1工程概況
本文以轎頂隧道工程作為背景，該隧道位於雲南省昭通市境內，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，單幅隧道淨空為（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於上、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，鑽進炮眼後向其中置入適量水袋並輔以炮泥封堵措施，具備爆破效果優良、炸藥能量利用率高、環保等多重優勢。相較於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，集多種技術優勢於一體。
聚能水壓光面爆破是基於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，形成炮孔後於底部與頂部均增設了水袋，並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，由於炮孔內設置了水袋，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範圍更大。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，有助於裂縫的擴大。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，由於水袋的存在，爆破時將產生大量的水霧，可撲滅粉塵，解決了常規方式下汙染大的問題，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
聚能管由特殊塑料製成，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。
（1）切開藥卷包裝皮，合併兩藥卷置入注藥槍筒內，無誤後將蓋子旋緊；
（2）加壓處理，當注藥槍達到0.2個大氣壓時停止；
（3）炸藥經過槍口後有序進入管槽內；
（4）經過注藥處理後形成飽滿的D型管槽，將其與塑料扣板穩定相扣並配套毫秒管，結束整個聚能管的配置作業；
（5）形成聚能管後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。考慮到爆破安全性問題，組裝房內並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後，再基於常規方法安裝毫秒管，將其插入預先設置的藥卷中。爆破所用的水袋製作較為簡單，2名雜工即可完成，無任何難度。
3.2 周邊眼的確定
關於炮眼的布置，本項目所用的聚能水壓光面爆破技術在此方面並未做出調整，依然採用常規光面爆破的布孔原則，且未調整具體鑽孔工藝及配套設備。較特殊的是周邊眼的設置，此處間距為90~100cm，由於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 鑽孔
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；選取斷面輪廓並於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，最終目標在於令各炮眼眼底共處相同的垂面上；依次設置鑽眼後再全面核對。
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乾淨；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；連接爆破網路並全面檢查。
3.5 堵塞
通過對炮孔的堵塞處理有助於改善炸藥能量利用率偏低的情況，並緩解爆破振動效應。結束裝藥作業後及時堵塞炮孔，本次施工中要求孔口堵塞長度至少達到20cm。由於掏槽孔內並未完全裝滿炸藥，因此該部分要得到有效的填堵。炮泥是重要的堵塞材料，採取2/3砂和1/3黃土的配比經充分混合後形成水炮泥。
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。形成爆破網絡後交給專員驗收，各處細節都無誤後即可起爆。
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於進口左線處，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鑽爆參數的對比如表1所示。
表1 常規爆破與聚能水壓光面爆破技術鑽爆參數對比
註：數據為常規爆破和聚能水壓爆破採取樣本數量的平均值。
經對比分析後得知在地質條件相同的前提下，若開挖斷面規格、鑽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；諸如鑽爆、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
（1）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後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。
（2）由於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，爆破後渣堆碎石塊度下降20%~30%，更有利於裝車。
（3）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，同時空氣品質更好、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後，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
註：數據為常規爆破和聚能水壓爆破採取樣本數量的平均值。
若為聚能水壓光面爆破的方式，相較於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。相比於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
基於對效率、安全性、成本、環保效益等方面的綜合對比後，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。總體來說，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，陝西渭南人，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。
（轉自《中國高新科技》雜誌2020年第12期）