摘要：随着经济的不断发展与建筑技术的持续进步，很多新技术被引入到城市公路隧道的建设当中，其中就包括水压爆破技术。基于此，本文从水压爆破的应用原理出发，对水压爆破使用前的准备工作以及工程中的具体设计进行了详细地分析与探讨，希望不断发挥水压爆破在工程中的应用优势，以进一步提升施工质量。
关键词：水压爆破；大断面公路；隧道开挖
引言：水压爆破技术在大断面公路隧道开挖工程中具有良好的发展前景，该技术是在现有的公路隧道爆破施工技术的基础上加以完善与创新从而形成的新型爆破技术。在实际的应用过程中，水压爆破技术可以有效减少对周边地质结构以及环境的影响，提升解决隧道施工问题的效率，推动了隧道施工技术的整体发展。
1.水压爆破在大断面公路隧道开挖中的应用原理
在大断面公路隧道开挖的工程中使用水压爆破技术应用了其在爆破眼中注入水，再用炮泥将炮眼堵住，使得炸药在受约束的水体内发生爆炸，有效借助水传递爆炸能量的作用，进而将能量作用于围岩上的原理。水的可压缩性很小，加压后体积、密度的变化也很小，如在一定温度下给水加压100MPa，其密度才会增加5%左右。因此在炸药质量相同的情况下，在水中释放的能量要远大于在空气中，因为压缩水做功的能量很小，所以作为传能介质时水也是要远优于空气的。同时，水还会起到一定程度上的缓冲作用，如果直接使用炸药爆破，那么会使得高温高压下产生的能量过于集中在一点，该范围内的岩石粉碎，但对于整体工程来说作用不大，因此粉碎岩石消耗的这一部分能量也就变成了无用功。而水的缓冲效果可以使爆破产生的能量均匀传递，岩体受到均匀的能量以后也不会发生粉碎的现象，可以有效地节约能量的使用，将其用于其他岩石的爆破上。并且水也会与爆炸产生的气体、粉尘以及有毒化合物相混合，进而提升施工现场的空气质量，保障工作人员的人身安全[1]。
2.水压爆破前的准备工作
2.1制作炮泥
炮泥的主要原料有土、砂、粉煤灰和水。土可以直接就地取材，采用含水量不超过8%且没有腐殖质的普通黏土。采用10mm方孔筛过滤粘土，如果颗粒过大则需要人工过滤。选择砂时需要采用与浇筑混凝土相同的且含水率不超过4%的河砂，然后对河砂进行过滤、去除杂物。粉煤灰需选用含水率不超过3%的，且须将石子等杂物过滤去处，较大颗粒则需人工破碎。在制作炮泥时需提前一天将土、砂、粉煤灰和水等原料按照一定的比例分配好，并充分搅拌使得炮泥材料可以均匀湿润，更好地发挥其性能。
2.2炮泥机的操作
将提前一天制作的15～20kg炮泥材料倒入炮泥机的料斗中后再打开炮泥机的电源。通过螺旋杆的运转，炮泥被输送到各个区域，包括卧式螺旋杆以及成形器端头等加以推压密实、挤压成形。炮泥在成形端口推出20～30cm时就可以切断。河砂量过大会造成炮泥表面粗糙且易于断裂，这时应尽快调整黏土的比重。炮泥机的运转温度应保持在50℃以下，造成高温停机的故障根源较多，其中包括料斗中加料过多、粘土的过筛程度不够、杂物过多等。在找到炮泥机过热的原因后等待冷却再重新开机。当炮泥机发出很大的撞击声时应考虑是否是材料中有较大的石块，停机捡出后再继续制作炮泥。注重炮泥机的保养工作，及时更换润滑油，平均每500～1000h进行一次保养，以确保炮泥机性能的维持。
2.3炮泥的原料配比
为找到最适宜的炮泥原材料配比，先按照土∶砂∶粉煤灰∶水的比例为100∶6∶7∶15进行施工尝试，后发现该配比所得到的炮泥性能不够优越，无法发挥出很好的工程效果之余还使得炮泥表面粗糙、干燥、易断。
在经过反复多次的试验以后将土、砂、粉煤灰、水的配比改为了100∶6∶8∶20，有效提升了炮泥的性能，使其更好地投入到工程建设当中。
2.4水袋的制作
将塑袋灌装封口机开机预热后把聚乙烯塑料水袋安装在喷咀上，在灌满后自动热融封口，水袋的规格为厚0.8mm长200mm，直径35mm。开机前先要定量调整容量，在机器后门打开后，利用泵连杆端头的蝶形螺母调节水袋的灌装容量。调节完毕后拧紧螺母，避免发生螺母因机械震动发生松动，从而损坏调整杆的现象发生。打开电源后设定初始温度为130℃，观察指示灯，当由绿变红时则达到了所需的封口温度。灌注水袋封口前打开主令开关，先空转两次机器使得水注满计量泵，空气排空后关闭主令开关，最后将灌注水袋封口。
3.水压爆破应用的具体设计
水压爆破技术与传授的爆破手段最大的区别主要体现在两个方面，分别为装药结构和堵上炮眼。在实际的操作过程中，水压爆破的炮眼布置、个数、深度、设置间隔、起爆顺序以及掏槽形式等环节要素与传统的爆破技术基本没有差别。因此相较于传统爆破技术，水压爆破的区别所体现在在每一个炮眼中都放置了水袋和炮泥，有效减少了装药量，装药的结构也有所变化。通常情况下，按照3:4的比例设定隧道水压爆破水袋累计长度与炮泥回填封堵的长度比，但为有效降低空气中的粉尘含量，提升空气质量，在实际的施工过程中增加炮眼中水的比例，将水袋累计长度与炮泥回填封堵长度的比例设置为1∶1，掏槽眼则为1.5∶1。这样可以降低粉尘，有利于现场施工人员的身体健康。在对大口子隧道出口，级别为IV级的围岩进行施工时，应采用上下台阶法；上断面的开挖面积大约为55m2。同时相较于常规爆破，水压爆破的循环长度也有所增加，从2.7m增加到了2.9m，并且能在公路隧道开挖的施工过程中有效节省炸药的使用量，节约资源的基础上还可以提升整体工程的效率，加快开挖进度。
4.水压爆破在大断面公路隧道开挖中的应用成效
在大断面公路隧道开挖中应用水压爆破的实际成效主要体现在五个方面，分别为安全、质量、成本、环境与经济。在安全方面，水压爆破的使用具备良好的破碎效果和光面效果，更加接近隧道设计的轮廓线。因此使得围岩能够受到更加均匀稳定的能量输出，提升自稳效果，有效避免了塌方的现象发生。不仅大大增加了施工现场的安全程度，还有效降低了排险难度及排险时间，提升施工效率。在质量方面，水压爆破完善了超欠挖控制，使二衬防水板与岩面更好地贴合，保证了其厚度的均匀，进而提升隧道的施工质量。有效减少补炮以及挂网补喷的现象发生，为后续施工的顺利开展提供保障[2]。在成本方面，水压爆破可以减少药量，有效减少隧道施工开挖循环的时间，提升工程效率。进而有效降低了通风时长和用电量，进而节约施工成本。在环境方面，水袋爆破后可以发挥雾化降尘作用，提升现场的空气质量，现场不仅视野良好，而且也没有明显的炮烟味，使得施工环境得到明显改善。在经济方面，水压爆破的运用缩短了工序时长，相较于传统爆破技术，通风时长从30min缩减为15min。并且减少炸药每一个循环的使用量，节省率达到19%。同时在电费消耗、粉尘清除消耗以及机械设备损耗方面都有了明显地提升，因此从整体上看，在大断面公路隧道开挖中应用水压爆破的经济效益十分显著。
结论：综上所述，水压爆破技术的应用有效提升了大断面公路隧道开挖工程的效率和质量，在此过程中也充分展示出该技术良好的发展前景。尤其是在对环境要求较高的工程中，水压爆破技术可以有效节约资源、提升炸药能量利用率，保证工人的身体健康，提高经济效益的基础上对环境保护也起到了良好的促进作用。
参考文献：
[1]陈航,孙振华,芦杰,等.公路隧道周边眼聚能水压爆破技术应用[J].山西建筑,2019,45(21):124-126.
[2]高帅.公路隧道建设中的聚能水压爆破工艺[J].设备管理与维修,2019(19):124-125.
作者简介：姓名：丁海（1991.06--）；性别：男，民族：汉，籍贯：安徽省淮南市，学历：本科；现有职称：助理工程师；研究方向：隧道工程。