隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》是中鐵三局集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是張東青、楊尚柏、李俊楨、容建華、劉崇峰，適用於道路及鐵路隧道、公共設施洞庫、岩石洞室、豎井及場地平整的爆破工程中。

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》主要的工法特點是炸藥威力可調；安全性提高；裝藥速度快；裝藥質量高；作業環境條件好；裝藥劑量精確。

2008年01月31日，《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法
• 工法編號： YJGF096-2006
• 完成單位：中鐵三局集團有限公司
• 主要完成人：張東青、楊尚柏、李俊楨、容建華、劉崇峰
• 套用實例：濟南市開元寺隧道
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部

形成原因

截至2005年中國長大隧道鑽爆掘進中除裝藥工序仍使用人工操作外，其餘工序全部實現了機械化，機械化裝藥技術代表了隧道爆破的先進生產力，對加快隧道掘進速度、降低爆破成本有重要作用。以往中國也研究過隧道內炮孔裝藥設備，但基本上都是吹填粉狀炸藥的機械，粉狀炸藥水性差、吹填返粉塵率高、洞內作業環境惡劣，不適宜隧道中使用。因此，中鐵三局集團六公司在濟南開元寺隧道施工中聯合鐵道科學研究院北京鐵鋒爆破公司和澳瑞凱炸藥集團引進國際先進的爆破技術，使用乳化炸藥泵送裝藥技術解決了以上問題，總結形成《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》。

工法特點

技術特點

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》的技術特點如下：

⒈炸藥威力可調

隧道爆破時掌子面上布置有很多炮孔，對不同部位的炮孔有不同的爆破要求，如掏槽炮眼、底板炮眼應達到加強拋擲爆破的目的，需要高威力炸藥；而作為光面爆破的周邊炮眼，需要低爆速、低威力炸藥。此外，當遇到岩性變化時也需要改變炸藥的威力，硬岩需要高威力炸藥，軟弱破碎岩石應使用低威力炸藥。泵送乳化炸藥可在裝藥前隨時改選提供所需要的敏化劑，易於改變各炮孔內的炸藥密度和威力。

⒉安全性提高

由於所泵送的乳膠體在泵送噴出過程中才與敏化劑混合，當乳膠混合體裝填到炮孔內10~20分鐘後，敏化反應才能完成。乳膠體真正被敏化成乳化炸藥後才具有可被起爆體引爆的爆炸性，在此前還不是炸藥，不能被引爆，因此裝填炸藥的安全性有所提高。由於運輸和儲存過程中都是不能被引爆的乳膠體，也改善了炸藥運輸和儲存的安全性。

⒊裝藥速度快

泵送裝藥的機械化程度高，裝藥效率高達15~18千克/分鐘/泵，能減輕工人勞動強度，提高勞動生產率，縮短裝藥時間。實踐證明，與人工裝藥相比，可提高裝藥效率5~10倍。

⒋裝藥質量高

不論炮孔中含水與否或孔壁光滑與否，乳化炸藥都能夠很容易地泵入炮孔中，既不會發生卡孔現象，又能將炮孔內的積水排出孔外，減少炸藥與水接觸的面積與時間，提高了炸藥的有效利用率。

⒌作業環境條件好

裝藥過程中需要2~3人，泵裝作業噪聲低、無粉塵。改變了多人裝藥作業的混亂狀況。以往隧道掌子面前有時多達22人裝藥，人多也易差錯，且掌子面前安全性較差，發生意外，後果嚴重。

⒍裝藥劑量精確

經訓練有素的操作員手工操作的準確度在40克以內；採用ISIC電腦劑量控制系統操作時，準確度在8克以內。

經濟特點

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》的經濟特點如下：

⒈與包裝炸藥裝填炮孔相比，由於散裝炸藥使炮孔內實現了滿孔耦合裝藥，延米炮孔的爆破效率得到提高，炮孔間距可適當加大，炮孔數量相應減少，鑽爆成本降低。由於裝藥密度和耦合係數的提高，可擴大孔網參數10~20%，減少炮孔數量達10~20%。

⒉包裝運輸成本降低。由於散裝炸藥免去了包裝費用，特別是細藥卷包裝費用較高，每噸炸藥可節省可觀的包裝費。同時因乳膠體的危險等級降低（分類為UN5.1氧化劑），也使得運輸費用節省20%以上。

⒊在周邊孔把散裝炸藥裝填在塑膠管內調製炮孔裝填的不耦合係數作光面爆破，比用導爆索串聯間隔包裝炸藥卷裝填炮孔更方便、爆破效果也要好些。

操作原理

適用範圍

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》適用於道路及鐵路隧道、公共設施洞庫、岩石洞室、豎井及場地平整的爆破工程中。

工藝原理

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》的工藝原理如下：

可泵送的乳化炸藥現場裝填設備包括地面供應站和泵送裝藥小泵組兩部分。地面供應站由一個或多個儲存料槽組成，提供乳膠體和敏化劑。泵送裝藥機上有乳膠體和敏化劑兩個小型泵組料罐，由氣動裝藥泵送系統按比例將乳膠體和敏化劑泵入裝藥軟管中。其中敏化劑由乳膠體泵帶動的敏化劑小泵輸送到裝藥軟管內壁起到輸送潤滑作用，然後在噴嘴處使乳膠體和敏化劑進行充分混合，混合後的藥劑以約每分鐘15~18千克的速度從炮孔底部往炮孔口裝填，剛注入炮孔內的藥劑尚不是炸藥，在10~15分鐘內完成敏化反應後才能成為可被起爆體引爆的乳化炸藥。實際上在裝填炸藥前先用裝藥軟管把起爆體推送到炮孔底部，然後從孔底向外注入藥劑，同時自動將輸藥管推出孔外。

施工工藝

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》的施工工藝如下：

• 相關指標

隧道小型裝藥泵組的相關指標

乳膠全灌容量：最大2500千克/灌；泵送速度：15~18千克/分鐘；裝藥軟管：內徑20毫米，最大長度40米；裝填設備尺寸約：1.6米×0.8米×1.2米（長×寬×高），可隨作業環境更改；裝填能力：可裝填炮孔直徑30~64毫米，孔深不限；泵送壓縮空氣供應壓：600千帕；壓縮空氣耗用量：850升/分鐘/泵；敏化劑缸容量：25千克/缸；過程控制：手動或電腦劑量控制（ISIC）系統；敏化時間：藥劑泵送入炮孔內10~20分鐘後完全敏化。見圖1。

圖1 車載小型裝藥泵組照片

工藝流程

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》施工工藝流程圖，見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

操作要點

結合開元寺隧道施工來介紹《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》的操作要點：

濟南開元寺隧道位於濟南市南郊，左鄰中旅花園48.2米，穿越羊頭峪山莊地表建築物，且埋深23.0~30.8米，地表建築物主要為4層居民小樓。穿過地形複雜的別墅區（埋深僅20米），有關部門限定的別墅振動指標嚴格。開元寺隧道地質條件複雜，別墅區基本是水平產狀的中厚層石灰岩，節理裂隙發育。

⒈鑽爆設計

（1）炮眼深度的選擇

根據地質情況，在開始施工中採用3.0米爆破進尺掘進，由於振動速度較大，掌子面炮眼深，循環時間長，制約掘進速度。採用泵裝乳化炸藥設備和高精度雷管控制進行隧道掘進減震爆破開挖，將進尺控制在1.8~2.0米左右，穿越淺埋段對地表建築是安全的。

（2）掏槽技術

爆破進尺主要與掏槽成敗有關，掏槽定進尺、光面看周邊，掏槽技術尤為重要，隧道爆破開挖振動速度的觀測資料表明掏槽爆破的振動強度比其他爆破的振動強度大，因此在掏槽爆破開挖時，要從減小掏槽眼爆破的振動強度、維護上部圍岩自身的穩定性為出發點，宜選用楔行掏槽。使用高精度1~4段雷管，掏槽部分的岩體分區進行爆破，既要保證掏槽效果良好，又要使掏槽爆破的單段藥量減少，降低振動效應。開元寺隧道採用掏槽方式為“八”字形斜眼掏槽，若兩排斜孔（70°）、每排4個、每孔裝藥量0.9千克，掏槽眼孔口排距為60厘米，布置見圖3。

圖3 “八”字形斜眼掏槽布置圖

（3）周邊眼

為了減少對圍岩的擾動，周邊眼採用光面爆破。由於濟南開元寺隧道內周邊長度大，周邊孔較多，若全部同段雷管進行光面爆破，振動很大，不同高段位雷管時差過大難以成功，採用高精度孔外短延期時（7毫秒）雷管可以保證光爆效果，又減輕對圍岩的擾動。周邊眼眼距設計為40厘米，單孔藥量為0.15千克，用導爆索分段串聯裝藥，周邊眼使用18、19、21段三個高精度短位雷管。

（4）輔助眼

輔助眼用於擴槽，間距80厘米，單孔藥量為0.6千克。壓頂眼眼距為80厘米，單孔藥量為0.45千克，雷管排列段位使用5~17段雷管，同樣採用高精度孔外短延時（7毫秒）雷管既可以保證爆破進尺效果，又減輕爆破震動。

開元寺隧道採用上、下正台階爆破掘進，初始施工時上台階炮孔直徑42毫米，孔深4米，總共約125個炮孔，採用斜眼掏槽眼方式，炮孔利用率在80%左右，利用卷裝炸藥人工裝藥以及中國國產非電導爆管起爆系統，產生的振動已經造成了別墅區部分樓房、別墅的裝飾結構的損壞，並已嚴重影響了附近居民的生活。後改用乳化炸藥泵送裝填技術並最佳化鑽爆設計，嚴格控制單響藥量和延時時間。炮孔直徑不變，炮孔數減少到106個，採用斜眼複式掏槽方式，炮孔利用率達到95%，振動速度減小到允許範圍，見圖4。

圖4 掏槽眼裝藥結構圖

⒉裝藥

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》裝藥工藝流程圖，見圖5、圖6。

圖5 裝藥工藝流程圖

圖6 裝藥過程照片

⒊出渣

採用乳化炸藥泵送裝填技術後，實現了完全耦合的現場裝藥，能提高炸藥能量利用率。爆破後，掌子面平整，岩石快度小且均勻，易鏟裝。

隧道快速施工，除最佳化鑽爆設計外，裝渣能力的大小將起決定性作用，開元寺隧道採用無軌運輸，炮響通風30分鐘後由兩台裝載機一台挖掘機配合進行掌子面清渣工作，裝載機雙向側翻自卸車快速出渣，高效的重載設備出渣運輸模式，提高了機械生產效率。

⒋信息化施工

信息化施工是指通過完善的監控系統，及時獲得地層結構動態的應力應變信息，據此調整施工參數與設計，確保施工安全。具體包括：採用TSP203地質超前預報進行前方圍岩的勘測、採用精密水準儀和銦瓦尺量測地表沉降、採用精密水準儀和全站儀控制建築物基礎沉降、採用數顯收斂儀量測洞內收斂，及時對獲得的數值進行回歸分析，求得回歸曲線，從而掌握地質的結構，受力變形的趨勢，指導施工。

• 勞動力組織

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》勞動力組織見表1（只列出開挖支護部分）。

表1 開挖支護勞動力組織表

序號	工種	人數	備註
1	工班長	1	/
2	空壓機司機	1	兼通風機司機
3	司鑽手	21	3人兼職裝藥
4	車輛調度	1	/
5	挖掘機司機	1	/
6	裝載機司機	2	/
7	自卸汽車司機	8	隨掘進進度而增加
8	保障人員	2	/
9	立鋼架	12	/
10	打錨桿、注漿	5	/
11	噴混凝土	10	/
合計		64	/

材料設備

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》掘進及初期支護主要機械配備見表2（只列出開挖支護部分）。

表2 掘進及初期支護主要機械配備表

序號	機械名稱	型號規格	單位	數量	備註
1	風鑽	YT-28	台	19	鑽孔
2	鑽爆台架	/	台	1	鑽孔
3	裝藥泵組	/	台	1	裝藥
4	空壓機	21立方米/分鐘	台	5	供風
5	通風機	2X110千瓦	台	1	通風
6	挖掘機	PC200	台	1	出渣
7	裝載機	ZL40	台	2	出渣
8	自卸車	20噸	台	6	出渣
9	混凝土強制攪拌機	JS500	台	1	攪拌混凝土
10	混凝土運輸車	7立方米	台	2	運輸混凝土
11	混凝土噴射機	TK961	台	2	噴射混凝土
12	支護作業台架	/	台	2	支護

質量控制

⒈《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》以《公路隧道工程質量評定及驗收標準》、《鐵路隧道新奧法指南》和《公路隧道施工技術規範》為依據進行質量控制。

⒉實行全面質量管理，建立三檢制度。

⒊施工中，針對每一道工序責任到人，嚴格把關。如噴射混凝土施作止漿牆，必須密實，不得有孔洞；鑽孔精度要高，不得超過允許偏差；注漿應遵循由初壓至穩壓，最後終壓的原則。

⒋注漿期間，應加強地表及洞內的監測工作，發現異常情況，應立即停止注漿。

⒌技術人員根據測量班放樣結果，指導風鑽手司鑽，對上循環的超欠挖進行糾正，支護前，用雷射斷面儀對斷面進行測量，如有欠挖進行處理。司鑽手要定崗定位，掏槽眼、底板眼、輔助眼、周邊眼（又分拱部、左邊牆、右邊牆）都專人負責。

⒍噴混凝土大面平整，用2米直尺檢查的平整度不大於5厘米，確保防水層在初期支護和二次襯砌之間密貼，保證排水暢通。

安全措施

施工單位採用《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》施工過程中須嚴格貫徹“安全第一，預防為主”的方針，並採取以下具體措施。

⒈加強全體職工的安全意識教育，實行安全生產責任制，把安全工作始終放在首要位置。對全員進行安全意識教育，特別是鑽爆、監控量測和安全檢查人員，要完善其崗位職責和安全規章制度。

⒉監控量測量一定要按標準執行，及時反饋信息，確保施工安全。

⒊出渣的都是大型車輛，車輛接近洞內作業人員。為確保作業人員的安全，除了進行認真、細緻的安全教育外，還應為洞內作業人員統一著裝鮮艷、帶有反光條的工服。

⒋加強通風，洞內照明採用透霧力強的高壓鈉燈，道路平整、無積水是出渣運輸安全的必要條件。

環保措施

施工單位採用《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》的環保措施如下：

⒈對施工人員進行“環保”法律、法規教育，樹立環保意識，自覺遵守“環保”規定。

⒉駐地及施工現場衛生設施齊全、布局合理，並有專人負責管理、清掃。

⒊施工期間的生活污水、施工廢水、泥漿決不流到場外；建築垃圾及時清理，運輸；車輛不帶泥行走污染路面。

⒋充分發揮愛國衛生委員會的作用，廣泛進行環境衛生知識宣傳，提高全體職工的環境衛生意識，養成良好的衛生習慣，定期進行駐地環境衛生大掃除，保持良好的生活環境。

⒌施工臨時道路、運輸道路和施工現場經常灑水整修，防止揚塵。

⒍施工機械和運輸車輛產生的噪聲超標時，操作人員配耳塞，同時注意機械保養，以降低噪聲的聲級。對距居民區150米以內的施工現場，限定施工時間。

⒎噪聲處理措施

混凝土攪拌機在工作時，發出大量的噪聲，為防止噪聲影響附近居民生活，用腳手架桿設混凝土攪拌機篷，內部掛消音土工布。同時，在場地周圍設聲屏障。

⒏廢水處理措施

混凝土在攪拌過程中，不可避免會出現施工污水，為避免造成環境污染，在攪拌機旁設污水處理池，經沉澱達到排放標準後，通過附近既有下水道排出。

⒐固體廢棄物處理措施

施工中出現的水泥硬塊、超大粒徑骨料先集中堆放在攪拌站指定場地處，再用自卸車運輸至棄渣場。水泥袋疊放整齊集中堆放由垃圾收購站統一收購。

⒑大氣污染處理措施

混凝土施工過程中，由於各種機械設備的頻繁運行及水泥、粗細骨料的大量倒放產生灰塵，而影響空氣品質，為防止大氣污染，施工前，在施工場地內均勻灑水，避免揚塵，水泥、粗細骨料用塑膠布遮蓋。裝載機勻速低油門運行，以減少廢氣排放量，裝卸材料時必須輕裝輕卸。

⒒臨時工程的布置儘量減少對環境的干擾。

⒓保持工地良好工作環境：

（1）生產生活設施布置合理、整齊，機械設備、車輛停放有序。

（2）定期清理收集生產生活區的廢棄物料，分類運輸到指定的存放點進行處理。

（3）合理設計生活區污水處理系統的布置、容量。定期檢查維護排水設施、化糞池等外部環境設施，定期收集和處理固體垃圾，定期消毒。

（4）生產中各種機械設備產生的廢棄油料，將建一個廢油坑集中處理。

（5）在混凝土攪拌站附近修建沉澱池，沉澱攪拌站產生的污水，經沉澱過濾後廢水排出。保護周圍的水資源。

（6）在加油站和炸藥、雷管庫附近樹立警示牌，標明嚴禁菸火、禁止吸菸等注意事項。提醒來往行人。

（7）定時灑水降低施工區路面粉塵濃度。

⒔保護已建立的水準基點或永久測量標誌不受破壞。

⒕工程施工期間，發現文物古籍等貴重物品時，要對現場進行保護，及時通知當地政府部門進行處理。

⒖工程竣工後，拆除臨時設施時，不得破壞周圍的建築物和樹木及其他設施。

效益分析

《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》與傳統的人工裝藥比較，在經濟效益方面具有優勢。

⒈《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》使用散裝乳化炸藥，無須使用包裝材料，每噸炸藥平均可節約包裝費用500元。

⒉《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》炮孔利用率達95%以上，鏟裝效率提高25%，可擴大孔網參數10~20%，減少炮孔數量達10~20%，從而縮短作業周期，加快工程進度，降低工程成本。

⒊使用非雷管敏感的散裝乳膠基質，消除了成品炸藥儲存、運輸的安全隱患，具有社會效益。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

工程實例

濟南市開元寺隧道是西起名士山莊、穿越羊頭峪山莊東至二環東路的一條長1500米隧道。開元寺隧道左鄰中旅花園48.2米，穿越羊頭峪山莊地表建築物，且埋深23.0~30.8米，地表建築物主要為4層居民小樓。隧道段地質主要岩性為奧陶系中統深灰色中厚層灰岩及泥質白雲質灰岩，裂隙岩溶均很發育，岩溶發育在石灰岩與不溶岩層或岩體接觸帶附近，圍岩類別多為Ⅱ、Ⅲ類。地下水類型為碳酸鹽岩類裂隙岩溶水。

採用《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》技術施工後，開元寺隧道掘進速度高，在穿越城市淺埋地段，每日施工進度無影響，均按階段目標如期完工，每月進度均超過200米。

通過套用《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》，取得了技術和經濟雙重效益。技術方面：採用乳化炸藥泵送裝填藥僅需2~3人就可完成裝藥工作，減少了人員接觸炸藥的機會，作業面環境條件改善；因乳化基質泵送至炮孔內經敏化後方成為炸藥，炸藥的管理更簡單，因此乳化炸藥泵送裝填技術更具安全性；人工裝藥時間通常在1.5小時左右，乳化炸藥泵送裝藥時間平均在1.25小時內，裝藥時間節約16.7%；採用乳化炸藥泵送裝填技術，炮孔內實現耦合裝藥，掏槽爆破效率更高，整體爆破效果更穩定，掌子面平整，岩石快度小且均勻，挖運速度快，減少爆破循環作業時間，同時也為下一循環施工作業創造條件；EXEL長延時非電雷管延時時間較中國國產非電雷管長並具更高的延時精度，通過控制單響藥量和延時時間，爆破振動幅度施工得以順利開展。經濟方面：單特環炮孔利用率提高了15%；炮孔數減少了15.2%，鑽孔作業時間相應減少，縮短了循環作業時間，減輕了工人作業強度，綜合起來就是顯著降低了單位進尺的爆破成本、提高了單位時間的進尺量。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《隧道施工中乳化炸藥泵送裝填工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。