安全。
用全站仪在掌子面上准确定出开挖轮廓线、周边眼及掏槽眼位置,利用轮廓线确定辅助眼位置。钻孔分区定人,严格按孔位进行施钻。
分区定人,钻孔施工
装药前采用PVC管通孔,确认孔深满足要求。而后采用木杆按水压爆破装药结构进行装药。周边眼采用间隔装药,眼底部分适当增加药量,导爆索连接;其它炮眼采用连续装药,全部采用反向起爆装药结构。装药按钻爆设计装药量自上而下进行,雷管“对号入座”,装药后所有炮眼应堵塞炮泥,堵塞长度≮20 cm。
装药结构示意
(6)起爆网络
起爆网络采用簇连法,俗称一把抓起爆法,就是每个炮孔内装一发延期导爆管雷管,然后将导爆管连成一把后,用1发电雷管起爆。连接好网络后,等待其他施工人员撤离到警戒线以外后,由爆破员用起爆器在安全避炮点起爆。
起爆网络示意图
响炮通风15min左右进入爆区检查,重点对爆破超欠挖、爆堆形状的大小、炮孔痕迹保存率、飞石最大距离、实际进尺等情况进行记录,对爆破效果进行分析,动态调整爆破参数,不断优化钻爆设计。
常规爆破的炮眼利用率为80.72%,而水压爆破的利用率达到了98.12%,单位耗药量降低了0.125kg/m3,爆破振动速度降低了50.5%,粉尘浓度下降了55%,通风排烟由过去35~45分钟缩短为15分钟以内。由此可见,水压爆破在节省炸药、加快进度、缩短通风时间、改善洞内施工环境方面的优势是十分明显的。
常规爆破效果 水压爆破效果
常规爆破粉尘浓度 水压爆破粉尘浓度
振动速度监测 爆碴块度、抛距测量
根据常规爆破和水压爆破的现场统计数据对比,在相同开挖断面面积、炮眼布置和钻孔深度一致的前提下,水压爆破比普通爆破每个循环平均增加进尺0.336m,每循环节省炸药16.6kg,每爆破一立方岩石节省炸药0.125kg,最为显著的是通风降尘时间缩短了20~30分钟,通过综合分析对比水压爆破每延米节省直接费用345元。
此外,采用节能环保水压光面爆破技术有效控制了超欠挖,大大减少了因超挖造成的喷射混凝土、衬砌混凝土回填的数量,成本控制效果明显。按常规爆破平均线性超挖375px、水压爆破平均线性超挖250px计算,每米可节省超挖部分喷射混凝土等间接费用801元。
隧道掘进常规/水压爆破每米经济指标对比
常规/水压爆破每米经济指标对比柱状图
采用节能环保水压光面爆破技术有效控制了超欠挖,大大减少了因超挖造成的喷射混凝土、衬砌混凝土回填的数量,成本控制效果明显。
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