水压爆破技术在地铁隧道施工中的应用分析

发表时间：2020-04-15T03:33:22.045Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年1期 作者： 苗龙

[导读] 随着我国经济、社会的高速发展，交通业也随之得到了快速的发展，地铁已经成为国内各大中城市的主要公共交通工具，并逐渐实现地铁轨道交通网的辐射与覆盖。身份证号：37098219881016XXXX

摘要：随着我国经济、社会的高速发展，交通业也随之得到了快速的发展，地铁已经成为国内各大中城市的主要公共交通工具，并逐渐实现地铁轨道交通网的辐射与覆盖。地下轨道交通建于地下，隧道的开凿过程中，难免使用爆破技术，其中水压爆破技术因其经济环保且具有良好的爆破效果，逐渐被推广使用。水压爆破具有爆破面规则、平整的特点，易于满足地下隧道轮廓的设计要求，且安全性更高、成本低、污染小、爆破速度快，将成为未来爆破技术的重要发展方向。本文将以水压爆破的原理和要求切入，谈论水压爆破技术在地铁隧道施工过程中应用的要点。

关键词：水压爆破技术；地铁隧道施工；地铁建设

水压爆破利用水作为传爆介质，相比传统爆破，水压爆破更易控制爆破震动，有利于减噪降尘。将水压爆破应用于地铁隧道施工中，不仅可以提高炸药的利用率和施工效率，最重要的是能减小爆破过程对周边岩石地质的影响，最大程度的保护了施工现场环境，具有节能环保、经济高效的特点。

一、水压爆破技术的基本原理及主要特点

水压爆破技术是将炸药装载在注满水的爆破容器上，引爆爆破容器，以水作为传爆介质，传播轰炸力及空气冲击波，实现爆破目的。水压爆破的原理是利用水较低的压缩性能，减小能量在传播过程中的损失。炸药引发后，冲击波推动水向爆破容器壁移动，反射作用加强冲击力，加剧容器的爆破，实现容器均匀破碎。水压爆破技术可根据炸药装载位置和作用原理的不同分为两类，一是钻孔水压爆破，它是将炸药置于有水钻孔中，因介质抵抗线较大，应力波在待爆破介质中作用时间较长，依靠应力波起到主要的爆破作用；第二种水压爆破是利用爆破容器壁的整体性运动实现介质破坏，对于一些厚度较小的待爆破介质，荷载作用的时间比应力波通过介质的时间更长，应力波的传输的过程中已经形成了爆破介质的整体运动，这时可以忽略应力波的传播而以介质的整体运动为主。

因水与空气截然不同的物理化学性质，水压爆破具有如下特点：①水密度较大、流动粘度较大，且密度较大，爆轰过程中膨胀速度更慢，爆炸冲击波的作用时间长、强度大；②爆破冲击波强度高、作用时间长、衰减速度慢，在爆破过程中具有爆炸压力峰值，可达到更大强度的爆破作用；③因水的不可压缩性和高能量传递效率，使得爆破能量分布更均匀、利用率更高；④水压爆破的爆破块更均匀，爆破过程中可以有效减小爆破震动、飞石和有害气体的产生[1]。

将水压爆破与常规爆破对比可以更加凸显水压爆破的优势，通过水压爆破得到的爆破渣样堆积比较整齐，出渣率较高，而通过对烟尘的对比可以发现，水压爆破产生的水雾通过水楔效应有效控制爆破过程中产生的粉尘，可将产生的粉尘浓度降低至70%，这样不仅节省了通风时间，还减少了对周围环境的影响。通过爆破声音对比来看，水压爆破可以明显降低爆破声音，从而实现对周边居民生活最小的影响，这同时也降低了施工成本，减少了在噪音防控方面的投入。水压爆破技术最大的优点是对于爆破振速的控制，水压爆破可将振速控制在2cm/s左右，这大大提高了施工的安全性。同时，水压爆破技术具有深远的研究价值，可以通过对水蒸气的调控降低掌子面前的温度，优化整体技术效果，相比常规爆破，水压爆破至少可将掌子面前温度降低3℃，大大提高了出渣效率[2]。 二、水压爆破技术在地铁隧道施工应用中的要点 1、水压爆破的设计

水压爆破是基于常规爆破，在装药结构和孔口封堵进行适当改良，因此，需要进行科学合理的设计，以保证爆破效果，水压爆破的设计常从下面几个方面考虑，本文以图1中设计方案为例：

（1）根据周围岩石的特征确定合适的掏槽眼类型，同时确定辅助眼和周边眼的角度与间距，确定周边眼的最小抵抗线位置； （2）合理规划周边眼中装药量，装药量要均布炮眼全长；

（3）周边眼中应使用小直径药卷和低爆速炸药，利用传爆线实现间隔装药；

（4）对需要实现微差控制的爆破时，可安置毫秒雷管实现顺序起爆，在周边眼中产生临空面； （5）具体的爆破参数设计还需要通过工程对比、试验等手段进行科学地确定。

3、水压爆破用药量及炸药填充结构确定

周边眼中一般选用小直径的炸药卷，并根据爆破需要确定投药量，保证在炮眼全长都有炸药分布；而对于辅助眼、掏槽眼和内圈眼则相反，要选取大直径的炸药卷，并保证连续装药，来保证岩石充分破碎，并保证周边眼的爆破时具有充足的临空面。此外，要注意装药结构的控制，在正式爆破工作开展之前，应针对地铁隧道内地质情况进行不同岩石地质的爆破

试验，确定合理的装药结构，实现更好的水压爆破效果。常规情况下，在掏槽眼、底眼和辅助炮眼底只需各安装一个水袋，而眼底需安装三个水袋。周边眼往往在眼底和眼口各安置一个水袋即可，周边眼还要考虑其外插角的设置，采用长短两种型号的钻杆合作进行钻孔，短钻杆用于定位，而长钻杆用于加深。周边眼的确定一定要准确，不可偏离设计的轮廓线，如此才可以保证地铁隧道开挖之后符合设计轮廓。周边眼之间间距误差要控制在5cm以内，打孔过程中固定打孔人员和打孔位置，尽量减少调整，以减少对周边眼的外插角造成不利影响，实现更好的爆破效果[4]。 4、堵塞工艺的要点

水压爆破技术以水作为爆破介质，堵塞工艺不到位会大大降低水压爆破的效果，消散冲击波，与常规爆破无异。使得爆破深度不足，爆破效果不理想。而有效的堵塞可使炸药在密闭空间内充分爆炸，大大提升能量的利用率。水压爆破过程中的堵塞工艺由炮泥来实现，炮泥机（图2）加工的炮泥要求质量均匀、密实，没有空隙。在炮眼堵水时，只需用普通塑料袋，直径略小于炮孔直径，保证水袋不会发生泄漏。

5、起爆顺序

爆破顺序按照从内到外的顺序逐层展开爆破，要尽量保证水压爆破层厚度一致，这样爆破效果更好，与开挖轮廓更加接近。合理规划掏槽眼和辅助眼的时间间隔，保证该时间间隔足够掏槽炮抛出石渣，防止石渣堵在周边眼的临空面，影响爆破工作的顺利开展。在由内而

外的爆破过程中，同圈炮眼必须同时起爆，这样才能岩层保障受力均匀，爆破效果更加理想。对于岩石质量较差的地质，当周边眼采用毫秒雷管引爆时，瞬间的冲击波同时作用可能将岩石炸平，此时可采用毫秒迟发电雷管，即可实现同时引爆，又减少了轮廓线外岩石地质的扰动。

随着我国城市化进程的加快，地面资源的日益紧缺，地下轨道交通将成为公共交通的主要发展方向。隧道开凿是地下轨道交通施工过程中不可或缺的一部分，但城市人口、建筑密集，因而，对地下隧道的开凿提出了更高的要求，在尽量减少对地面建筑和人类生活的影响的前提下，也要注意节能、环保等现代施工理念的落实。水压爆破技术作为一种经济环保、效果优异的地下隧道爆破技术，可以显著提高施工效率，对地面建筑和人们生活造成较小的影响，值得推广使用。 参考文献

[1]汪勇.水压爆破技术在地铁隧道施工中的应用分析[J].工程建设与设计，2019（05）：237-238+241. [2]胡鹏飞.水压爆破技术在地铁隧道施工中的应用分析[J].建筑安全，2018，33（10）：34-36. [3]沈炜.论水压爆破在重庆地铁暗挖隧道中的应用[J].工程建设与设计，2018（14）：184-185. [4]姬建晓.节能环保水压爆破技术在深圳城市地铁隧道施工中的应用[J].公路隧道，2017（01）：32-35.