聚能水压光面爆破试验总结
PVC爆破聚能管主要应用于隧道、煤矿、铁矿等需要进行光面爆破施工的工程。采用聚能管的光面爆破可减少钻孔，扩大孔距，减少导爆管用量，减少超挖，减少喷浆，提高半孔率，既节省了成本又提高了施工效率。聚能光面爆破技术，布孔和普通光面爆破完全一样，凿岩工具和工艺均无变化。不同之处在于周边眼的间距，普通光面爆破40至50cm，聚能光面爆破周边眼间距布置80至100cm,加大了孔间距，减少了炮孔钻孔量，节约了钻孔时间，节省了炮工的工作时间，降低了成本。起拱线、围岩节理发育处可根据现场情况适当缩小孔间距。
爆破聚能管可根据炮眼深度采用合适的聚能管管体，不需其他工具帮助送入炮眼，切缝方向准确，两端的前锥形定格帽和后定格堵外径与炮眼内径一致，保证聚能管管体同心，定向准确。且利于工业化生产，作业安全。
原理说明
聚能管聚能效应共四个过程：
1. 炸药爆炸产生的爆轰波通过聚能管的聚能槽，将炸药的动能于势能转换成高压、高速、高能的射流，切割岩石成缝，形成1~2cm的深缝。
2. 射流在孔壁产生的射流压力高达7000MPA，岩石动载抗压强度为200MPA，抗拉为1/8~1/10的抗压强度，响铃的两个炮孔即为邻空面，叠加后的压缩波变为稀疏波，在两炮孔连线上使岩石分子结构断裂，形成裂纹。
3. 准静态气体膨胀，静态压力在两炮孔最短连线两侧产生拉力使岩石裂缝进一步扩展。
4. 根据爆破应力集中气刃作用原则，爆破气体沿裂缝进一步扩大贯通，抛落岩石。
聚能水压光面爆破就是炮孔中由聚能管装置替代了常规光面爆破炮孔中的药卷和传爆线,炮孔的最底部和上部有水袋, 用专用设备加工成的炮泥回填填塞。
常规光面爆破炮孔中的炸药爆炸后，在岩石传播应力波时产生径向压应力和切向拉应力, 由于光爆炮孔相邻互为“空孔”,所以在光爆炮孔连线两侧产生应力集中度很高的拉应力超过了岩石抗拉强度,于是使炮孔之间的岩体形成的初始裂缝要比其他方向厉害的多,除此之外,由于炸药爆炸生成的高压气体膨胀产生的静力作用促使初始裂缝进一步延伸扩大。而聚能水压爆破除上述应力波作用外,聚能槽产生的高温高压射流以及光爆孔中的水袋在爆炸作用下产生的“水楔”效应,促使岩石初始裂缝延伸扩展加大。聚能水压光爆炮孔由于水袋炮泥复合填塞,有力控制炸药爆炸生成的膨胀气体于炮孔中, 其膨胀气体静力作用要比常规光面爆破不填塞强的多, 更有利于已形成的裂缝再延伸扩展加大。
聚能水压光面爆破技术由于聚能管的高温高压射流、“水楔”作用以及增强了膨胀气体的静力作用，解决了常规光面爆破的不足，同时由于在光爆炮孔中放置了水袋，在爆破过程中产生的水雾起到了降尘的效果，改善了作业环境，保护了施工人员的身体健康。
聚能管光面爆破相对比常规光面爆破的优势：
1、节省周边孔数量50%；
2、周边孔节省雷管50%，炸药7%，导爆索80%;
3、节省喷射砼15%~30%；
4、节省钻孔工人一名；
5、每个循环节约时间1.5~2小时，节约成本约30%；
6、安全方面，因对保留围岩扰动小，不塌方，不渗水；
7、因采用聚能光面爆破，周边围岩平整度好，曲面圆顺，铺设防水板及二衬在同一面上，防水板与二衬之间没有间隙，防水效果更佳。
数据对比方面
技术效果对比
项目 | 常规光面爆破 | 聚能光面爆破 |
周边眼直径/mm | φ42 | φ42 |
周边眼间距/cm | 50 | 100 |
药卷直径/mm | φ32 | φ32 |
周边眼个数 | 42 | 23 |
炮眼深度/m | 3.5 | 3.5 |
炸药消耗量/kg | 29.4 | 24.84 |
雷管消耗 | 42 | 23 |
最大开挖/mm | 250 | 165 |
循环进尺/m | 3.1 | 3.4 |
半眼痕/% | 60 | 85 |
经济效果对比分析（相同条件下，单个循环为单位）
项目名称 | 单位 | 单价 | 常规光面爆破 | 聚能光面爆破 | 成本节约（%） | ||
消耗量 | 合计 | 消耗量 | 合计 | ||||
钻孔 | m/孔数 | 12.33 | 155.4/42 | 1916.08 | 85.1/23 | 1049.28 | -45.2 |
炸药 | kg | 8.7 | 29.4 | 255.78 | 24.84 | 216.1 | -15.5 |
雷管 | 个 | 5.37 | 42 | 225.54 | 23 | 123.51 | -45.2 |
导爆线 | m | 2.74 | 189 | 517.86 | 29.8 | 163.85 | -68.4 |
聚能管 | m | 57.5 | 402.5 | ||||
合计 | 2915.26 | 1955.24 | -32.9 | ||||
实际试验数据对比
1、横洞地质情况
试验段掌子面围岩等级为IV级，支护参数S4a，预留变形量8cm。揭露围岩为中风化板岩、变质砂岩互层，围岩裂隙发育，岩体破碎-较破碎，呈楔形碎裂隙镶嵌结构，洞内地下水不甚发育，以潮湿状-滴水状为主。综述，围岩为IV级较差类型。
2、试验分为3个循环，大峡谷隧道峨眉端横洞试验3个循环，开挖掘进长度分别为：3.3m、3.2m、3.2m。
3、所使用聚能管外形型号如下图:
材质：PVC型材
尺寸：可定制
规格：φ32mm、φ36mm、φ40mm（可定制）
介绍：本产品共分为管体及盖板两部分，结合后呈字母C形状，主管体两侧具有聚能槽，可应用于隧道及矿井，根据实际操作环境，可调整注药量，现有规格可直接装填各尺寸的乳化炸药。产品材质可根据客户要求进行定制。
表1：
试验开挖进尺情况对比
序号 | 聚能爆破 | 普通爆破 | ||
开挖里程 | 长度（m） | 开挖里程 | 长度（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 |
结论：表中所示，聚能爆破平均每循环开挖长度为3.23m，普通爆破平均每循环开挖长度为3.02m,增加开挖长度0.21m。
表2：
聚能爆破周边眼数据情况
序号 | 孔眼深度（m） | 聚能管长度(m) | 掘进长度 | 循环炸药用量（根） | 周边眼孔数 | 单孔炸药用量(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：
普通爆破周边眼数据情况
序号 | 孔眼深度（m） | 掘进长度 | 循环炸药用量（根） | 周边眼孔数 | 单孔炸药用量（根） | 平均周边眼间距（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：
周边孔眼循环火工品数据情况
分类 | 平均孔数（个） | 平均孔深（m） | 平均进尺（m） | 数码雷管用量（发） | 循环炸药用量（根） | 延米炸药用量（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 |
差额对比 | 15 | 3.5 | 0.21 | 0 | -56.5 | -20.2 |
备注 | 表中“+”为聚能爆破数值大于普通爆破，反之为“-”。 | |||||
结论：①聚能爆破：平均进尺/平均孔深=3.23/3.5=92.3%
②普通爆破：平均进尺/平均孔深=3.02/3.5=86.3%
表5：
喷射混凝土用量对比表（一）
序号 | 聚能爆破 | 普通爆破 | ||
掘进长度（m） | 喷砼用量（m³） | 掘进长度（m） | 喷砼用量（m³） | |
1 | 3.3 | 35 | 2.92 | 40 |
2 | 3.3 | 34 | 3.14 | 41 |
3 | 3.2 | 35 | 3.02 | 40 |
4 | 差额对比 | 延米喷砼（聚能爆破-普通爆破） | ||
5 | 说明 | 统计表中喷砼差额数值是实际用量，损耗 、反弹均考虑在内；实际锚喷施工中会复喷上一循环交界段，经分析复喷用量占总用量的20%左右。 | ||
结论：粗略统计数据得知：延米喷射混凝土减少2.6m³/m。
试验结果
1、人工成本：
①钻孔分析：普通情况下，横洞开挖班组共11人，每天2个班，一个班2.5小时，即2*2.5=5小时；采用聚能爆破时，开挖班钻孔眼数量减少15个，单个孔眼一个工人钻孔10分钟，即可减少150分钟。
②装药分析：每循环装药50分钟，即增加100分钟。总体而言减少20分钟，人工成本基本不变。
2、火工品成本：（周边眼）
1、普通爆破每延米炸药用量为114根。
2、采用聚能爆破每延米炸药用量为57.5根，数码雷管节约15发。
3、延米炸药用量减少11.3kg，延米费用减少124.3，数码雷管4.7元/发，减少15发。费用减少70.5元；即火工品费用减少194.8元，延米费用减少64.9元。
3、喷砼成本：
①采用喷砼总用量统计法，每延米喷砼减少2.6m³。劳务成本单价350元/m³。减少费用为910元。
4、附加成本：包含减少搅拌喷砼、减少钻孔所用高压风、水、电，每延米按60元/m计算。
5、聚能爆破成本：
①聚能管：平均开挖3.23m，采用聚能管平均长度2.5m，循环孔眼数为23个，总长度57.5m，每延米长度为19.1m，单价为20元/米，延米费用为382元，一循环附属用品100元，延米费用30.9元，总延米费用为412.9元。
6、试验成本分析：
表6：
延米成本分析（砼总量分析法） 单位：元
分项 | 人工费用 | 火工品费用 | 喷砼 | 附属费用 | 聚能爆破费用 |
金额 | 0 | -194.8 | -910 | -60 | +412.9 |
综合分析 | -194.8-910-60+412.9=-751.9 | ||||
备注 | 正值为增加费用，负值为减少费用 | ||||
结论
1、采用聚能爆破需要围岩结构性完整，才能达到较好效果。大峡谷隧道81%为III级围岩,后期使用效果进入主洞后进行试爆。聚能水压爆破经现场试验，试验段IV级围岩炮眼残留率达66.6%，但结构不完整及节理裂隙、断层发育部位，即使能达到较好的炮眼残留率，但受开挖扰动而出现掉块现象、节理断层面楔形切割形成凹槽，综合评定实验实际情况，炮眼残留率较低，不能满足光爆要求；使用聚能爆破可以较好的控制围岩的超欠挖，节约炮眼成孔及装填时间，节约火工品费用，节约喷射混凝土方量及喷射混凝土作业时间。
表：7：
周边眼炮眼半眼残留情况
序号 | 周边眼炮眼数量 | 半炮眼残留数量 | 半眼残留率(%) |
1 | 24 | 16 | 66.6 |
2 | 23 | 15 | 65.2 |
3 | 22 | 15 | 68.2 |
合计数据 | 69 | 46 | 66.6 |
1、对超挖现象控制情况较好，理论计算减少超方喷射混凝土方量较大。
2、每循环减少的施工时间约40分钟，对整体施工影响较大。
建议
针对目前的围岩情况和当前施工工艺，超挖量较大，导致喷砼超方严重，光爆差、初支平整度差。
1、根据围岩强度及结构完整性，严格控制开挖周边眼间距，严禁为省工扩大间距。
2、控制每循环进尺，以及周边眼单孔孔深及炸药用量。
3、根据已开挖的超挖情况分析，可适当缩小开挖轮廓线，减少超挖。
