論靜力爆破技術在公路工程施工中的運用

趙一遠

[貴陽城市發(fā)展投資（集團）有限公司,貴州 貴陽 550001]

0 引言

道路工程項目施工環(huán)節(jié)，路基石方開挖是項目基礎環(huán)節(jié)，石方破碎需要大量的人力，人工成本高且影響項目工期及進度[1]。巖石破碎的常見方法包括人工破除法、靜態(tài)脹裂劑爆破法、機械破碎法、爆破法等，不同工藝應結合項目要求、工期時限、地質特征等優(yōu)化選擇。機械破碎法多用于大塊石頭的直接二次破碎，山體鑿除工藝中機械破碎法被廣泛應用[2-3]。機械破碎法對堅硬青石巖的破碎效果可觀，但該技術噪聲大、揚塵明顯、效率低，會對周圍環(huán)境產生一定影響[4]。爆破法是路基石方破碎的最佳工藝之一，具有經濟性突出、效率高的特點，但是在復雜施工環(huán)境下不適用。靜力爆破工藝是一種新型爆破技術，噪聲小且不產生振動、粉塵，可在機械破碎條件不成熟或無法直接應用炸藥爆破的施工環(huán)境下應用[5]。

1 工程概況

某環(huán)城路改造擴建項目以城市發(fā)展規(guī)劃為基礎，將原二級公路擴展為城市主干道，道路兩側商鋪、居民樓、山體等大量存在，石方破除工藝難度大且線路交通任務繁重，封路集中區(qū)域石方爆破條件受限，且爆破施工需一系列程序花費大量時間，項目進度要求高。綜合分析后確定了靜力爆破技術作為路基石方破碎的工藝。

2 巖石靜力爆破原理

靜力爆破即借助設備于巖石鉆孔后注入靜力爆破劑，借助靜力爆破劑的膨脹作用使巖石破裂從而達到碎石效果[6]。

（1）靜力爆破劑是一種以氧化鈣為主的高溫煅燒后形成的無機化合物，該材料與水混合后產生化學反應，并有較強的膨脹性能，其為粉狀材料，也被稱為無聲破碎劑。靜力爆破劑不屬于危險品范疇，無需在公安部門備案或辦理爆破施工許可手續(xù)，可通過正規(guī)手續(xù)購買、運輸、儲存、保管、使用。

（2）靜力爆破劑為無機鹽粉末，主要成分包括鐵、鎂、銅、鋁、硅、鈣、磷等，與適量水混合成漿液后可直接打入巖石孔道內，與水反應后藥劑粉末溫度升高并產生膨脹力。該膨脹力作用于炮孔孔壁，在孔壁的約束作用下膨脹力逐漸升高，最高壓力可達50 MPa，并于孔壁產生軸向應力，該應力值超過介質抗拉強度后巖石出現(xiàn)裂縫，并最終導致巖石破碎。

（3）巖石孔道內注入膨脹劑后，半小時開始出現(xiàn)裂縫，巖石孔道施工中需控制其孔徑、孔距、排距以產生最佳的裂變效果，使巖石破碎程度達到施工要求。巖石靜力爆破技術施工簡單，無需特種作業(yè)人員參與即可完成，設備材料簡便易獲取，爆破劑非特殊管制品種，市場上可以買到。靜力爆破技術工藝需對目標巖石進行大量鉆孔，巖石開裂效果難以控制，且周圍環(huán)境溫度等因素會對開裂效果產生影響[7]。

（4）現(xiàn)場測定結果顯示，巖石靜力爆破能使藥劑體積膨脹度達4 倍，表面積倍增可達100 倍，使用炮孔的情況下，膨脹壓力最高可達50 MPa。

3 膨脹壓力試驗測定

使用膠水將電阻應變片張貼在鋼管上，用導線與電阻應變片的引出線連接，隨后將鋼管置于塑料袋內置入水槽中，詳見圖1 所示。對電阻應變儀進行數(shù)值校對，取出靜力爆破劑1 000 g 與適量水混合均勻，放入攪拌機中攪拌，將攪拌均勻的漿液置入鋼管內并用鋼釬搗實，測定應變量εθ并計算膨脹壓力P：

圖1 電阻應變片粘貼圖（單位：mm）

式中，Es——鋼管彈性模量，取值為2.06×105MPa；P——膨脹壓力；K——鋼管外徑內徑比，標準管徑鋼管該值為1.2；εθ——鋼管圓周方向應變量，υ=0.3εθ=1‰，P=53.3 MPa。

4 靜力爆破施工技術要點

4.1 靜力爆破所需設備

靜力爆破施工中需要準備的設備和材料包括鉆頭、水管、量筒（容量100 ml）、電子秤、水桶、塑料桶、漏斗、防護眼鏡、防護手套（高袖橡膠材質）、口罩、毛巾、空壓機、鑿巖機、鋼釬、吹風管(Φ25 mm 鋼管)、水瓢、全站儀、水準儀[8]。

4.2 靜力爆破工藝操作的主要技術要點

石方爆破前，根據(jù)工藝規(guī)范于大方量巖石表面打孔，確保孔徑、孔距、孔深、排列合規(guī)，機械鉆孔后將混合均勻的靜力爆破劑置入鉆孔內，在靜力爆破劑的作用下產生膨脹力使巖石膨脹破裂，利用炮頭機破解巖體，為地基開挖提供便利。以下是靜力爆破工藝施工環(huán)節(jié)需控制的技術要點：

（1）靜力爆破工藝流程如圖2 所示。

圖2 施工工藝流程

（2）現(xiàn)場地質勘測。根據(jù)氣候條件確定靜力爆破劑用量、用水溫度、藥劑溫度等指標，操作前確定各設備齊全。

（3）設計布孔。根據(jù)石方尺寸進行合理布孔，確保每孔處石方保留一個以上臨空面，孔道需與之平行，控制孔道間距在50 cm，孔道排距50 cm，逐排布孔，根據(jù)巖石情況確定鉆孔深度，一般情況下鉆孔深度在2 m左右。

（4）鉆孔。靜力爆破前，將巖石周邊雜物和碎石清理干凈，并結合巖石情況確定爆破深度，即鉆孔需達到巖體下2 m 左右，鉆孔進深以巖石破碎體85%高度為宜，孔道內靜力爆破劑填充緊實，裝藥深度需與孔深保持一致。鉆孔需保持合理直徑，結合巖石大小確定孔徑，孔徑過小無法發(fā)揮出靜力爆破劑的膨脹作用，孔徑過大則容易出現(xiàn)沖孔現(xiàn)象。結合項目需求和施工經驗，選定鉆孔直徑為42 mm，鉆孔施工完畢后，使用空壓機注入鉆孔高壓氣體沖刷鉆孔內水分或鉆渣等，清潔干凈后方可注入靜力爆破劑。

（5）鉆孔多垂直或斜向鉆入，按照質量比30%摻入拌和水使靜力爆破劑調和成流塑狀，隨后置入鉆孔內。靜力爆破劑制備粉末需保持水灰比在0.32 左右，以發(fā)揮出最佳膨脹效果?？椎牢挥谒椒较蛘撸梦阅芡怀龅睦w維袋將藥劑裝入孔道內，藥劑及纖維包裝袋裝入深度約為孔道深度90%。裝入前將藥劑及包裝袋于凈水中放置30～60 s，按照“集中浸泡、充分吸水、依次填塞、分層搗實”的原則將其逐層放入孔道內?；蛘咧苯訉㈧o力爆破劑攪拌均勻形成流塑狀，并以泵機輸送至孔道內，距離孔道上源10 cm 以黃泥密封[9]。

（6）巖石出現(xiàn)裂縫后向裂縫中注水，使藥劑反應更充分以提升其膨脹效果。

（7）以“分段分層依次破除”原則對大面積巖石破碎，按照現(xiàn)場巖石分布情況進行段落式鉆孔，從一側開始，依次每次一排鉆孔，完工后向另一側進展，第一排完全裝藥后，待藥劑充分反應進入下一排裝藥。每次施工均按照排孔裝藥，進行單排孔施工，根據(jù)施工現(xiàn)場情況拌藥，提高其準確性。施工環(huán)節(jié)確保取藥、加水、拌和、鉆孔等工藝有序進行，每排孔道的裝藥時間需保持一致，確保單排孔的藥劑膨脹同期出現(xiàn)，以產生最大的膨脹力，保證巖石破碎效果。

（8）藥劑灌裝過程中需嚴格控制溫度指標，觀測藥劑、拌和水溫度是否達標，灌裝前已經出現(xiàn)化學反應的藥劑不得貫入孔道內，藥劑出現(xiàn)冒氣或溫度快速升高，則表明已經出現(xiàn)了反應。灌裝操作應迅速，藥劑拌和、灌入孔道、現(xiàn)場試驗檢測需在5 min 內完成。

（9)控制藥劑反應時間。藥劑反應時間過短可能導致沖孔現(xiàn)象，對現(xiàn)場施工人員造成危害，需將藥劑反應時間控制在10～30 min 內。藥劑反應時間越長，溫度升高越明顯且膨脹效果越好，巖石孔道內壓力越大。為使藥劑反應時間符合方案規(guī)定，可在藥劑拌和水中加入0.5%～6%的抑制劑或對拌和水溫度嚴格控制。一般情況下，夏季環(huán)境溫度高，需在低溫條件下放置藥劑，避免暴曬導致藥劑提前反應，拌和水的溫度需控制在15 ℃以下，而冬季則需提高拌和水溫度或在藥劑拌和水中加入促發(fā)劑，提高化學反應效率。應根據(jù)目標巖石大小、硬度等合理選擇靜力爆破劑，不同型號的靜力爆破劑膨脹效果存在差異，不得在施工中混用。

（10）打孔與裝藥應同步，避免一邊打孔一邊裝藥，按照單排孔裝填的工序進行操作，一邊裝填完畢后方可對另一排孔道進行填充。打孔完畢后需使用空壓機向孔道內吹入高壓空氣清洗內壁，孔道內恢復常溫后方可灌入藥劑，灌裝完畢后進行封口[10]。

（11）炮孔填裝之前需進行干濕度檢測，如炮孔過于干燥，以凈水沖洗后裝填，嚴格控制濕度與溫度指標，避免大量漿體水分影響水灰比，對靜力爆破劑的膨脹效果產生影響。

（12）在靜力爆破劑運輸過程中需避免雨水，表面覆蓋防雨設備，同時避免暴曬，開封后，需一次性用完。若用藥量有限，無法一次用完，則需將袋口封緊避免空氣進入，膨脹劑查驗合格后方可使用，單獨存放避免與其他材料混放。藥劑拌和過程中需全程佩戴橡膠手套、口罩，如藥劑反應過于迅速或現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)溫度升高過快，停止作業(yè)并將藥劑拋棄。按規(guī)范要求裝藥后，應由專人進行現(xiàn)場看護，嚴格控制技術指標，禁止無關人員入場。炮孔填充環(huán)節(jié)，操作人員需佩戴橡膠手套和防護眼鏡，裂縫前不得通過孔道口向內部觀看，防止藥劑膨脹導致漿液外濺損傷眼鏡。盡量避免操作中皮膚裸露，及時清洗避免藥劑損傷皮膚。

（13）完成靜態(tài)爆破后，巖石會裂解形成體積較大的塊狀石頭，難以直接搬運和運輸，可采用炮錘式挖掘機將石塊破碎至合理尺寸，并借助挖掘機和自卸汽車將石料運輸至施工現(xiàn)場備用。

4.3 施工階段安全、環(huán)保措施

（1）建立安全管控小組，實施三級安全教育機制?，F(xiàn)階段，很多項目建設在安全教育建設方面存在疏漏，缺乏針對性，存在形式化問題。為提高安全教育的效果，應加強對三級安全教育的重視，成立專門的安全教育小組，并有針對性的展開對不同工種、工序的安全教育學習。

（2）做好安全培訓工作。目前，許多項目建設管理人員的專業(yè)素養(yǎng)還有待加強，安全知識儲備欠缺，許多專職的安全管理人員也存在著工作經驗不足，在實際施工過程中難以辨別風險源，無法對風險情況進行動態(tài)管理。因此，應加強對專職安全人員的培訓，提升專業(yè)人員的專業(yè)技術能力，培養(yǎng)能夠靈活應對各種動態(tài)風險的技術性人才。強化安全培訓的體系管理及執(zhí)行力度，進一步促進安全人員執(zhí)行力的提升，將有關制度落到實處。

（3）為保障安全監(jiān)督檢查的效果，應由安全生產負責人做好人員的分配工作，在施工現(xiàn)場配備有責任心的專業(yè)的安全員，提高安全監(jiān)督水平，進一步掌握施工現(xiàn)場的具體情況，避免可能存在的安全隱患。

（4）依據(jù)項目的實際情況，制定環(huán)保管理預案，及時更新自身的知識儲備，學習國家及地方層面不斷更新發(fā)布的環(huán)保法規(guī)、制度，創(chuàng)建環(huán)保施工的企業(yè)文化氛圍，將環(huán)保理念貫穿于項目施工管理的全過程。

5 結論

環(huán)城公路改造工程項目周圍環(huán)境復雜，經多次方案優(yōu)化對比后，確定了靜力爆破方案進行環(huán)城路路基石方爆破，該方案施工便捷且風險小，不影響周邊環(huán)境，項目如期開展且施工成本有效降低。該工藝相比于傳統(tǒng)機械石方破除工藝，經濟效益良好且實現(xiàn)了施工工序優(yōu)化，可在復雜環(huán)境中應用，為同類工程路基石方破除提供了新的參考。