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摘要：通过水压爆破技术在斯里兰卡马哈吉图拉引水隧道中的成功应用，介绍水压爆破技术在提高炸药能量利用率，达到光面爆破效果，节省炸药，提高施工效率，加快施工进度，提高经济与社会效益，同时降低粉尘含量，改善洞内空气质量等几方面的作用。
关键词：水压爆破、光面爆破、隧道掘进、经济效益、环保
1 工程概况
斯里兰卡马哈吉图拉隧道位于斯里兰卡西北省，全长940米，为引水隧道，是斯里兰卡水安全项目的控制性工程。本项目由我公司与中工国际联合体中标。隧道洞身穿越区域为山岭重丘区，浅埋段达到50%以上，地质情况较差，四级以上围岩约占60%。我公司拟对此项目采用水压爆破施工工法，以达到光面爆破效果，降低施工成本，提高环保水平，此次水压爆破技术将是斯里兰卡国内首次应用。
2 水压爆破工艺
2.1 炮泥的加工工艺
制作炮泥采用炮泥机，原材料为普通粘土，粘土的含水率宜为20%左右，若粘土中掺杂小石块时，应过筛为好，过筛的筛孔尺寸为5mm*5mm左右，不得有1mm*1mm*1cm以上的石块投入料斗中，以防止小碎块卡叶片或成形器中的转动螺旋发生故障。炮泥的直径为35mm，长度为200mm左右，制作好的炮泥以表面光滑、用手略微一捏可以变形为宜。另外，一次加工炮泥不宜过多，防止水分蒸发炮泥变硬，影响使用效果，一般在使用前4~5h制作炮泥，且制作好的炮泥应放在阴凉处保存。
2.2 水袋的加工工艺
制作水袋采用自动灌水、自动封口机，简称“封口机”。水袋长度为200mm，直径为35mm的聚乙烯塑料袋。封口机制作水袋效率高，每小时生产700只，封口牢固不容易漏水、渗水，而且水袋饱满、挺拔。
3 隧道掘进常规爆破
马哈吉图拉隧道掘进采取全断面开挖，开挖断面为17.47m2。开挖弧线长度为13.96m。下文将以三级围岩为例进行对比分析。
4 隧道掘进水压爆破
4.1 基本原理
隧道掘进水压爆破定义是往炮眼中一定位置放入水袋，最后用炮泥回填堵塞到炮眼口为止。爆破时围岩的破碎主要依靠炮眼中炸药爆炸在围岩中产生的应力波以及爆炸气体膨胀共同作用而完成。隧道掘进水压爆破，由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆破能量几乎无损地传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石的破碎，此外还产生“水楔”效应和水雾作用，前者有利于围岩破碎和防止岩爆，后者有利于降尘、吸附有害有毒气体和防止瓦斯爆炸。由于炮眼中上部有水袋和炮泥回填堵塞，有力抑制膨胀气体冲出炮眼口，使膨胀气体起到二次破碎围岩的目的。另外，炮眼底部的水，对冲击波的反射作用加强了应力波强度和作用时间更有利于围岩破碎。由于炮眼中有水，并用炮泥回填堵塞，不但能充分利用炸药能量，而且又能大大降低粉尘对作业环境的污染，保护了施工人员身体健康。
4.2 炮眼装药结构
水压爆破与常规爆破相比，在掏槽型式、炮眼分布、炮眼数量、炮眼深度、起爆顺序和起爆间隔时间等六方面完全一样，仅仅装药结构有所不同。水压爆破要往炮眼中注入一定量的水，最后用专用设备加工成的炮泥回填边堵塞。
装填步骤：首先往炮眼最底部装填一个水袋，紧接着往炮眼中装所需的药卷，然后再装填水袋，随后往炮眼中边回填堵塞炮泥，要边回填边捣固直至炮眼口。
5 水压爆破效果与经济分析
5.1 使用水压爆破以Ⅲ级围岩为例每延米所节省的费用
5.1.1 火工品节省的费用
马哈吉图拉引水隧道Ⅲ级围岩开挖面积是17.47m2，炸药的单价是每公斤12元，每发雷管单价是6元，每立方喷射混凝土1000元。
隧道Ⅲ级围岩每开挖一米节省炸药：
（86/3.2-71/3.5）*12=79.07元
隧道Ⅲ级围岩每开挖一米节省雷管（一循环用45发）：
（139/3.2-139/3.5）*6=7.23元
合计每开挖一米节省火工品费用：
79.07+7.23=86.30元
5.1.2 人工费节省的费用
隧道Ⅲ级围岩每开挖一米节省人工费
一个循环提高进尺0.3m，开挖断面是17.47m2，一个循环进尺3.5m，每开挖1m3班组工资为29元。
0.3*17.47*29/3.5=43.43元
5.1.3 电费节省的费用
110kw*1台*1.08元/度*0.5小时/3.5=16.97元
5.1.4 光面爆破节省喷射混凝土费用
实践证明，三级围岩至四级围岩水压爆破炮眼痕迹率留存率能达80%以上。围岩壁面无明显的爆生裂隙。围岩壁面不平整度（又称起伏差）的在±15cm之内。减少平均超挖量在5-10厘米之上，故减少喷射混凝土用量为
13.96*0.05*1*1000=698.00元（喷射混凝土按1000元每立方计）
合计节省费用为：86.3+43.43+16.97+698.00=844.70元
5.2 水压爆破较常规爆破增加费用
水袋及炮泥袋每循环共使用400个，每个0.1元，每延米费用：
400*0.1/3.5=11.42元
把以上Ⅲ级围岩上每延米节省的火工品费用、人工费用和电费合计，水压爆破每延米可节省费用844.70-11.42=833.28元（没有包含管理费用等）。
6 总结
马哈吉图拉引水隧道拟采取水压爆破400个循环，累计进尺940m。水压爆破与常规爆破相比具有显著的“三提高一保护”作用与效果。
一提高炸药有效能量利用率，根据水压爆破与常规爆破效果对比表4中可以得出每循环节省炸药21.4%；累计节省炸药86*21.4%*400=7361.60kg。
二是提高施工进度，根据水压爆破与常规爆破效果对比表4中可以得出每循环提高进尺0.3m；累计提高进尺0.3*400=120.00m；三级围岩月进度指标125m，每天工期指标为4.17m/d，缩短工期120.00/4.17=28.8d。同时降低爆堆长度，加快出渣速度，减少出渣作业时间。
三是提高经济效益，根据经济分析每延米可节省费用833.28元；累计节约费用833.28*940=783283.2元约78.3万元。
一保护，由于水压爆破在炮眼中一定的位置注入一定量的水，水可以起到雾化降尘的作用，从而大大下降了粉尘浓度，还可缩短通风时间大约30min，改善了洞内作业环境，从而保护施工人员身体健康。
参考文献：
[1]何广沂，徐凤奎，荆山等，节能环保工程爆破，中国铁道出版社，2007