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[摘 要]随着我国经济的迅速发展，基础设施建设进程加快，隧道施工进入快速发展时期。在现在的隧道施工中，爆破施工技术已经被人们普遍的掌握应用，我项目在隧道施工中使用了新工艺水压爆破。水压爆破的良好效果能够保证爆破轮廓线符合设计要求，临空面平整规则，是支撑新奥法原理的重要技术之一。同时加快了施工速度，降低了施工成本，减少环境的污染，从而提高了开挖质量和经济效益，兑现了业主合同承诺。若采用一般的爆破方法会使围岩受到一定程度的破坏，影响围岩稳定性，并产生严重的超欠挖。
[关键词]爆破技术 水压爆破 节能 环保
中图分类号：U455.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0388-02
引言
所谓水压爆破就是在每个炮眼内的一定位置按一定比例装放药包和水袋，与常规爆破相比较，水压爆破的钻孔数量，布眼方式，起爆顺序，钻孔深度，周边眼装药量等都与常规爆破相同，不同的仅仅是增加了一些水袋，然后用专用设备加工成的“炮泥”回填。由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼围岩中， 这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎，此外还会产生“水楔”效应，更利于岩石破碎，水雾作用有利于降尘；炮泥晒后比纯土坚实，密度大，抑制爆炸气体膨胀冲出炮眼口要比纯土堵塞好得多，而且还会大大降低了爆破粉尘对环境的污染，这对长、大断面隧道的开挖尤为重要。总而言之，由于炮眼中有水，并用炮泥回填堵塞，能充分利用炸药能量，大大降低了粉尘对环境的污染，水压爆破也被称为“绿色爆破”。
一、工程概况
笔架山隧道起讫里程为DK703+067～DK717+818，隧道全长14751.472m（长链0.472m），为双线隧道。中铁十局宝兰客专BLTJ-1标承担施工里程为DK703+067～DK709+412，长6345m。其中Ⅱ级围岩4023m，Ⅲ级围岩1635m，Ⅳ级围岩610m，Ⅴ级围岩52m，进口段明洞25m。笔架山隧道岩性主要为花岗岩，隧道进口段DK703+475～+825段下穿松崖沟，最浅埋深约19米；DK704+675～+855段下穿交川沟，最浅埋深约37米。
二、水压爆破原理
水压爆破是由我国著名的爆破专家何广沂教授研究出来的，其中的爆破设计与传统的隧道光面爆破设计方法是基本相同的，只是在炮孔堵眼和装药结构方法上进行了创新与改变。水压爆破原理是向爆破眼中注入一定量的水，然后用炮泥堵塞炮眼。从而达到利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到围岩中几乎无损失。同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应，有利于岩石破碎，炮眼中的水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染。
三、笔架山隧道水压爆破与常规爆破对比情况
（一）常规掘进爆破
1.钻爆设计
笔架山隧道地质情况较为复杂，围岩分Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅳ级、Ⅴ级，以笔架山隧道Ⅲ级围岩上台阶为例，断面面积79m2。Ⅲ级围岩常规钻爆设计如下：
周边眼采用小直径药卷不耦合装药方式，其余炮眼采用连续装药，掏槽眼采用复式楔形掏槽，掘进深度3.7m。爆破材料采用乳化炸药、1～13段非电毫秒雷管和塑料导爆管，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。
炮眼总数为125个，总装药量为231.4公斤，单位岩石炸药消耗量为0.9公斤。抵抗线厚度0.7m，利用非电雷管的固有延期作为起爆次序，用同段雷管作传爆雷管，将脚线连成束，再把传爆雷管脚线抓连上起爆雷管，光爆炮眼与内圈炮眼起爆时间间隔为190ms。
2.Ⅲ级围岩常规爆破施工主要技术参数
其它断面形式和围岩情况，只是在此钻爆设计的基础上，根据断面面积和围岩岩性增或减炮眼数量，调整炮眼分布，掘进深度3.7m不变。
3.爆破效果
在Ⅲ级围岩地段，深度3.7m，实际进尺3.0～3.3m，平均进尺3.18m，平均爆破利用率86%。爆破效果见下表：
（二）隧道掘进水压爆破
1.钻爆设计
水压爆破在炮眼数量、炮眼深度、炮眼分布以及起爆顺序等设计与常规爆破一模一样，仅在每个炮眼的装药量和装药结构上作了变化，即适当地减少了各个炮眼的装药量，往炮眼中装入水袋，最后用炮泥回填堵塞。水压爆破炮眼参数见下表：
2.炮孔装药结构
炮孔的装药结构从炮孔底部至炮孔口依次为水袋、药卷、水袋和炮泥，装药前，先用尺量出炮孔深度，根据实测的炮孔深度计算出装药量及水袋、炮泥的长度后，将炸药、水袋和炮泥按顺序装填入炮孔中。需要说明的是，仅需在试验阶段准确测量每个炮孔的深度，在实际施工时，装填结构参数确定后，就不需要重复此项工作了。水袋、炮泥在炮孔中的长度比例为1：1左右。
3.爆破基本情况
连续采取水压爆破施工30个循环，掘进深度3.7m，每循环实际进尺3.2～3.5m，平均每循环进尺为3.41m，平均炮眼利用率达92%。爆破效果见下表：
（三）水压爆破与常规爆破指标对比情况
1.技术指标分析对比
笔架山隧道采取常规爆破掘进时，在正常情况下，从开始打眼到出碴完毕，平均用时480min。掘进深度3.7m，每循环实际进尺为3.0～3.3m，平均每循环进尺为3.18m，炮眼利用率仅为86%。每一循环实际用药量为231.4kg，实际单位用药量为0.90kg/m3。爆破的岩石最大块度为120cm，爆堆长40.2m。爆破后粉尘浓度平均为19.8mg/m3。
笔架山隧道采用水压爆破30个循环统计，从打眼开始到出碴完毕，所占用时间与常规爆破所占用时间的420min。这是因为平均排烟时间减少，爆破均匀破碎，减少了裝渣时间。水壓爆破每循环平均进尺3.41m，增加进尺0.23m；炮眼利用率达92%，水压爆破每一循环实际用药量为214.4kg，实际单位用药量为0.78kg/m3，单位耗药量比常规爆破节约炸药0.12kg，降低了13%。水压爆破后，岩石块度最大仅为70cm，破碎度提高了；爆堆长仅为30m，与常规爆破相比缩短了25%。由爆碴破碎和爆堆短了，所以装碴比常规爆破快了。 水压爆破，爆破后粉尘浓度为10.8mg/m3，与常规爆破相比降低了45%。
2.经济效益
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的前提下，水压爆破比普通爆破每个循环多开挖0.23m，每循环节省炸药17kg，最为显著的是通风降尘时间缩短了20～30分钟，经济指标分析如下。
（1）火工品节省的费用
笔架山隧道III级围岩断面尺寸是131.03m2，炸药的单价是每公斤12元，每发雷管单价8.8元。普通爆破方法一循环用药量为231.4公斤，如果采用水压爆破方法一循环用药量为214.4公斤。 隧道每掘进一米节省炸药：
（231.4/3.18-214.4/3.41）×12=118.72元
隧道每掘进一米节省雷管（一循环用200 发）
（200/3.18-200/3.41）×8.8=37.33 元
合计每米可以节省炸药和雷管的费用为118.72+37.33=156.05 元。
（2）人工费用的节省
一个循环施工作业可提高进尺0.23m，断面尺寸是131.03m2，一个循环施工作业可進尺3.41m，每开挖1m3 人工工资为20 元。
隧道每掘进一米节省人工费：0.23×131.03×20/3.41=176.76 元
（3）电费的节约
隧道每掘进一米节省电费
75Kw×2 台×1.0 元/度×0.5h/3.41=21.99 元
隧道每掘进一米合计可节省的费用为156.05+176.76+21.99=354.80元
（4）采用水压爆破每米需另外支出的费用
①生产炮泥和水袋的人工费
生产炮泥和水袋需要两个人，每天每人按 100 元计算，2 个人，按每天1.5个循环计算，折合每米支出费用共为：100×2/3.41/1.5=39.1元。
②水袋费用
水袋每循环使用600 个，每个0.1 元，每延米费用：600×0.1/3.41=17.6 元
③制作炮泥的砂土费用
每方40元，1方可做1000米，5000根，可使用8个循环，每延米费用 40/8/3.41=1.47元。
④电费
（4+0.68）kw×1h/3.41×1.0 元/度=1.37 元
采用水压爆破每米需另外支出的费用为：39.1+17.6+1.47+1.37=58.17 元
把以上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、炮泥加工人工费，材料费、电费的支出费用后，应用水压爆破每延米可节省费用 354.08-58.17=295.91 元（没有包含管理费用等）；笔架山隧道长度6345米，按照水压爆破掘进每延米节省 295.91 元，可以节省费用 187.7万元。
3. 环保效益
通过现场试验比较，用水压爆破比通常隧道爆破产生的粉尘量要减少很多，爆破所产生的粉尘实测值为10.8mg/m3，隧道洞内粉尘要减少45%以上，可见度能够明显增强；常规的爆破至少需要30 多分钟的时间才能到掌子面进行排险，水压爆破仅10 分钟左右就可以到撑子面排险。 水压爆破解决了隧道由于爆破而产生的粉尘多，通风困难的压力，这样有利于提高工效。
四、结束语
隧道掘进水压爆破技术是绿色环保的新技术，是我国隧道掘进技术从“湿法”钻孔代替“干法”钻孔、从非电起爆代替火爆和电爆以来的第三个质的飞跃和变化。隧道掘进水压爆破技术在宝兰客专笔架山隧道成功应用，提高提高了炸药能量利用率，提高施工效率，提高经济效益，保护洞内作业环境，经济和社会效益显著。
参考文献
[1]《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）.
[2]《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）.
[3]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）.
作者简介
张积（1984年7月），男，汉族，本科，内蒙古乌兰察布市，工程师。
[关键词]爆破技术 水压爆破 节能 环保
中图分类号：U455.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0388-02
引言
所谓水压爆破就是在每个炮眼内的一定位置按一定比例装放药包和水袋，与常规爆破相比较，水压爆破的钻孔数量，布眼方式，起爆顺序，钻孔深度，周边眼装药量等都与常规爆破相同，不同的仅仅是增加了一些水袋，然后用专用设备加工成的“炮泥”回填。由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼围岩中， 这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎，此外还会产生“水楔”效应，更利于岩石破碎，水雾作用有利于降尘；炮泥晒后比纯土坚实，密度大，抑制爆炸气体膨胀冲出炮眼口要比纯土堵塞好得多，而且还会大大降低了爆破粉尘对环境的污染，这对长、大断面隧道的开挖尤为重要。总而言之，由于炮眼中有水，并用炮泥回填堵塞，能充分利用炸药能量，大大降低了粉尘对环境的污染，水压爆破也被称为“绿色爆破”。
一、工程概况
笔架山隧道起讫里程为DK703+067～DK717+818，隧道全长14751.472m（长链0.472m），为双线隧道。中铁十局宝兰客专BLTJ-1标承担施工里程为DK703+067～DK709+412，长6345m。其中Ⅱ级围岩4023m，Ⅲ级围岩1635m，Ⅳ级围岩610m，Ⅴ级围岩52m，进口段明洞25m。笔架山隧道岩性主要为花岗岩，隧道进口段DK703+475～+825段下穿松崖沟，最浅埋深约19米；DK704+675～+855段下穿交川沟，最浅埋深约37米。
二、水压爆破原理
水压爆破是由我国著名的爆破专家何广沂教授研究出来的，其中的爆破设计与传统的隧道光面爆破设计方法是基本相同的，只是在炮孔堵眼和装药结构方法上进行了创新与改变。水压爆破原理是向爆破眼中注入一定量的水，然后用炮泥堵塞炮眼。从而达到利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到围岩中几乎无损失。同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应，有利于岩石破碎，炮眼中的水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染。
三、笔架山隧道水压爆破与常规爆破对比情况
（一）常规掘进爆破
1.钻爆设计
笔架山隧道地质情况较为复杂，围岩分Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅳ级、Ⅴ级，以笔架山隧道Ⅲ级围岩上台阶为例，断面面积79m2。Ⅲ级围岩常规钻爆设计如下：
周边眼采用小直径药卷不耦合装药方式，其余炮眼采用连续装药，掏槽眼采用复式楔形掏槽，掘进深度3.7m。爆破材料采用乳化炸药、1～13段非电毫秒雷管和塑料导爆管，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。
炮眼总数为125个，总装药量为231.4公斤，单位岩石炸药消耗量为0.9公斤。抵抗线厚度0.7m，利用非电雷管的固有延期作为起爆次序，用同段雷管作传爆雷管，将脚线连成束，再把传爆雷管脚线抓连上起爆雷管，光爆炮眼与内圈炮眼起爆时间间隔为190ms。
2.Ⅲ级围岩常规爆破施工主要技术参数
其它断面形式和围岩情况，只是在此钻爆设计的基础上，根据断面面积和围岩岩性增或减炮眼数量，调整炮眼分布，掘进深度3.7m不变。
3.爆破效果
在Ⅲ级围岩地段，深度3.7m，实际进尺3.0～3.3m，平均进尺3.18m，平均爆破利用率86%。爆破效果见下表：
（二）隧道掘进水压爆破
1.钻爆设计
水压爆破在炮眼数量、炮眼深度、炮眼分布以及起爆顺序等设计与常规爆破一模一样，仅在每个炮眼的装药量和装药结构上作了变化，即适当地减少了各个炮眼的装药量，往炮眼中装入水袋，最后用炮泥回填堵塞。水压爆破炮眼参数见下表：
2.炮孔装药结构
炮孔的装药结构从炮孔底部至炮孔口依次为水袋、药卷、水袋和炮泥，装药前，先用尺量出炮孔深度，根据实测的炮孔深度计算出装药量及水袋、炮泥的长度后，将炸药、水袋和炮泥按顺序装填入炮孔中。需要说明的是，仅需在试验阶段准确测量每个炮孔的深度，在实际施工时，装填结构参数确定后，就不需要重复此项工作了。水袋、炮泥在炮孔中的长度比例为1：1左右。
3.爆破基本情况
连续采取水压爆破施工30个循环，掘进深度3.7m，每循环实际进尺3.2～3.5m，平均每循环进尺为3.41m，平均炮眼利用率达92%。爆破效果见下表：
（三）水压爆破与常规爆破指标对比情况
1.技术指标分析对比
笔架山隧道采取常规爆破掘进时，在正常情况下，从开始打眼到出碴完毕，平均用时480min。掘进深度3.7m，每循环实际进尺为3.0～3.3m，平均每循环进尺为3.18m，炮眼利用率仅为86%。每一循环实际用药量为231.4kg，实际单位用药量为0.90kg/m3。爆破的岩石最大块度为120cm，爆堆长40.2m。爆破后粉尘浓度平均为19.8mg/m3。
笔架山隧道采用水压爆破30个循环统计，从打眼开始到出碴完毕，所占用时间与常规爆破所占用时间的420min。这是因为平均排烟时间减少，爆破均匀破碎，减少了裝渣时间。水壓爆破每循环平均进尺3.41m，增加进尺0.23m；炮眼利用率达92%，水压爆破每一循环实际用药量为214.4kg，实际单位用药量为0.78kg/m3，单位耗药量比常规爆破节约炸药0.12kg，降低了13%。水压爆破后，岩石块度最大仅为70cm，破碎度提高了；爆堆长仅为30m，与常规爆破相比缩短了25%。由爆碴破碎和爆堆短了，所以装碴比常规爆破快了。 水压爆破，爆破后粉尘浓度为10.8mg/m3，与常规爆破相比降低了45%。
2.经济效益
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的前提下，水压爆破比普通爆破每个循环多开挖0.23m，每循环节省炸药17kg，最为显著的是通风降尘时间缩短了20～30分钟，经济指标分析如下。
（1）火工品节省的费用
笔架山隧道III级围岩断面尺寸是131.03m2，炸药的单价是每公斤12元，每发雷管单价8.8元。普通爆破方法一循环用药量为231.4公斤，如果采用水压爆破方法一循环用药量为214.4公斤。 隧道每掘进一米节省炸药：
（231.4/3.18-214.4/3.41）×12=118.72元
隧道每掘进一米节省雷管（一循环用200 发）
（200/3.18-200/3.41）×8.8=37.33 元
合计每米可以节省炸药和雷管的费用为118.72+37.33=156.05 元。
（2）人工费用的节省
一个循环施工作业可提高进尺0.23m，断面尺寸是131.03m2，一个循环施工作业可進尺3.41m，每开挖1m3 人工工资为20 元。
隧道每掘进一米节省人工费：0.23×131.03×20/3.41=176.76 元
（3）电费的节约
隧道每掘进一米节省电费
75Kw×2 台×1.0 元/度×0.5h/3.41=21.99 元
隧道每掘进一米合计可节省的费用为156.05+176.76+21.99=354.80元
（4）采用水压爆破每米需另外支出的费用
①生产炮泥和水袋的人工费
生产炮泥和水袋需要两个人，每天每人按 100 元计算，2 个人，按每天1.5个循环计算，折合每米支出费用共为：100×2/3.41/1.5=39.1元。
②水袋费用
水袋每循环使用600 个，每个0.1 元，每延米费用：600×0.1/3.41=17.6 元
③制作炮泥的砂土费用
每方40元，1方可做1000米，5000根，可使用8个循环，每延米费用 40/8/3.41=1.47元。
④电费
（4+0.68）kw×1h/3.41×1.0 元/度=1.37 元
采用水压爆破每米需另外支出的费用为：39.1+17.6+1.47+1.37=58.17 元
把以上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、炮泥加工人工费，材料费、电费的支出费用后，应用水压爆破每延米可节省费用 354.08-58.17=295.91 元（没有包含管理费用等）；笔架山隧道长度6345米，按照水压爆破掘进每延米节省 295.91 元，可以节省费用 187.7万元。
3. 环保效益
通过现场试验比较，用水压爆破比通常隧道爆破产生的粉尘量要减少很多，爆破所产生的粉尘实测值为10.8mg/m3，隧道洞内粉尘要减少45%以上，可见度能够明显增强；常规的爆破至少需要30 多分钟的时间才能到掌子面进行排险，水压爆破仅10 分钟左右就可以到撑子面排险。 水压爆破解决了隧道由于爆破而产生的粉尘多，通风困难的压力，这样有利于提高工效。
四、结束语
隧道掘进水压爆破技术是绿色环保的新技术，是我国隧道掘进技术从“湿法”钻孔代替“干法”钻孔、从非电起爆代替火爆和电爆以来的第三个质的飞跃和变化。隧道掘进水压爆破技术在宝兰客专笔架山隧道成功应用，提高提高了炸药能量利用率，提高施工效率，提高经济效益，保护洞内作业环境，经济和社会效益显著。
参考文献
[1]《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）.
[2]《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）.
[3]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）.
作者简介
张积（1984年7月），男，汉族，本科，内蒙古乌兰察布市，工程师。