炮孔填塞水袋隧道水压爆破施工工法RJGF(闽)—1—2009完成单位：中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司主要完成人：郑志强杨水波林志勇罗跃林1 前言1.0.1为了解决温福铁路客运专线长、大隧道开挖过程中存在进度慢、洞内环境差、用炸药量大的难题，中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司在承建的温福铁路（福建段）第Ⅱ合同段的施工过程中，应用了水压爆破技术，根据大断面隧道的特点，完善和推广了这种开挖方法，并形成了本工法。

1.0.2 本工法于2006年初在温福铁路客运专线首次应用，2007年在甬台温客运专线的隧道中再次得到了成功的应用。

本工法于2007年底通过了中铁二十四局集团公司组织的成果评审，并鉴定为达到中国铁道建筑总公司先进水平。

2 工法特点2.0.1本工法显著的特点是往炮眼中一定位置安装一定量的水袋并用专用设备制成的炮泥回填堵塞。

2.0.2 通过在炮孔内配置水袋和回填堵塞，提高了炸药能量利用率，提高了炮眼使用效率，提高了经济效益，并保护了作业环境。

3 适用范围本工法适用范围为铁路、公路、矿山和水电等建设的隧道爆破掘进。

4 工艺原理4.0.1 隧道爆破掘进，围岩能够达到破碎是由炸药爆炸产生的应力波和爆炸气体膨胀共同作用的结果。

炮眼中的炸药，从起爆点爆炸开始到炸药爆炸完毕，在炸药中传播的是爆轰波，爆轰波沿炮眼方向传到炮眼的空间称为击波，而击波传到炮眼围岩中称为应力波，炮孔填塞水袋隧道爆破法最大可能地降低了击波的能量损失，阻止了爆炸气体从炮眼口冲出。

炮孔填塞水袋隧道爆破法与目前全国普遍采用的隧道爆破掘进无回填堵塞相比显著提高了炸药能量利用率，即炸药爆炸产生的应力波和爆炸高压气体利用率提高，非常有利于围岩的破碎。

4.0.2 隧道掘进常规爆破即炮眼无回填堵塞，如图4.0.2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。

雷管炸药图4.0.2 隧道掘进爆破炮眼无回填堵塞示意图4.0.3将图4.0.2中炮眼无回填堵塞部位改为图4.0.3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。

水袋图4.0.3 炮孔填塞水袋炮眼装药结构示意图5 施工工艺流程及操作要点5.1 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：5.1.1 炮眼注水工艺往炮眼中注水的工艺是先把水灌入到塑料袋中密封，然后把水袋填入炮眼底部和中部。

水袋是由2004年研制成功的PSP-1型炮孔水袋自动封装机生产而成，水袋机为普通设备，外型尺寸1000×600×400（mm），整机功率0.85KW，电源AC220V，50HZ，一台水袋机一小时可以制作700袋，可供两三个循环使用。

塑料袋为常用的聚乙烯塑料，袋厚为0.8mm 左右，隧道爆破一般为水平眼，为便于装填，水袋长200mm～300mm，直径为35mm～40mm为宜。

5.1.2 炮泥制作工艺炮泥是由近几年研制成功的PNJ-1型炮泥机生产而成，炮泥机为普通设备，外型尺寸1712×590×1293（mm），两个人一小时可制作200～400个，可足够一个爆破循环所需的数量。

制作炮泥材料为普通的粘土。

制好的炮泥以表面光滑、用手略微一捏可以变形为宜。

为了保证制作质量，粘土含砂率控制在10％左右，含水率控制在15％左右。

拌和均匀，待混合均匀以后，装入炮泥机的进料仓，开动电钮，这时按200mm～300mm的长度切割。

5.1.3 施工工艺流程图如图5.1.3。

图5.1.3 炮孔填塞水袋爆破施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 炮孔填塞水袋隧道爆破炮眼装药结构如图5.2.1所示：炮泥水袋炸药水袋图5.2.1 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 （5.2.1） 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。

5.2.2 水袋制作装水的塑料袋为长22cm聚乙烯塑料袋，是由塑料厂家专门加工制作而成的。

水袋制作的关键是封口，装水时不宜过满，充满水袋的90%即可，将袋口扎紧。

水袋放置、运输时有轻微变软，不影响装填及最后的爆破效果。

隧道爆破，一般为水平炮眼，为便于装填水袋，水袋长一般为200mm，直径35mm，厚度0.8mm。

5.2.3 炮泥制作炮泥的主要成份以黏土和细砂为宜，在与水搅和之前，如有石块必须拣出，小石过多应过筛。

炮泥应按照粘土含砂率控制在10％左右，含水率控制在15％左右的比例制作。

如砂过多，炮泥成形较差，过少则炮泥比重小；水要适中，过少起不到粘合及降尘作用，过多炮泥软，不易捣固坚实。

5.2.4 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。

6 材料与设备6.1 材料本工法所需材料如表6.1：表6.1 材料表6.2 机具设备表6.2 机具设备表7 质量控制7.1 质量控制标准7.1.1施工时应严格执行以下标准、规范：1《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）2《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》TZ 2127.2 质量控制要求7.2.1 严格认真清洗炮眼，防止有棱角的碎石在填塞水袋时划破水袋而引起水袋漏水，导致炸药受潮失效。

7.2.2水袋要盛满水，封口密实，不漏水。

合格的水袋坚实挺拔，方便装填炮眼中。

7.2.3 在使用前2h～3h制作炮泥，以避免时间过长，炮泥失水变硬。

8 安全措施8.0.1施工时应严格执行以下安全标准、规范：1《爆破安全规程》GB 6722-20032《铁路工程施工安全技术规程》TB 10401.1、TB 10401.28.0.2本工法除按隧道掘进常规爆破安全措施执行外，针对炮孔填塞水袋隧道水压爆破施工的特点，为确保安全，需增加如下安全措施:1 防止设备漏电炮泥机和水袋封口机都是用电设备，为防止因水出现漏电，在开机前要用仪表检查设备是否漏电，以便采取相关措施。

2 正确操作炮泥机炮泥机上料仓中有螺旋搅拌翅，工作时不能用任何工具或棍棒拨弄料仓中的物料，防止出现事故。

可待停机后用棍棒清除料壁或搅拌翅上的泥土。

3严格控制炮泥回填堵塞长度炮泥可抑制膨胀气体从炮眼口冲出，有利于岩石进一步破碎，而且还能起到抑制飞石飞的过远的作用。

为充分发挥这种双重作用，炮泥堵塞长度应大于或等于水袋的长度。

9 环保措施9.0.1 噪声控制1严格执行《建筑施工场界噪声限值》GB 12523，控制和降低施工机械和运输车辆造成的噪声污染。

2加强教育，按规定使用防护用品，防止听觉受损。

9.0.2 污染控制1采用湿式凿岩方法，避免中毒或窒息。

2加强教育，按规定使用防护用品，防止尘肺病或中毒。

3采用大功率的鼓风机对隧道进行通风，并设排水沟，排水沟汇入沉淀池，避免污水直接排放。

10 效益分析10.0.1 社会效益1水压爆破法具有显著的“节能环保”作用，符合国家的可持续发展的战略方针，具有很广阔的推广前景。

2水压爆破所产生的声响和震动比常规爆破要小，对周围居民的影响较小，水压爆破方法比用常规爆破方法所产生的粉尘和毒气要少很多，大大减少粉尘对施工人员的伤害。

10.0.2 经济效益以温福铁路（福建段）第Ⅱ标段青岙隧道为例，用水压爆破法施工，降低了环境污染，降低了成本，提高光面爆破的效果。

水压爆破中每个循环钻孔数量，钻孔深度跟常规爆破一样，但多装了100个炮泥，200个水袋，平均每个循环多进尺22cm，节省炸药20kg～30kg左右（按25kg计算），隧道内粉尘降低45%（改善了作业环境，保护了施工人员的身体健康），爆破后岩碴偏小率达70%（比较接近做路基填料）。

实际经济效益我们通过爆破每立方米节省的费用来计算：首先算出每循环爆破后节省的费用1每循环水压爆破可节省投资为：开挖=0.22×121.15×54.45（元/m3）=1451.25（元）；炸药=25×7.25（元/kg）=181.25（元）。

2 比常规爆破增加的费用：制造炮泥、水袋的人工费：4（人）×25=100（元）；水袋费用：200×0.05=10（元）；设备每循环损耗费为：75（元）。

采用水压爆破方法开挖隧道时，每循环可节省的保守费用为：1451.25+181.25-100-10-75=1447.5（元）。

①常规爆破情况下该循环所能爆破的方量为：3.2×121.15=387.68m3②故采用水压爆破方法时每立方米节省的费用为：①÷②=1447.5÷387.68=3.73元。

11 应用实例本工法综合总结了国内外的一些经验，已成功应用于温福铁路（福建段）第Ⅱ标段青岙隧道工程、重庆市郊渝怀铁路歌乐山隧道工程、宜万铁路马鹿箐隧道工程、甬台温铁路乌岩下二号隧道工程等工程项目中，工程质量均满足预定要求。

现以温福铁路（福建段）第Ⅱ标段青岙隧道工程为实例。

11.0.1 工程概况温福铁路（福建段）第Ⅱ标段青岙隧道全长6852米，位于霞浦县境内。

隧道进口里程为DK143+725，出口里程DK150+577。

隧道内曲线段长度4065.03m，隧道其余地段位于直线上。

隧道每延长米开挖断面平均129m2，隧道内设人字坡，变坡点里程为DK145+900，其纵坡为3‰与-4.7‰，坡长分别为2200m及4652m，竖曲线半径为20000m。

洞内Ⅱ级围岩5769米，Ⅲ级围岩833米，Ⅵ级围岩125米，Ⅴ级围岩125米。

该隧道于2005年9月8日开工，2008年6月31日竣工。

11.0.2 施工过程1 炮眼布置：对于Ⅱ级、Ⅲ级围岩应用水压爆破技术施工，炮眼设计由主管技术人员设计，请有关专家审查，初步设计出断面布眼情况，通过两至三轮的实际爆破试验结果，再适当调整周边眼、掏槽眼的间距。

凿岩采用一字纤头，直径为Φ=40mm，则炮眼孔径为Φ=42mm。

孔深除周边、底板眼为3.8m外，其它采用4.8m。

孔深为克服岩石的夹制作用，对掏槽眼和底角眼取20cm的超深（即5.0m），其余各眼孔深取5.0m。