靜態(tài)爆破技術(shù)在石質(zhì)路塹施工中的應(yīng)用分析

孟建創(chuàng)

摘要： 靜態(tài)爆破技術(shù)具有普通炸藥爆破不具備的適用范圍廣、安全性能高、揚(yáng)土少等優(yōu)點(diǎn)。特別是在安全性能上，它更加具有優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合新建連鎮(zhèn)鐵路工程實(shí)際，闡述了靜態(tài)爆破技術(shù)的施工工藝及操作要點(diǎn)，并評(píng)述了該技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用的效果，為同類工程的施工提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

Abstract： Static blasting technology has the advantages of wide application range， high safety performance， and little soil lift， which are not available for ordinary explosive blasting. Especially in terms of safety performance， it has more advantages. In this paper， combined with the actual situation of new towns railway project， the construction technology and operating points of the static blasting technology are expounded， and the practical application effect of this technology is also reviewed， which provides experience for the construction of similar projects.

關(guān)鍵詞： 鐵路；石質(zhì)路塹；靜態(tài)爆破；效果

Key words： railway；stone cutting；static blasting；effect

中圖分類號(hào)：U445.53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）19-0117-03

0 引言

當(dāng)新建鐵路設(shè)計(jì)路線要從村鎮(zhèn)附近經(jīng)過，并且碰到石質(zhì)路塹需要進(jìn)行爆破開挖施工時(shí)，怎樣保障臨近民居建筑及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，防止產(chǎn)生不必要的事故，營造文明和諧的施工環(huán)境，是鐵路建設(shè)者要面對(duì)的問題。本文結(jié)合新建鐵路石質(zhì)路塹爆破工程實(shí)例，介紹了靜態(tài)爆破技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用方法與效果。

1 工程概況

新建連鎮(zhèn)鐵路全長約305km，設(shè)計(jì)運(yùn)營速度250km/h，北起連云港市，向南經(jīng)揚(yáng)州市，跨長江后接于鎮(zhèn)江市。該鐵路主要承擔(dān)區(qū)域內(nèi)南北方向客運(yùn)任務(wù)，被喻為江蘇高速鐵路網(wǎng)的脊梁骨，打通了廣袤無垠的蘇北、蘇中、蘇南的交通瓶頸。

新建連鎮(zhèn)鐵路工程八標(biāo)一分部終點(diǎn)路基段起訖里程為DK299+733～DK300+968.9，前接丁崗特大橋，后接雩龍路特大橋，總長度為1235.9m。其中，DK299+963～DK300+944為路塹挖方段，總長度為981m，該挖方段內(nèi)DK300+060～DK300+775石質(zhì)路塹，總長度為715m，原設(shè)計(jì)采用光面爆破施工，爆破深度0～12.2m不等。

該段石質(zhì)路塹施工區(qū)南側(cè)便是有八十多戶百姓的鄧家缺村，且老舊房屋較多，房屋基礎(chǔ)大部分為磚石砌筑，抗震性差，村民上訪事件不斷，時(shí)有阻工現(xiàn)象發(fā)生，極易對(duì)社會(huì)穩(wěn)定造成影響。經(jīng)過相關(guān)專業(yè)評(píng)估單位進(jìn)行爆破安全及可行性評(píng)估后，并經(jīng)設(shè)計(jì)院變更優(yōu)化，最終選擇采取靜態(tài)爆破技術(shù)進(jìn)行施工。

需靜態(tài)爆破區(qū)段北側(cè)為已整治綠化的原馬灣采石場宕口，距離施工區(qū)172m北偏東有一工廠；東偏北110m處有一處磚瓦結(jié)構(gòu)民房；東南角64m處有一廟宇；南側(cè)為鄧家缺村，與靜態(tài)爆破區(qū)最近民房為22m。（圖1～圖2）

2 地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)勘查鉆探揭示，該路塹地段地層巖性分布情況主要為：

⑦13：弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（D3w），灰黑色，Ⅳ級(jí)軟石，σ0=600kPa。

⑨11：全風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r（Z2d），黃褐色，Ⅲ級(jí)硬土，σ0=260kPa。

⑨12：強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r（Z2d），灰白色，IV級(jí)軟石，σ0=400kPa。

⑨13：弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r（Z2d），灰白色，VI級(jí)堅(jiān)石，σ0=1200kPa。

⑩11：全風(fēng)化花崗巖（γ5），黃褐色，Ⅲ級(jí)硬土，σ0=300kPa。

⑩12：強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（γ5），灰色，IV級(jí)軟石，σ0=600kPa。

其中⑦13、⑨13和⑩12巖層數(shù)量居多，厚度1.3m～6.8m不等，需靜態(tài)爆破石質(zhì)數(shù)量約24000m3。

3 靜態(tài)爆破原理

靜態(tài)爆破技術(shù)的原理主要是利用裝在巖層已鉆孔中的靜態(tài)破碎劑水溶液發(fā)生水化反應(yīng)，使破碎劑的晶體變形，發(fā)生體積膨脹效應(yīng)，從而緩慢地將膨脹壓力（最大可達(dá)50MPa）施加給孔壁，歷經(jīng)一段時(shí)間后達(dá)到最大值，當(dāng)膨脹壓力大于巖層的抗壓強(qiáng)度時(shí)，巖層開始破碎并生成龜裂縫隙及位移解體。

靜態(tài)破碎劑，是一種能使得巖石破裂的粉狀工程施工材料。它的主要成份是CaO（氧化鈣），還含有部分按一定比例要求摻入的催化劑。

典型的化學(xué)反應(yīng)式為：

CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×104J

式中：CaO——氧化鈣；

H2O——水；

Ca（OH）2——?dú)溲趸}；

J——焦（熱量單位）。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備（人、材、機(jī)等）→測(cè)量定位→工藝試驗(yàn)（選擇破碎劑及鉆孔參數(shù)）→布孔→鉆孔→配藥裝藥→養(yǎng)生→藥劑反應(yīng)及清渣→進(jìn)入下一層循環(huán)施工。

4.2 操作要點(diǎn)

首先根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，選擇不同的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，然后在巖石上鉆孔清孔，拌制一定水灰比的破碎劑溶液并灌裝進(jìn)孔中，憑借產(chǎn)生的膨脹力使目標(biāo)巖石產(chǎn)生裂縫，再用炮頭機(jī)鑿除外運(yùn)，從而達(dá)到使巖石碎解的目的。

4.2.1 測(cè)量定位

首先測(cè)設(shè)出實(shí)施靜態(tài)破碎的的準(zhǔn)確范圍，并根據(jù)測(cè)量放樣標(biāo)出路基開挖邊線，將開挖范圍內(nèi)的障礙物拆除。

然后采用挖掘機(jī)進(jìn)行清表工作，炮頭機(jī)鑿除松散巖石，同時(shí)挖除路基邊坡遺留的孤石，以使施工作業(yè)能安全順利地進(jìn)行。

最后根據(jù)各設(shè)計(jì)斷面的實(shí)測(cè)標(biāo)高，將邊樁放測(cè)在挖方斷面的坡頂位置上，確定出開挖斷面的邊樁，邊樁上注明里程、挖深，在距邊樁一定距離以外加設(shè)護(hù)樁，以備邊樁破壞后及時(shí)恢復(fù)，同時(shí)導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)須設(shè)特殊標(biāo)識(shí)予以保護(hù)，以免施工中遭到破壞。

4.2.2 工藝試驗(yàn)

首先在靜態(tài)破碎區(qū)域內(nèi)選取3個(gè)試驗(yàn)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段面積1m2，組織進(jìn)行工藝試驗(yàn)，以3天內(nèi)的效果決定最終的參數(shù)選取。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，此次選擇的工藝性試驗(yàn)參數(shù)如表1。

通過現(xiàn)場三種不同參數(shù)的工藝性試驗(yàn)及各自的效果，可以清楚看出，孔距20cm的膨脹破碎效果最好，所以最終確定施工布眼參數(shù)如下，孔徑40mm，孔深1.5m，排距20cm，孔距20cm，裝藥量25kg/m3。

4.2.3 定點(diǎn)布孔

在布孔前首先應(yīng)確定至少有一個(gè)以上的自由面，鉆孔方向盡可能做到與臨空面平行，自由面越多，單位碎石量就越大，經(jīng)濟(jì)效益也更可觀。定點(diǎn)布孔時(shí)同一排鉆孔應(yīng)盡可能保持在一個(gè)平面上。

根據(jù)已選定的施工參數(shù)，每1m2范圍內(nèi)，共有5×5=25個(gè)孔。

4.2.4 鉆孔清孔

鉆孔直徑與靜態(tài)爆破效果有直接的關(guān)系，鉆孔太小，則不利破碎劑充分發(fā)揮作用；鉆孔太大，容易出現(xiàn)沖孔，并且孔口將難以封堵。故采用？準(zhǔn)40mm鉆孔直徑。鉆孔內(nèi)的鉆渣應(yīng)使用高壓風(fēng)機(jī)吹洗干凈，保持孔口旁邊干凈無渣。

鉆孔深度為目標(biāo)巖體的80%～90%。實(shí)際踏勘爆破區(qū)域后，發(fā)現(xiàn)多數(shù)為大體積需分步破碎的巖石，鉆孔深度根據(jù)施工要求選取，一般宜為1～2m。裝藥深度為選定孔深的100%。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的施工條件，決定選擇鉆孔深度為1.5m。（圖5-圖6）

4.2.5 配藥裝填

方向朝下或者朝下傾斜的鉆孔，可在破碎劑中加入0.22～0.32（重量比）左右的水拌合成流質(zhì)狀態(tài)后，迅速裝入孔內(nèi)并確保藥劑充填密實(shí)。

粗顆粒藥劑的水灰比調(diào)整到0.22～0.25（重量比）時(shí)，其流動(dòng)性較好；細(xì)粉末藥劑的水灰比調(diào)整到0.32（重量比）左右時(shí)流動(dòng)性較好。向下充填搗實(shí)較為方便，如果施工條件允許，采用“由上到下，分層破碎”的工法，方便工人施工。（圖7）

4.2.6 養(yǎng)生

巖石剛開裂后，可以向裂縫中加水，以使藥劑持續(xù)反應(yīng)，可獲得更好效果。

4.2.7 施工控制

靜態(tài)爆破應(yīng)采用“同步操作，少拌勤裝”的方式進(jìn)行操作。即：每組工人在操作過程中負(fù)責(zé)裝孔的孔數(shù)不能太多，每次拌藥量也不能超過實(shí)際能完成的工作量。各灌裝小組在取藥、加水、拌合、灌裝過程中應(yīng)盡量保持同步，這樣可以讓每個(gè)孔內(nèi)產(chǎn)生的破碎劑膨脹壓力基本是同期出現(xiàn)，有利于破碎目標(biāo)巖石。

每次灌裝破碎劑，都應(yīng)仔細(xì)觀察巖石、藥劑、拌合水的溫度是不是符合要求。灌裝過程中，已經(jīng)開始水化反應(yīng)的藥劑（出現(xiàn)冒氣和溫度快速上升狀況）不允許裝入孔內(nèi)。從藥劑加入拌合水到灌裝結(jié)束，時(shí)間不能超過五分鐘。

靜態(tài)破碎劑藥劑反應(yīng)的快慢與溫度密切相關(guān)，溫度越高，反應(yīng)時(shí)間越快。故實(shí)際操作中，必須控制藥劑反應(yīng)時(shí)間，第一種辦法是在拌合水中加入抑制劑，另一種辦法是嚴(yán)格控制拌合水、藥劑和巖石的溫度。

夏季氣溫較高，破碎前應(yīng)遮擋目標(biāo)巖石，藥劑應(yīng)存放在低溫環(huán)境，并將拌合水控制在15℃以下。抑制劑加入浸泡藥劑（卷）的拌合水中，加入量為拌合水的0.5%～6%。

冬季氣溫較低，破碎前應(yīng)加入促發(fā)劑和加熱拌合水。拌和水溫最高不得超過50℃。反應(yīng)時(shí)間一般控制在30～60min較好，條件較好的施工現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況縮短反應(yīng)時(shí)間，以利于施工進(jìn)度的控制。

4.2.8 坡面破碎控制

巖石邊坡不宜超挖。應(yīng)采取從開挖面往下分段整修措施，向下每挖2～3m，應(yīng)進(jìn)行刷坡處理，同時(shí)清除松動(dòng)石塊，保證邊坡上無松石和危石。

坡面處鉆孔破碎時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場工藝試驗(yàn)效果，在垂直于設(shè)計(jì)坡面1m范圍內(nèi)，孔距應(yīng)適當(dāng)加密，參數(shù)選擇如下：孔深1.0m、孔距10cm、排距20cm、裝藥量25kg/m3。

邊坡坡面欠挖部分必須做鑿除處理，而超挖部分應(yīng)采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石或級(jí)配碎石填平碾壓密實(shí)，嚴(yán)禁用細(xì)粒土找平。

4.2.9 效果及優(yōu)缺點(diǎn)分析

本段路基石質(zhì)路塹段開挖，采用靜態(tài)爆破技術(shù)后既解決了擾民問題，同時(shí)收到了不錯(cuò)的效果，通過充分調(diào)配各項(xiàng)資源，工期進(jìn)度同樣得到了保證。

相比于嚴(yán)格的控制爆破工法，使用靜態(tài)破碎劑的靜力爆破法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①管理環(huán)節(jié)少，效益高。②操作簡單、安全，流水施工，工期較短。③提高石材荒料成材率3～4倍。④環(huán)保、安全。施工過程中無震動(dòng)、無飛石、無噪聲、無毒、無污染。靜態(tài)破碎劑不屬于危險(xiǎn)品，無重大公害，在購買、運(yùn)輸、保管中無任何限制，無須審批即可使用。⑤使用方便，具有裂縫可控性。一般裝藥后半個(gè)小時(shí)左右即可出現(xiàn)裂縫。按破碎要求，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目讖健⒖拙?、角度，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的分裂、切割目標(biāo)巖石。⑥在不適于炸藥爆破環(huán)境及爆破準(zhǔn)許困難的條件下，更顯其優(yōu)越性。

當(dāng)然靜態(tài)爆破也有其缺點(diǎn)：①雖然適用范圍廣，但是布孔鉆孔量大，施工時(shí)間較長，在工期緊俏情況下，需要大量資源投入；②造價(jià)較高。

5 結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查情況，本工程石質(zhì)路塹開挖地段，采用靜態(tài)破碎劑爆破法能確保文明施工達(dá)標(biāo)，施工工程中無震動(dòng)、無飛石、無噪聲、無毒、無污染，充分保障了周圍民居建筑的安全和人民群眾的人身及財(cái)產(chǎn)安全，避免了產(chǎn)生不必要的群眾事件，為類似工程的施工提供了借鑒和依據(jù)。

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