聚能水壓光面爆破試驗(yàn)總結(jié)
PVC爆破聚能管主要應(yīng)用于隧道、煤礦、鐵礦等需要進(jìn)行光面爆破施工的工程。采用聚能管的光面爆破可減少鉆孔，擴(kuò)大孔距，減少導(dǎo)爆管用量，減少超挖，減少噴漿，提高半孔率，既節(jié)省了成本又提高了施工效率。聚能光面爆破技術(shù)，布孔和普通光面爆破完全一樣，鑿巖工具和工藝均無(wú)變化。不同之處在于周邊眼的間距，普通光面爆破40至50cm，聚能光面爆破周邊眼間距布置80至100cm,加大了孔間距，減少了炮孔鉆孔量，節(jié)約了鉆孔時(shí)間，節(jié)省了炮工的工作時(shí)間，降低了成本。起拱線、圍巖節(jié)理發(fā)育處可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)縮小孔間距。
爆破聚能管可根據(jù)炮眼深度采用合適的聚能管管體，不需其他工具幫助送入炮眼，切縫方向準(zhǔn)確，兩端的前錐形定格帽和后定格堵外徑與炮眼內(nèi)徑一致，保證聚能管管體同心，定向準(zhǔn)確。且利于工業(yè)化生產(chǎn)，作業(yè)安全。
原理說(shuō)明
聚能管聚能效應(yīng)共四個(gè)過(guò)程：
1. 炸藥爆炸產(chǎn)生的爆轟波通過(guò)聚能管的聚能槽，將炸藥的動(dòng)能于勢(shì)能轉(zhuǎn)換成高壓、高速、高能的射流，切割巖石成縫，形成1~2cm的深縫。
2. 射流在孔壁產(chǎn)生的射流壓力高達(dá)7000MPA，巖石動(dòng)載抗壓強(qiáng)度為200MPA，抗拉為1/8~1/10的抗壓強(qiáng)度，響鈴的兩個(gè)炮孔即為鄰空面，疊加后的壓縮波變?yōu)橄∈璨?，在兩炮孔連線上使巖石分子結(jié)構(gòu)斷裂，形成裂紋。
3. 準(zhǔn)靜態(tài)氣體膨脹，靜態(tài)壓力在兩炮孔最短連線兩側(cè)產(chǎn)生拉力使巖石裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。
4. 根據(jù)爆破應(yīng)力集中氣刃作用原則，爆破氣體沿裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大貫通，拋落巖石。
聚能水壓光面爆破就是炮孔中由聚能管裝置替代了常規(guī)光面爆破炮孔中的藥卷和傳爆線,炮孔的最底部和上部有水袋, 用專用設(shè)備加工成的炮泥回填填塞。
常規(guī)光面爆破炮孔中的炸藥爆炸后，在巖石傳播應(yīng)力波時(shí)產(chǎn)生徑向壓應(yīng)力和切向拉應(yīng)力, 由于光爆炮孔相鄰互為“空孔”,所以在光爆炮孔連線兩側(cè)產(chǎn)生應(yīng)力集中度很高的拉應(yīng)力超過(guò)了巖石抗拉強(qiáng)度,于是使炮孔之間的巖體形成的初始裂縫要比其他方向厲害的多,除此之外,由于炸藥爆炸生成的高壓氣體膨脹產(chǎn)生的靜力作用促使初始裂縫進(jìn)一步延伸擴(kuò)大。而聚能水壓爆破除上述應(yīng)力波作用外,聚能槽產(chǎn)生的高溫高壓射流以及光爆孔中的水袋在爆炸作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng),促使巖石初始裂縫延伸擴(kuò)展加大。聚能水壓光爆炮孔由于水袋炮泥復(fù)合填塞,有力控制炸藥爆炸生成的膨脹氣體于炮孔中, 其膨脹氣體靜力作用要比常規(guī)光面爆破不填塞強(qiáng)的多, 更有利于已形成的裂縫再延伸擴(kuò)展加大。
聚能水壓光面爆破技術(shù)由于聚能管的高溫高壓射流、“水楔”作用以及增強(qiáng)了膨脹氣體的靜力作用，解決了常規(guī)光面爆破的不足，同時(shí)由于在光爆炮孔中放置了水袋，在爆破過(guò)程中產(chǎn)生的水霧起到了降塵的效果，改善了作業(yè)環(huán)境，保護(hù)了施工人員的身體健康。
聚能管光面爆破相對(duì)比常規(guī)光面爆破的優(yōu)勢(shì)：
1、節(jié)省周邊孔數(shù)量50%；
2、周邊孔節(jié)省雷管50%，炸藥7%，導(dǎo)爆索80%;
3、節(jié)省噴射砼15%~30%；
4、節(jié)省鉆孔工人一名；
5、每個(gè)循環(huán)節(jié)約時(shí)間1.5~2小時(shí)，節(jié)約成本約30%；
6、安全方面，因?qū)ΡＡ魢鷰r擾動(dòng)小，不塌方，不滲水；
7、因采用聚能光面爆破，周邊圍巖平整度好，曲面圓順，鋪設(shè)防水板及二襯在同一面上，防水板與二襯之間沒(méi)有間隙，防水效果更佳。
數(shù)據(jù)對(duì)比方面
技術(shù)效果對(duì)比
項(xiàng)目 | 常規(guī)光面爆破 | 聚能光面爆破 |
周邊眼直徑/mm | φ42 | φ42 |
周邊眼間距/cm | 50 | 100 |
藥卷直徑/mm | φ32 | φ32 |
周邊眼個(gè)數(shù) | 42 | 23 |
炮眼深度/m | 3.5 | 3.5 |
炸藥消耗量/kg | 29.4 | 24.84 |
雷管消耗 | 42 | 23 |
最大開挖/mm | 250 | 165 |
循環(huán)進(jìn)尺/m | 3.1 | 3.4 |
半眼痕/% | 60 | 85 |
經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比分析（相同條件下，單個(gè)循環(huán)為單位）
項(xiàng)目名稱 | 單位 | 單價(jià) | 常規(guī)光面爆破 | 聚能光面爆破 | 成本節(jié)約（%） | ||
消耗量 | 合計(jì) | 消耗量 | 合計(jì) | ||||
鉆孔 | m/孔數(shù) | 12.33 | 155.4/42 | 1916.08 | 85.1/23 | 1049.28 | -45.2 |
炸藥 | kg | 8.7 | 29.4 | 255.78 | 24.84 | 216.1 | -15.5 |
雷管 | 個(gè) | 5.37 | 42 | 225.54 | 23 | 123.51 | -45.2 |
導(dǎo)爆線 | m | 2.74 | 189 | 517.86 | 29.8 | 163.85 | -68.4 |
聚能管 | m | 57.5 | 402.5 | ||||
合計(jì) | 2915.26 | 1955.24 | -32.9 | ||||
實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比
1、橫洞地質(zhì)情況
試驗(yàn)段掌子面圍巖等級(jí)為IV級(jí)，支護(hù)參數(shù)S4a，預(yù)留變形量8cm。揭露圍巖為中風(fēng)化板巖、變質(zhì)砂巖互層，圍巖裂隙發(fā)育，巖體破碎-較破碎，呈楔形碎裂隙鑲嵌結(jié)構(gòu)，洞內(nèi)地下水不甚發(fā)育，以潮濕狀-滴水狀為主。綜述，圍巖為IV級(jí)較差類型。
2、試驗(yàn)分為3個(gè)循環(huán)，大峽谷隧道峨眉端橫洞試驗(yàn)3個(gè)循環(huán)，開挖掘進(jìn)長(zhǎng)度分別為：3.3m、3.2m、3.2m。
3、所使用聚能管外形型號(hào)如下圖:
材質(zhì)：PVC型材
尺寸：可定制
規(guī)格：φ32mm、φ36mm、φ40mm（可定制）
介紹：本產(chǎn)品共分為管體及蓋板兩部分，結(jié)合后呈字母C形狀，主管體兩側(cè)具有聚能槽，可應(yīng)用于隧道及礦井，根據(jù)實(shí)際操作環(huán)境，可調(diào)整注藥量，現(xiàn)有規(guī)格可直接裝填各尺寸的乳化炸藥。產(chǎn)品材質(zhì)可根據(jù)客戶要求進(jìn)行定制。
表1：
試驗(yàn)開挖進(jìn)尺情況對(duì)比
序號(hào) | 聚能爆破 | 普通爆破 | ||
開挖里程 | 長(zhǎng)度（m） | 開挖里程 | 長(zhǎng)度（m） | |
1 | TK0+266.2-262.9 | 3.3 | TK0+253.88-250.96 | 2.92 |
2 | TK0+262.9-259.6 | 3.2 | TK0+250.96-247.82 | 3.14 |
3 | TK0+259.6-256.4 | 3.2 | TK0+247.82-244.8 | 3.02 |
4 | 平均值（m） | 3.23 | 平均值（m） | 3.02 |
結(jié)論：表中所示，聚能爆破平均每循環(huán)開挖長(zhǎng)度為3.23m，普通爆破平均每循環(huán)開挖長(zhǎng)度為3.02m,增加開挖長(zhǎng)度0.21m。
表2：
聚能爆破周邊眼數(shù)據(jù)情況
序號(hào) | 孔眼深度（m） | 聚能管長(zhǎng)度(m) | 掘進(jìn)長(zhǎng)度 | 循環(huán)炸藥用量（根） | 周邊眼孔數(shù) | 單孔炸藥用量(根) |
1 | 3.5 | 2.5 | 3.3 | 60 | 24 | 2.5 |
2 | 3.5 | 2.5 | 3.2 | 57.5 | 23 | 2.5 |
3 | 3.5 | 2.5 | 3.2 | 55 | 22 | 2.5 |
平均值（m） | 3.5 | 2.5 | 3.23 | 57.5 | 23 | 2.5 |
表3：
普通爆破周邊眼數(shù)據(jù)情況
序號(hào) | 孔眼深度（m） | 掘進(jìn)長(zhǎng)度 | 循環(huán)炸藥用量（根） | 周邊眼孔數(shù) | 單孔炸藥用量（根） | 平均周邊眼間距（m） |
1 | 3.5 | 2.92 | 114 | 38 | 3 | 0.5 |
2 | 3.5 | 3.14 | 114 | 38 | 3 | 0.5 |
3 | 3.5 | 3.02 | 114 | 38 | 3 | 0.5 |
平均值（m） | 3.5 | 3.02 | 114 | 38 | 3 | 0.5 |
表4：
周邊孔眼循環(huán)火工品數(shù)據(jù)情況
分類 | 平均孔數(shù)（個(gè)） | 平均孔深（m） | 平均進(jìn)尺（m） | 數(shù)碼雷管用量（發(fā)） | 循環(huán)炸藥用量（根） | 延米炸藥用量（根） |
聚能爆破 | 23 | 3.5 | 3.23 | 2 | 57.5 | 17.8 |
普通爆破 | 38 | 3.5 | 3.03 | 2 | 114 | 38 |
差額對(duì)比 | 15 | 3.5 | 0.21 | 0 | -56.5 | -20.2 |
備注 | 表中“+”為聚能爆破數(shù)值大于普通爆破，反之為“-”。 | |||||
結(jié)論：①聚能爆破：平均進(jìn)尺/平均孔深=3.23/3.5=92.3%
②普通爆破：平均進(jìn)尺/平均孔深=3.02/3.5=86.3%
表5：
噴射混凝土用量對(duì)比表（一）
序號(hào) | 聚能爆破 | 普通爆破 | ||
掘進(jìn)長(zhǎng)度（m） | 噴砼用量（m3） | 掘進(jìn)長(zhǎng)度（m） | 噴砼用量（m3） | |
1 | 3.3 | 35 | 2.92 | 40 |
2 | 3.3 | 34 | 3.14 | 41 |
3 | 3.2 | 35 | 3.02 | 40 |
4 | 差額對(duì)比 | 延米噴砼（聚能爆破-普通爆破） | ||
5 | 說(shuō)明 | 統(tǒng)計(jì)表中噴砼差額數(shù)值是實(shí)際用量，損耗 、反彈均考慮在內(nèi)；實(shí)際錨噴施工中會(huì)復(fù)噴上一循環(huán)交界段，經(jīng)分析復(fù)噴用量占總用量的20%左右。 | ||
結(jié)論：粗略統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知：延米噴射混凝土減少2.6m3/m。
試驗(yàn)結(jié)果
1、人工成本：
①鉆孔分析：普通情況下，橫洞開挖班組共11人，每天2個(gè)班，一個(gè)班2.5小時(shí)，即2*2.5=5小時(shí)；采用聚能爆破時(shí)，開挖班鉆孔眼數(shù)量減少15個(gè)，單個(gè)孔眼一個(gè)工人鉆孔10分鐘，即可減少150分鐘。
②裝藥分析：每循環(huán)裝藥50分鐘，即增加100分鐘。總體而言減少20分鐘，人工成本基本不變。
2、火工品成本：（周邊眼）
1、普通爆破每延米炸藥用量為114根。
2、采用聚能爆破每延米炸藥用量為57.5根，數(shù)碼雷管節(jié)約15發(fā)。
3、延米炸藥用量減少11.3kg，延米費(fèi)用減少124.3，數(shù)碼雷管4.7元/發(fā)，減少15發(fā)。費(fèi)用減少70.5元；即火工品費(fèi)用減少194.8元，延米費(fèi)用減少64.9元。
3、噴砼成本：
①采用噴砼總用量統(tǒng)計(jì)法，每延米噴砼減少2.6m3。勞務(wù)成本單價(jià)350元/m3。減少費(fèi)用為910元。
4、附加成本：包含減少攪拌噴砼、減少鉆孔所用高壓風(fēng)、水、電，每延米按60元/m計(jì)算。
5、聚能爆破成本：
①聚能管：平均開挖3.23m，采用聚能管平均長(zhǎng)度2.5m，循環(huán)孔眼數(shù)為23個(gè)，總長(zhǎng)度57.5m，每延米長(zhǎng)度為19.1m，單價(jià)為20元/米，延米費(fèi)用為382元，一循環(huán)附屬用品100元，延米費(fèi)用30.9元，總延米費(fèi)用為412.9元。
6、試驗(yàn)成本分析：
表6：
延米成本分析（砼總量分析法） 單位：元
分項(xiàng) | 人工費(fèi)用 | 火工品費(fèi)用 | 噴砼 | 附屬費(fèi)用 | 聚能爆破費(fèi)用 |
金額 | 0 | -194.8 | -910 | -60 | +412.9 |
綜合分析 | -194.8-910-60+412.9=-751.9 | ||||
備注 | 正值為增加費(fèi)用，負(fù)值為減少費(fèi)用 | ||||
結(jié)論
1、采用聚能爆破需要圍巖結(jié)構(gòu)性完整，才能達(dá)到較好效果。大峽谷隧道81%為III級(jí)圍巖,后期使用效果進(jìn)入主洞后進(jìn)行試爆。聚能水壓爆破經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)段IV級(jí)圍巖炮眼殘留率達(dá)66.6%，但結(jié)構(gòu)不完整及節(jié)理裂隙、斷層發(fā)育部位，即使能達(dá)到較好的炮眼殘留率，但受開挖擾動(dòng)而出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象、節(jié)理斷層面楔形切割形成凹槽，綜合評(píng)定實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，炮眼殘留率較低，不能滿足光爆要求；使用聚能爆破可以較好的控制圍巖的超欠挖，節(jié)約炮眼成孔及裝填時(shí)間，節(jié)約火工品費(fèi)用，節(jié)約噴射混凝土方量及噴射混凝土作業(yè)時(shí)間。
表：7：
周邊眼炮眼半眼殘留情況
序號(hào) | 周邊眼炮眼數(shù)量 | 半炮眼殘留數(shù)量 | 半眼殘留率(%) |
1 | 24 | 16 | 66.6 |
2 | 23 | 15 | 65.2 |
3 | 22 | 15 | 68.2 |
合計(jì)數(shù)據(jù) | 69 | 46 | 66.6 |
1、對(duì)超挖現(xiàn)象控制情況較好，理論計(jì)算減少超方噴射混凝土方量較大。
2、每循環(huán)減少的施工時(shí)間約40分鐘，對(duì)整體施工影響較大。
建議
針對(duì)目前的圍巖情況和當(dāng)前施工工藝，超挖量較大，導(dǎo)致噴砼超方嚴(yán)重，光爆差、初支平整度差。
1、根據(jù)圍巖強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)完整性，嚴(yán)格控制開挖周邊眼間距，嚴(yán)禁為省工擴(kuò)大間距。
2、控制每循環(huán)進(jìn)尺，以及周邊眼單孔孔深及炸藥用量。
3、根據(jù)已開挖的超挖情況分析，可適當(dāng)縮小開挖輪廓線，減少超挖。
