1、浅谈水袋+炮泥堵塞炮眼爆破施工方法摘要 隧道爆破施工通常采用传统的炮泥堵塞炮眼，缺点：炸药能量的有效利用率不高，炸药单孔消耗量较大。针对这种情况，提出了一种水袋+炮泥堵塞炮眼爆破方法。该方法充分利用水的不可压缩性，减少冲击波在传播过程中的衰减，相对延长了爆生气体的作用时间，提高了岩石的破碎度和炸药能量的有效利用率，降低了粉尘危害，节省了工程造价。 关键词 中图分类号：U45 文献标识码： A 水袋+炮泥；爆破；隧道施工 1 引言 传统的炮泥，主要由粘土、砂或土砂的混合料加工而成。传统的炮泥堵塞炮眼，虽然能在一定程度上保证炸药充分反应，由于爆破气体逸出自由面的温度仍然很高，能量并没有被充分利用。
2、因而，装药量不少，岩石的破碎度不够理想，这就增加了处理大块岩石的环节，影响了开挖进尺。开挖进尺一直是隧道施工的关键，直接影响隧道施工的各项技术和经济指标。为此，我们开始不断摸索提高隧道爆破施工效率。 为了提高炸药能量的有效利用率和岩石的破碎度，提出了一种水袋+炮泥堵塞炮眼爆破方法。这一爆破技术在元坝气田大梁山隧道工程中得到成功应用，不但提高了炸药能量的有效利用率，而且提高了岩石的破碎度，加快了工作进尺，提高了经济效益，同时也改善了隧道内施工环境。 2 水袋+炮泥爆破原理 水袋+炮泥堵塞炮眼爆破，就是用水袋、炮泥复合堵塞炮眼，代替传统的炮泥堵塞炮眼，利用水的不可压缩性，减少冲击波在传播过程中的衰
3、减，相对延长了爆炸能量的作用时间，提高了岩石的破碎度1-3。 水袋+炮泥堵塞炮眼爆破时，炮眼的内壁首先受到应力波的作用，沿炮眼的径向和切向产生拉应力，当拉应力超过岩石的极限抗拉强度时，岩石中将产生大量的径向、切向裂纹和裂隙；而冲击波在水中发生反射，在炮眼内壁形成强荷载，岩石进一步发生变形和位移，在炮眼内壁形成空化区。随后，在爆生气团的作用下形成的水球迅速向外膨胀，使空化区消失，并将能量传递给岩石周围，形成一次突跃的加载，加剧岩石的破碎。此后，具有残压的水汽从裂缝中向外溢出，形成雾状分布在空气中裹携粉尘，改善了洞内施工环境。 水袋+炮泥堵塞炮眼爆破正是从冲击波和爆生气团两方面人手，使传统的炮泥堵
4、塞炮眼爆破施工中存在的问题得到满意的解决。 21 冲击波作用 岩石中切向拉应力峰值 max 随距离的衰减规律为 max=(bPr)(r) (1) 式(1)中 b 与泊松比和应力波传播距离有关，爆炸近区的 b 值较大(b1)，但随距离增大 b 值迅速减小，并趋于只依赖于泊松比的固定值b= (1-) ；r 为对比距离； 为衰变指数。 因径向裂隙是由拉应力引起的，因此以岩石抗拉强度 t 取代式(1)中的周向拉应力峰值 max 即可求得炮孔周围径向裂隙区的半径为 RP=(bPrt)1rb(2) 式(2)中 RP、t 和 rb 分别为破坏区半径、岩石抗拉强度和炮孔半径。 在岩石中，maxrmax =b=
5、(1-)1；而在水中，maxrmax =b=1，代入式（1）和式（2） 。所以在相同装药量的情况下，水袋+炮泥堵塞炮眼爆破的切向应力和炮孔周围径向裂隙区的半径比传统的炮泥爆破的效果好。 22 爆生气团作用 继应力波之后，爆生气体及水受热变成蒸汽形成气团充满爆腔，以准静压力的形式作用在空腔壁上和冲人由应力波形成的径向裂隙中，在此高温、高压气团的膨胀、挤压及气楔作用下，径向裂隙继续扩展和延伸。裂隙尖端处气体压力造成的应力集中也起到了加速裂隙扩展的作用。高压气团在炮孔中等熵膨胀，充满炮孔时的高压气团压力为 P0=keDe2(dcdb)6 (3) 式(3)中 k 为比例系数，其取值范围 0.20.25
6、；e、De、dc 和 db分别为炸药密度、炸药爆速、药卷直径和炮孔直径。 封闭在炮孔内的爆生气体以准静压的形式作用于炮孔孔壁，形成岩石中的准静态应力场，其应力状态近似于承受均匀内压的厚壁圆筒(认为筒的外径趋于无穷大)。因此可用弹性力学的厚壁筒理论求解岩石中的应力状态，其径向压应力和周向拉应力数值相等，即 =r=( rbr)2P0 (4) 式(4)中 r、rb、r 和 分别为距炮孔中心的距离、炮孔半径、径向压应力值和切向拉应力值。 同样以岩石的抗拉强度 取代式(4)中的切向拉应力 ，即求得破裂区半径为 RP=(P0t)16 （5） 水袋+炮泥堵塞炮眼爆破时，由于水蒸汽参与了与爆生气体共同对岩石的
7、作用，与传统炮泥爆破相比，式(3)中的 k 值相对增大，故 P0 增大，式(5)中的 RP 也相对增大。 3 应用试验 水袋+炮泥堵塞炮眼与传统炮泥爆破施工工艺的区别：前者增加了一个 20cm 长的水袋。下面，我将针对两种爆破方法进行试验，以作比较。 3.1 工程概况 大梁山隧道位于四川盆地西缘之川西褶带和川中褶带，场地内岩层层面、风化裂隙和节理裂隙发育导致岩层稳定性差，地质复杂多变。大梁山隧道属于构造剥蚀深丘-低山地貌，隧道洞身全部为 V 级围岩，隧道全长 813m，起讫桩号：DK0+000DK0+813。隧道采用光面爆破，全断面法开挖。现场搭设组合作业台架，人工手持风枪钻眼，非电毫秒雷管起
8、爆，采用微振动光面爆破控制爆破技术，每循环进尺 0.751.5m。 3.2 装药结构及装药量 （一）装药结构： 钻孔前根据设计出具的孔眼布置图在开挖面上布眼，由外侧向中间分别为周边孔、辅助孔和掏槽孔。 隧道采用全断面开挖，掘进断面面积为 47m2，炮眼深度为 1.5 m，直径为 32mm。为达到良好的光爆效果，周边眼采用 32mm 标准药卷间隔装药结构，其余炮眼均采用 32mm 标准药卷连续装药结构，装药均采用反向装药。 图 1 传统的炮泥堵塞炮眼装药结构示意图 水袋+炮泥堵塞炮眼爆破装药结构依次为药卷、炮泥、水袋和炮泥。水袋、炮泥的装填比例根据各孔装药后的剩余空间，现场试验确定。 图 2 水袋+炮泥堵塞炮眼装药结构示意图 （二）循环爆破装药量 Q Q= q o V 式中 V掘进循环爆破方量，V=SL S隧道爆破横剖面积， 本隧道横剖面积（3.143.953.95/2+7.95.7/2）=47.01m2 L炮眼长度，本隧道炮眼长度 1.5m 炮孔利用率 0.850.9，取 0.85 q o炸药单耗 1.3kg/m3 代入 V=47.011.50.85=59.94m3/循环 Q=1.359.94=77.92kg/循环78kg/循环 炮孔药量分配：
