水压爆破技术成果

贵阳轨道交通1号线

延中区间暗挖隧道水压爆破

安全环保快速施工技术汇报

中铁二十四局集团有限公司2014年8月

工程概况一

方案比选二常规爆破三

水压爆破四

工程概况一

贵阳地铁一号线是贵阳市轨道交通线网规划中一条重要的南北向干线。我项目部承担的第5工作段包括“二站二区间”：1、北京路站（长302m）2、延安路站（1号线车站长180m、2号线车站长189.5m）3、北京路站～延安路站区间（左右隧总长1235.37m），双洞单线暗挖隧道4、延安路站～中山路站区间（左右隧总长1196.134m），双洞单线暗挖隧道，简称延中区间。北京路站北延区间2#线延安路站1#线延安路站延中区间复杂的施工环境1、处于溶蚀低中山及贵阳溶蚀盆地北侧、黔灵山溶蚀残丘东面和贵阳溶蚀盆地核心地段，贵阳向斜北部扬起端近轴部，属于贵阳构造盆地中心区，位于贵阳市主城区核心区内。2、地面整体地势较平，相对高差6.18m，但是，延中区间隧道所处范围内民用建筑物密集，工程环境条件复杂；两次下穿贯城河。隧道中线

公园北路

公园路穿越公园北路、公园路左线下穿2008小区一角2008小区实景图隧道地面上各种楼房鳞次栉比，左隧下穿2008小区左隧中线右隧边线3.9m6.9m右隧临近7层楼房，楼房与隧道结构外轮廓距离为3.9～6.9m左隧边线6.7m2.6m左隧临近4层楼房，楼房与隧道结构外轮廓距离为2.6～6.7m6.7m6.4m左隧边线左隧临近9层楼房，楼房与隧道结构外轮廓距离为6.3～6.7m3.49m2.01m左隧边线3.49m2.01m都市名园框剪结构砼-2+30F±0.00标高1060.30m-2F地下室底板标高1052.50m桩基础左隧边线左隧紧邻都市名园，楼房与隧道结构外轮廓距离为2.01～3.49m左隧边线1.8m4.7m1.8m4.7m左隧紧邻市医学会，楼房与隧道结构外轮廓距离为1.8～4.7m10m10.8m左隧边线左隧边线左隧邻近正在建设的国贸置业，楼房与隧道结构外轮廓距离为10m以上30m60m40m55m贯城河隧道左线隧道右线

右隧YDK23+225～+265、YDK23+335～+390、左隧ZDK23+225～+255、ZDK23+360～+420段两次下穿贯城河，隧道拱顶距河底6～7m。左隧ZDK23+225～+255右隧YDK23+225～+265ZDK23+360～+420YDK23+335～+390

12m基岩主要为中厚层状泥质白云岩和泥质石灰岩，呈互层状，强风化岩石和中风化岩石，节理裂隙较发育，岩体较破碎,较硬岩，Ⅳ级。贯城河与隧道竖向关系延中区间暗挖隧道：埋深11-17m，双洞隧道，净高5.69m，净宽5.2m，断面面积37.07m2,图示为IV级围岩。隧道断面尺寸1、目的：控制爆破震速，减少噪声污染，降低隧道内粉尘含量，保障作业人员的身体健康，保护周边建筑物的结构安全。2、提出：股份公司及二十四局领导多次提出要求，在贵阳轨道交通施工中采用新技术及新工艺。集团公司董事长郭衍敬莅临现场指导工作股份公司指挥长琚建民及指挥部领导研讨水压爆破施工水压爆破方案提出

3、确定：2014年4月5日，邀请何广沂教授来指导、推广水压爆破技术。——何广沂：

1938年生于天津，国内著名爆破专家、“节能环保水压爆破”国家技术专利发明人、中国工程爆破协会常务理事,北京工程爆破协会副理事长。

方案比选二掘进方案城市轨道交通工程暗挖隧道施工，从理论上讲一般有四种方法：掘进机（TBM）法、液压锤破碎法、静态破碎剂法、常规爆破法。针对延中暗挖隧道，复杂地质，采取哪种方法为宜呢？通过下面扼要的分析对比选择最佳掘进法是水压爆破法。

我国山区隧道开挖目前主要采取钻爆法，极少采取掘进机方法。掘进机法为什么没有推广呢？原因很简单，一是造价太高；二是受地质结构的限制，不适合节理裂隙及高的破碎围岩。掘进机液压锤破碎掘进众所周知，液压锤主要作用是对岩石的两次破碎和对类似混凝土地面的破碎剥离，对地铁按挖石质隧道仅起配角作用，因此，掘进效率低（工期无保障）、成本高（不经济）。

对于大块岩石或大孤石，可使用静态破碎剂进行破碎。特点：（1）炮钎打眼，炮眼密集、间距小，即打眼工作量大；（2）破碎剂作用时间长，经七八个小时岩石才出现裂纹或裂缝，即使如此，还需要液压锤进一步剥离破碎；（3）适合多面临空岩石，而隧道掘进仅仅一个临空面，打眼装填破碎剂困难，更为不利的是夹制作用大，岩石不易产生裂纹或裂缝。一句话概括：“蚂蚁啃骨头”，时间等不起，工期不允许。静态破碎剂掘进常规爆破法核心：炮眼仅仅装填药卷和起爆雷管。装药结构如图所示常规爆破炮眼装药结构1、不能保障建筑设施的安全，2、不能保障地面交通正常运营，3、不能保障市民正常工作、学习、生活次序。即：冲击波强度大使市民担惊受怕；粉尘浓度高，严重污染环境，影响市民健康。4、岩石块度大，出渣困难，影响施工进度。也称无回填堵塞爆破不能充分利用炸药爆炸能量严重污染环境：爆破振动和冲击波强度大、爆破粉尘浓度高……延中暗挖隧道复杂的环境不能保障有效控制振动速度在2cm/s以下水压爆破在炮眼分布、掏槽形式、炮眼数量、炮眼深度、炮眼起爆顺序与起爆间隔时间等六方面一模一样。即水压爆破不增加任何工作量。仅仅在炮眼装药结构有所不同。1、增添了水袋；2、炮泥回填堵塞。与常规爆破相比不同相同水压爆破炮眼装药结构

水压爆破相对于常规爆破

炮眼中增添了水袋和炮泥利用水不可压缩的特征，无损失传递炸药爆炸能量，利于围岩破碎，产生的“水楔”作用进一步破碎围岩，还可以防止岩爆；炮眼最底部的水袋代替药卷，利用在水中反射波作用不但爆破作用时间延长，而且水楔作用效果更好，更有利围岩破碎；水与炮泥复合堵塞炮眼，有效利用爆破生成的膨胀气体对围岩产生最后破碎作用。炮眼中有水，爆破产生的水雾对降尘起到极其重要作用，这对延中暗挖隧道保障地面上环境不被污染，真是灵丹妙药。

水压爆破相对常规爆破装药量可节省20%左右；装药量减少了，相对爆破振动减弱，控制爆破振动速度在2cm/s以内，可以达到市民能接受的地步是有保障的。炮眼由于采取水袋与炮泥复合堵塞，有效控制冲击强度。

水压爆破基本原理指出围岩可以得到充分破碎，意味着掘进效率可以提高，出渣困难可以得到解决，这就加快了施工进度，保障了施工工期。综上分析、对比，采取水压爆破能保障建筑设施安全、能保障市民正常生活、能保障工期。

延中隧道实际采用水压爆破效果如何呢？我往下予以报告。

常规爆破三序号炮眼分类炮眼数（个）雷管段数（段）炮眼长度（m）炮眼装药量每孔药卷数（卷／孔）单孔装药量合计药量1周边眼2491.71.50.4510.82周边辅助眼295、71.820.617.43掏槽眼611.820.63.64掏槽辅助眼631.81.50.452.75底部11111.61.50.454.95合计76

39.45为了验证水压爆破优越所在，特意做了4个循环的常规爆破。延中区间暗挖隧道爆破掘进分上下台阶开挖，上台阶高3.26m，宽6.52m，断面面积16.69㎡。设计掘进深度即垂直打眼深度为1.6m，其炮眼参数见表，炮眼分布见图。常规爆破1.6m炮眼参数表炮眼分布图装药量（kg)实际单位用药量（kg/m³）设计进尺（m）实际进尺（m）炮眼利用率（%）通风时间（min）爆堆长度（m）39.451.6881.61.487.5472339.451.6651.61.4288.8452539.451.6191.61.4691.3442539.451.6761.61.4188.14324平均1.6621.61.42388.94524常规爆破1.6m炮眼技术指标常规爆破实际爆破效果（技术指标）

水压爆破四钻爆设计施工准备炮泥制作水袋制作钻孔台车就位清孔施工准备安装炸药、水袋和炮泥联网起爆出渣钻爆循环结束水压爆破施工工艺流程图0.2m0.6m0.8m水压爆破光爆炮眼装药步骤第一步：炮眼最底部装一袋水袋第二步：装填一卷半药卷（注意一卷药卷紧挨着炮眼底部水袋，另半卷药卷定格在离炮眼口0.6m），两者用传爆线链接起来第三步：装填一袋水袋第四步：用炮泥堵塞炮眼口1.6m光爆炮眼装药结构图导爆索水袋水袋炮泥药卷药卷雷管导爆管0.2m0.6m0.4-0.6m变量1.6m炮孔装药结构图光爆炮眼以内的所有炮眼：装药结构第一步：也是往炮眼底部装一袋水袋第二步：装填三卷药卷第三步：装填两袋水袋，掏槽眼装填三袋水袋第四步：用炮泥回填捣固直至炮眼口水袋水袋炮泥药卷我们和何广沂教授（水压爆破技术发明人）提出：城市地铁暗挖隧道水压爆破山区隧道水压爆破：水袋累计长度与炮泥累计长度之比为3:4，即水袋累计长度小于炮泥累计长度。目的：增加炮眼中水的比例，起到更好的降尘作用，因为地铁暗挖隧道比山区隧道排尘更困难。改进：炮眼中水袋累计长度与炮泥回填堵塞长度为1:1（掏槽眼略大于1）。序号炮眼分类炮眼数（个）雷管段数（段）炮眼长度（m）炮眼装药量每孔药卷数（卷／孔）单孔装药量合计药量1周边眼2491.71.50.4510.82周边辅助眼295、71.810.38.73掏槽眼611.81.50.452.74掏槽辅助眼631.81.50.452.75底部11111.61.50.454.95合计76

29.85水压爆破1.6m炮眼参数表水压爆破炮眼参数装药量（kg)实际单位用药量（kg/m³）设计进尺（m）实际进尺（m）炮眼利用率（%）通风时间（min）爆堆长度（m）29.851.1391.61.5798.1151829.851.1321.61.5898.8131629.851.1391.61.5798.1141729.851.1251.61.5999.41415平均1.1341.61.5898.61417

截止8月15日，已安全顺利快速完成水压爆破累计进尺150m。四个循环数据统计，取得的技术指标见下表。水压爆破1.6m炮眼技术指标

水压爆破必备的器材与设备一种器材：塑料袋；两种设备：封口机、炮泥机。塑料袋水袋使用的塑料不是一般塑料制品，其材质为Pa五层共挤膜，袋厚0.38mm，材质无害，不易破损。加工成的水袋长200mm，直径35mm。这种塑料袋专为水压爆破特制，由温州市苍南县玉马塑胶包装公司独家生产，每四万袋为4800元，0.12元/个。封口机往塑料袋中自动灌水自动封口。

KPS-60型塑袋灌装封口机：重75kg，长0.42m，宽0.35m，高1m，电源220V，功率0.68KW。由温州市瑞鑫包装机械有限公司为水压爆破专门生产，每台6500元。水袋加工封口机加工水袋操作流程：极其简便。首先连接皮管并用扎圈锁紧，打开电源调节温度到220℃左右，预热约10分钟，试运转从出水口排出气体，然后将塑料袋套在出水口上，一按电钮，水自动灌入塑料袋中，待灌满后自动封口，加工完成。每小时可加工水袋约700袋。水袋应坚实、不渗水、无气泡。炮泥机

往炮孔中回填堵塞的炮泥，是使用配套特制的“炮泥机”加工制成的。重190kg，长1.47m，宽0.44m，高0.54m，电源380V，功率4KW。由河南省巩义市鑫泽矿山机械制造厂为水压爆破专门生产，每台4600元。炮泥加工炮泥原材料及配比1、原料：土、砂和水。土以粘土为宜，砂为细砂，以河砂为好，对水无特殊要求。2、加工：按照土：砂：水=0.75:0.10:0.15搅和均匀，放入炮泥机料斗，一按电钮，从炮泥机出口源源不断挤出炮泥，每小时加工长200mm、直径35mm的炮泥900根。3、要求：应软硬适中。过软捣固是容易把炮泥挤出炮眼口，过强捣固时不易捣固碎，堵塞不严实，影响爆破效果。炮泥成品隧道钻孔及清孔钻孔清孔安装炸药、水袋及炮泥安装水袋安装炮泥安装炸药联网起爆爆破效果爆破后爆破面平整，半孔清晰可见爆破渣样爆破后碎石堆积整齐，块状均匀，大块少，易于出渣水压爆破渣样常规爆破渣样超欠挖对比常规爆破：断面图BJSD-2激光断面仪测量断面，最大超挖值为0.136m，每延米超挖方量为0.75m3超欠挖对比水压爆破：断面图BJSD-2激光断面仪测量断面，最大超挖值为0.086m，每延米超挖方量为0.32m3烟尘对比常规爆破水压爆破爆破振动监测对于城市地铁暗挖石质隧道爆破掘进，进行爆破振动监测是必须的，万万不可缺少。对爆破振动的监测，通常使用爆速测定仪进行爆破振动速度的测定。我们使用L20型智能爆速测定仪，如图所示。仪器很轻，携带很方便，主要有两部分组成，一是主机，二是传感器。当固定在建筑物上的传感器接收到爆破振动信号后，在主机上显示出爆破振动速度的大小，从速度的大小可以判别对建筑物的安全是否有影响，如在安全允许值以下，可加深推进深度；如略超安全允许值，一是要调整爆破参数，二是掘进深度适当变浅。掘进深度变浅其实质是减小装药量，因而爆速可以降低，其原因是装药量多少与振动大小成正比。爆速测定仪震速对比常规爆破震速图水压爆破震速图常规爆破，最大值1.23cm/s水压爆破，最大值0.61cm/s爆破方式装药量（kg)振动速度（cm/s）粉尘浓度（mg/m3）大块边长大于50cm数量（个）炮眼利用率（%）通风时间（min）爆堆长度（m）常规爆破39.451.231961788.94524水压爆破29.850.6158498.61417技术、经济指标分析对比1、技术指标分析对比1.6m炮眼技术指标对比水压爆破比常规爆破节省炸药24.3%，炮眼利用率提高9.7%，粉尘浓度降低了70.4%，渣堆缩短29.2%，块度降低76.5%，通风时间缩短31分钟，振动速度降低50.4%。

由于采用了水压爆破，在爆破过程中要求设计轮廓内岩石很好的破碎，而轮廓之外的岩石完好的保存下来，爆破完成后洞室成形规整、光滑，接近设计轮廓线，周边岩石受力性能好，应力分布均匀，有利于围岩稳定，自身支撑能力强，提高了防护能力，可有效的减少应力集中引起的塌方，减少落石和危险断面，减少事故，避免人员伤亡，增加了施工安全性，并能减少放炮后的排险时间，直接或间接的提高了施工速度，使新奥法施工的原理得到了更进一步的提升。由于水压爆破减震效果十分明显，更进一步的保护了周边建筑物的安全，保证了路面交通的顺畅和其他设施的安全，充分体现了安全大于天的理念。安全上质量上

由于采用了水压爆破，超欠挖得到了有效的控制，相应的增大了使用面积，更合理更有效的利用空间，提高了空间利用系数，保证防水板质量，能达到防水设计施工要求，能保证衬砌厚度控制，不渗不漏，提高开挖质量。进度上

爆破后可提高炮眼利用率，不留或很少留残孔，水雾降尘，压缩时间，减少施工通风时间。成本上

由于水压爆破后洞室成形规整，超欠挖少，可减少出渣量，减少幅员修理工作量和扒碴、运碴时间，节省劳力，降低器材消耗，大大降低了劳动强度，可以减少喷射砼工作量和二次衬砌的回填量，可以减少20%炸药消耗量。2、经济效益分析计算以IV级围岩上台阶为例，每延米所节省的费用火工品节省的费用延中区间主洞IV级围岩上台阶：开挖面积16.69m2，炸药15.5元/kg，雷管7.8元/发。每开挖一米，（1）节省炸药：（39.45/1.42-29.85/1.58）*15.5=137.78元（2）节省雷管（一循环57发）：（57/1.42-57/1.58）*7.8=31.71元（3）节省导爆索（一循环100米）：（100/1.42-100/1.58）*3=21.39元合计：上台阶每开挖一米节省的火工费用：

137.78+31.71+21.39=190.88元人工费节省的费用隧道主洞IV级围岩上台阶每开挖一米节省人工费,一个循环提高进尺0.16m，开挖断面是16.69㎡，一个循环进尺1.58m，每开挖1m³班组工资为29元

0.16×16.69×29/1.58=49元电费节省费用110KW×2台×0.85元/度×0.5小时/1.58=59.18元装渣节省费用采用水压爆破爆破完后石渣大小均匀，易于出渣，节省费用为：

150*0.5/1.58=47.47元合计节省费用：190.88＋49＋59.18+47.47=346.53元使用水压爆破IV级围岩上台阶每延米需另外支出的费用人工费制作炮泥、水袋需要两人，每天工资按80元计算，按每天3个循环计算，折合每延米支出费用：80×2／1.58／3=33.76元水袋费用水袋每循环使用210个，每个0.12元，每延米费用：210×0.12／1.58=15.95元粘土费用每方60元，1方可做1000米，5000根，可做20个循环，每延米费用：60／20／1.58=1.9元电费（4+0.68）KW×1h／1.58×0.85元／度=2.52元合计支出费用：33.76+15.95＋1.9＋2.52＝54.13元

把以上水压爆破IV级围岩上台阶每延米节省的火工品费用、人工费用和电费合计，再除去水袋、炮泥加人工费，材料费、电费的支出费用后，水压爆破每延米可节省费用：

346.53－54.13=292.40元（没有包含管理费用等）水压爆破推广的六大理由水压爆破技术成熟可操作性强投入性低节能环保经济社会效益显著施工速度快1、可操作性强水袋及炮泥制作、安装简单。制作：操作简单，不需要进行专门的培训，只需几分钟就能熟练操作；安装：只需把炮泥和水袋放在孔口，用炮棍轻轻往里推，操作简单，而且能达到很好的效果。投入性低目前，炮泥机的价格已从过去的3.1万一台降到0.48万一台。水袋封装机也有望从每台一万多降到几千元。设备成本的大幅降低对“隧道掘进水压爆破”的大面积的推广应用提供了有利的条件。节能环保由于爆破时水袋炸开会产生水雾，直接在烟尘起来的时候就降下来，既能减少隧道通风时间，又能大大的减少隧道爆破对周边的空气污染，同时也有利于施工人员的身体健康。施工速度快常规爆破在一般地段一次爆破可进尺1.4m，特殊地段可进尺1.2m左右；水压爆破在一般地段一次爆破可进尺1.6m，特殊地段可进尺1.4m左右；增加进尺，提高总体施工进度。经济社会效益显著节约成本：300元左右/每延米；炸药利用率：提高10%左右；效果好，得到称赞，社会影响显著。技术成熟现如今，隧道掘进节能环保水压爆破技术已经得到了广泛推广，是建立在常规爆破施工技术的基础上，只增加了炮泥和水袋的制作以及炮泥、水袋的装填，技术成熟，工艺简单，不受地质条件、钻爆队伍的影响，稳定性强，与常规爆破相比具有“三提高一保护”的良好效果。水压爆破推广的阻力及采取的措施施工工序比常规爆破工序复杂，而且工人已经习惯用常规爆破进行施工，改用水压爆破这种观念短时间内难以改变，在现场进行水压爆破时工人积极性不高。推广阻力针对以上问题，项目部召开关于“水压爆破技术推广”的专题会议，并邀请施工队相关人员参加通过会议，总结出以下几条解决方法：施工场地内对水压爆破的宣传寻找新的管理模式，要尽快从旧的管理模式观念转变过来，找到一条适合本企业组织实施隧道施工的队伍管理模式，由以往的工程分包转变到工序、工费分包的模式，才能让“隧道掘进水压爆破”技术得到有效实施。改变管理模式采用正确的“隧道掘进水压爆破”装药结构。为确保有效复制，技术不能太复杂多变，要便于操作，通过一些技术参数的适度微调来达到爆破效果的稳定，如布眼的控制，装药量的控制，水袋、炮泥次序与数量的控制，一次准爆的控制。技术参数的控制设立专门的班组，进行水袋和炮泥的制作，将这道工序进行剥离，不占用爆破工班的时间与人员，使炮孔堵塞这道工序简单的进行，给工人减轻工序复杂的困扰，