靜態(tài)爆破開挖技術(shù)在鹽津河二橋建設(shè)工程中的應(yīng)用

王 彪

（貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，貴州 貴陽 550004）

0 引言

仁懷市城南大道鹽津河二橋建設(shè)工程，主橋6#、7#墩施工工期緊、工程量大、新橋距老橋位置3～5m，且40m位置有加油站、學校、鹽津社區(qū)、國防光纜等，因而無法采用常規(guī)爆破。因石方開挖工作量大，單純使用破碎錘開挖的作業(yè)方式，功效很低，滿足不了工期要求，且擾民現(xiàn)象較為嚴重。靜態(tài)爆破擁有無飛石、無振動、無噪音、無粉塵、無污梁、無沖擊波、無硝煙、無毒、不影響周圍環(huán)境、爆破面可控、工期較短、施工安全、成本較低廉的特點。結(jié)合本項目的具體情況，經(jīng)過反復(fù)研究，同意采用靜態(tài)爆破與破碎錘挖掘機組合的方式施工。

1 靜態(tài)爆破施工

1.1 靜態(tài)爆破施工組織

靜態(tài)爆破試驗是由樁基作業(yè)隊施工，施工人員35人，主要設(shè)備有發(fā)電機、臺鉆、挖掘機、自卸汽車等。試驗材料有架管、攪拌工具、防護用品、靜態(tài)爆破膨脹劑、潔凈水等。試驗過程中有項目部技術(shù)人員、監(jiān)理人員全程技術(shù)指導(dǎo)，并做數(shù)據(jù)記錄。為此，進行了多次現(xiàn)場靜態(tài)爆破試驗，其中石方靜態(tài)爆破試驗材料有：靜態(tài)爆破劑970kg（按實際施工溫度選擇合適的型號，不同型號不可混用），引用水291kg。經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)進行分析，相關(guān)爆破參數(shù)顯示達到了理想的效果。

1.2 靜態(tài)爆破參數(shù)

試驗孔網(wǎng)參數(shù)?。嚎咨頛=2.0m，孔距a=40cm，排拒b=50cm，孔徑d=42mm，試驗巖面長8m，寬5.5m，其他參數(shù)如表1所示。

表1 靜態(tài)爆破參數(shù)

1.3 施工方法

1.3.1 靜態(tài)破碎施工順序

靜態(tài)破碎施工順序為：施工前準備→設(shè)計布孔→測量定位→沿自由面打靜態(tài)破碎孔→裝藥→爆破劑反應(yīng)、清渣→進入下一層循環(huán)施工。

1.3.2 布設(shè)孔位

在K3+020橋位右側(cè)一處巖體上進行鉆孔，此處地質(zhì)情況為中風化白云巖，巖體節(jié)理發(fā)育，巖體一邊有一個凌空面，由技術(shù)人員對6#墩開挖邊坡豎向和臨空面孔位放樣，豎向和臨空面孔距為40cm、排距為50cm，呈梅花形排列。

1.3.3 鉆孔

鉆孔時保證孔底在同一高程。采用臺鉆鉆孔（孔徑為42mm）時，沿自由面采用垂直鉆孔，邊坡部分的邊孔及邊坡坡度采用傾斜鉆孔，呈梅花形排列。為加快進度并達到最佳破裂效果，現(xiàn)場先行清理工作面，為其他巖石爆裂創(chuàng)造先決條件。同時，為降低粉塵對施工人員的危害，鉆工戴防塵口罩進行鉆眼作業(yè)。

（1）鉆孔樣架

在豎直孔和斜面孔鉆孔前，設(shè)置鉆孔樣架?？讟蛹茉谶厜ι喜贾脙膳挪褰瞀?8@50cm，固定樣架鋼管。導(dǎo)向鋼管與水平夾角為55°。導(dǎo)向鋼管與橫向鋼管采用扣件連接。豎向孔搭設(shè)鋼管架，臺鉆垂直鉆入。鉆孔樣架搭設(shè)見圖1。

圖1 鉆孔樣架搭設(shè)圖

（2）孔深控制

根據(jù)樣架鋼管高度，臺鉆鉆桿每節(jié)長1m，鉆孔時當鉆桿鉆入深度不夠長時，加長鉆桿，直至要求的鉆孔深度，用5m卷尺量測，深度達到2m時停止鉆進，進行下一個設(shè)定位孔的鉆進。

1.3.4 裝藥

（1）先將爆破劑加30%的水（重量比）拌成流質(zhì)狀（充分攪拌后略有余水）后，迅速倒入孔內(nèi)并用略小于鉆孔的捅桿搗實捅緊。對于特別長的鉆孔，可多分幾段，逐段捅實。本次將970kg的靜爆劑和291kg的潔凈水混合均勻灌入孔內(nèi)（如圖2所示）。裝藥時遵照“少攪拌、勤裝藥”的原則，采用多組同時裝藥的辦法，縮短孔與孔之間的時間差，以利于爆破劑同時發(fā)力。

圖2 試驗人員稱量靜爆劑和水

（2）采用6個小組同時灌裝的方式，每小組由主、副兩名灌裝手組成。在爆破劑的攪拌工作中，主灌裝手負責灌裝進孔，副灌裝手負責捅緊搗實。各小組遵循“同步操作，少拌勤裝”的原則，且要求：每組施工工人在每次操作循環(huán)過程中負責裝孔的孔數(shù)不能過多；每次拌藥量不能超過實際能夠完成的工作量；工人們在取藥、加水、拌和、灌裝過程中，應(yīng)基本保持同步，從而確保每個鉆孔內(nèi)的最大膨脹壓基本保持同期出現(xiàn)，以利于巖石的破碎。爆破劑的鉆孔灌入現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 爆破劑連續(xù)灌入鉆孔內(nèi)

（3）每次裝填爆破劑，都要觀察巖石孔壁、爆破劑、拌和水、攪拌桶的溫度是不是符合要求，灌裝過程中，對于已經(jīng)發(fā)燙和開始冒氣的爆破劑不允許裝入孔內(nèi)。從爆破劑加入拌和水到灌裝結(jié)束，這個過程的時間不應(yīng)該超過5min。操作時應(yīng)注意觀察裝填孔，發(fā)現(xiàn)有氣體冒出并伴有“嘶嘶”聲時，噴孔可能立刻就要發(fā)生，須立即停止裝藥。

（4）巖石中一旦發(fā)現(xiàn)裂縫，要立即向裂縫中加水，以支持爆破劑持續(xù)反應(yīng)，且加水后效果明顯，裂縫加大。在裝藥50min后地表出現(xiàn)裂紋跡象，這時向孔內(nèi)加水，目的在于進一步支持爆破劑持續(xù)反應(yīng)，加水30min后裂縫明顯變寬，裝藥3.5h后，裂縫沿排向全部貫通，最大寬度為3cm，如圖4所示。

圖4 3.5h后巖層出現(xiàn)寬度為3cm的裂縫

1.4 靜態(tài)爆破施工原理

靜態(tài)爆破劑是以特殊硅酸鹽、氧化鈣為主要原料，配合其他有機、無機添加劑而制成的粉末狀物質(zhì)，典型的化學反應(yīng)式為：

當氧化鈣變成氫氧化鈣時，其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，會引起晶體體積的膨脹。根據(jù)測定，在自由膨脹的前提下，反應(yīng)后的體積可增大3～4倍，其表面積也增大近100倍，同時每摩爾還釋放出6.5×104J的熱量。如果將它注入炮孔內(nèi)，這種膨脹因受孔壁的約束，壓力可上升至50MPa，介質(zhì)在這種壓力作用下會產(chǎn)生徑向壓縮應(yīng)力和切向拉伸應(yīng)力。當其拉應(yīng)力大于巖石所能承受的最大抗拉應(yīng)力時，即在鉆孔周邊形成徑向裂縫，如一定距離內(nèi)的相鄰周邊鉆孔內(nèi)的破碎劑在此共同作用，則形成貫穿的徑向裂縫。

1.5 破碎特點

靜態(tài)破碎主要有下列特點。

（1）破碎劑中不含有害成分，不是危險品，不會發(fā)生爆炸，其運輸、保管、操作相對于炸藥而言，都很簡單、安全，無需辦理常規(guī)炸藥爆破所需要的各種許可證。操作不需要爆破等特殊工種。

（2）巖體在發(fā)生破碎時，不產(chǎn)生爆破震動、飛石、空氣沖擊波、噪音等爆破危害，不對周圍建筑物、人員設(shè)備造成任何損失，因而不存在安全隱患，不需要采取減震防飛石等措施，不影響其他工程施工。

（3）只要破碎劑漿體充填到鉆孔即可，施工簡單。

（4）使用方便。按破碎要求只要設(shè)計適當?shù)目讖健⒖拙?、角度等鉆孔參數(shù)，就能達到預(yù)期的破碎效果，孔壁上的破碎劑殘留物不會對周圍邊坡造成影響。

（5）在不適于炸藥破壞環(huán)境的條件下，其優(yōu)越性更易于彰顯。

2 結(jié)果分析

2.1 結(jié)果參數(shù)

（1） 孔徑d=42mm，孔深L=2.0m，孔距a=40cm，排距b=50cm，單孔平均爆破劑量為4.35kg。

（2）經(jīng)試驗，以長×寬×爆破深度=8m×5.5m×2m的山體體積為單位，最佳膨脹效果的爆破劑與水參配比為1∶0.3，所需人員、機具、設(shè)備、材料最佳組合方式如表2～表4所示。

表2 靜態(tài)爆破試驗施工人員一覽表

表3 石方靜態(tài)爆破試驗材料一覽表

表4 石方靜態(tài)爆破試驗施工設(shè)備一覽表

2.2 進度分析

本次靜態(tài)爆破試驗選取了K3+020橋位右側(cè)一處巖體上布孔進行靜態(tài)爆破試驗，此處地質(zhì)情況為中風化白云巖，巖體節(jié)理發(fā)育，巖體一邊有一個凌空面，基本符合目前主橋6#、7#墩現(xiàn)場情況及地質(zhì)構(gòu)造，具有代表性。

（1）鉆孔

試驗巖面長8m，寬5.5m，鉆孔采用3臺鉆孔設(shè)備，孔深、孔距、排拒、孔徑的取值同前文，每眼孔用3min完成，本次共鉆220孔眼，共用時間210min。

（2）裝膨脹劑

本次試驗共用爆破膨脹劑970kg，水291kg，分6個小組同時攪拌、灌注爆破膨脹劑，共用30min完成。

（3）膨脹破碎

靜態(tài)爆破試驗從爆破膨脹劑注入到巖石表面出現(xiàn)3cm裂縫，用時150min。

（4）爆破巖石方量及棄運

本次試驗選取巖面長8m，寬5.5m，爆破深度2m，共爆破巖石方量88m3。爆破后的巖石采用挖掘機破碎后，運至棄渣場，用時60min。

本次施工中，挖、棄巖石88m3所需時間：鉆孔+裝膨脹劑+膨脹破碎+棄運=（210+30+150+60）/60=7.5（h），開挖量為11.8m3/h。經(jīng)分析得出影響進度的因素是鉆孔數(shù)量。鉆孔數(shù)量達到600孔/h，需30臺鉆孔機。分6#墩、7#墩兩個工作面，每個工作面15臺鉆孔機，其余工序?qū)嵭辛魉鳂I(yè)，能達到平均118m3/h開挖量，每天按16h工作，能達到1 880m3/d以上的開挖量。

2.3 工期對比

（1）單純采用挖掘機

根據(jù)前期采用5臺挖掘機（3臺破碎錘）開挖石方施工，共計43d，完成土石方開挖約11 104m3，平均每天完成258m3。

（2）采用機械和靜態(tài)爆破

6#、7#主墩目前剩余土石方量約61 300m3，按照1 880m3/d，約需用33d時間即可開挖完畢，大大提高了施工進度。

按照該方案組織施工，6#、7#主墩土石方開挖已按時完成，且7#墩50m樁基已成孔2根（采用旋挖鉆施工），即在本項目運用中取得了良好的效果。

3 結(jié)語

由實際工程可知，靜態(tài)爆破能夠有效解決某些特殊環(huán)境或特殊情況下無法使用常規(guī)炸藥對巖石爆破開挖的問題。靜態(tài)爆破無沖擊波、無飛石、無噪音、振動小、污梁少、無粉塵、無硝煙、無毒、不影響周邊環(huán)境，可以在道路、建筑、隧道、鐵路等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

靜態(tài)爆破既能保證工程的安全要求，又具有良好的環(huán)保效果，可縮短工期，提高施工效率，大幅縮減工程成本、施工簡便、操作安全，不需要專業(yè)的爆破人員的優(yōu)點。針對不同的施工要求和環(huán)境條件，選定合理的爆破參數(shù)和施工技術(shù)即可取得良好的爆破效果。