靜態爆破開挖技術在鹽津河二橋建設工程中的應用

王 彪

（貴州省交通建設咨詢監理有限公司，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、國防光纜等，因而無法采用常規爆破。因石方開挖工作量大，單純使用破碎錘開挖的作業方式，功效很低，滿足不了工期要求，且擾民現象較為嚴重。靜態爆破擁有無飛石、無振動、無噪音、無粉塵、無污梁、無沖擊波、無硝煙、無毒、不影響周圍環境、爆破面可控、工期較短、施工安全、成本較低廉的特點。結合本項目的具體情況，經過反復研究，同意采用靜態爆破與破碎錘挖掘機組合的方式施工。

1 靜態爆破施工

1.1 靜態爆破施工組織

靜態爆破試驗是由樁基作業隊施工，施工人員35人，主要設備有發電機、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、靜態爆破膨脹劑、潔凈水等。試驗過程中有項目部技術人員、監理人員全程技術指導，并做數據記錄。為此，進行了多次現場靜態爆破試驗，其中石方靜態爆破試驗材料有：靜態爆破劑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。經過對試驗數據進行分析，相關爆破參數顯示達到了理想的效果。

1.2 靜態爆破參數

試驗孔網參數取：孔深L=2.0m，孔距a=40cm，排拒b=50cm，孔徑d=42mm，試驗巖面長8m，寬5.5m，其他參數如表1所示。

表1 靜態爆破參數

1.3 施工方法

1.3.1 靜態破碎施工順序

靜態破碎施工順序為：施工前準備→設計布孔→測量定位→沿自由面打靜態破碎孔→裝藥→爆破劑反應、清渣→進入下一層循環施工。

1.3.2 布設孔位

在K3+020橋位右側一處巖體上進行鉆孔，此處地質情況為中風化白云巖，巖體節理發育，巖體一邊有一個凌空面，由技術人員對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，現場先行清理工作面，為其他巖石爆裂創造先決條件。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。

（1）鉆孔樣架

在豎直孔和斜面孔鉆孔前，設置鉆孔樣架。孔樣架在邊墻上布置兩排插筋Φ28@50cm，固定樣架鋼管。導向鋼管與水平夾角為55°。導向鋼管與橫向鋼管采用扣件連接。豎向孔搭設鋼管架，臺鉆垂直鉆入。鉆孔樣架搭設見圖1。

圖1 鉆孔樣架搭設圖

（2）孔深控制

根據樣架鋼管高度，臺鉆鉆桿每節長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）拌成流質狀（充分攪拌后略有余水）后，迅速倒入孔內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（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過程中負責裝孔的孔數不能過多；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，應基本保持同步，從而確保每個鉆孔內的最大膨脹壓基本保持同期出現，以利于巖石的破碎。爆破劑的鉆孔灌入現場如圖3所示。

圖3 爆破劑連續灌入鉆孔內

（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，對于已經發燙和開始冒氣的爆破劑不允許裝入孔內。從爆破劑加入拌和水到灌裝結束，這個過程的時間不應該超過5min。操作時應注意觀察裝填孔，發現有氣體冒出并伴有“嘶嘶”聲時，噴孔可能立刻就要發生，須立即停止裝藥。

（4）巖石中一旦發現裂縫，要立即向裂縫中加水，以支持爆破劑持續反應，且加水后效果明顯，裂縫加大。在裝藥50min后地表出現裂紋跡象，這時向孔內加水，目的在于進一步支持爆破劑持續反應，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后巖層出現寬度為3cm的裂縫

1.4 靜態爆破施工原理

靜態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，典型的化學反應式為：

當氧化鈣變成氫氧化鈣時，其晶體結構發生變化，會引起晶體體積的膨脹。根據測定，在自由膨脹的前提下，反應后的體積可增大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，這種膨脹因受孔壁的約束，壓力可上升至50MPa，介質在這種壓力作用下會產生徑向壓縮應力和切向拉伸應力。當其拉應力大于巖石所能承受的最大抗拉應力時，即在鉆孔周邊形成徑向裂縫，如一定距離內的相鄰周邊鉆孔內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）巖體在發生破碎時，不產生爆破震動、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。按破碎要求只要設計適當的孔徑、孔距、角度等鉆孔參數，就能達到預期的破碎效果，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境的條件下，其優越性更易于彰顯。

2 結果分析

2.1 結果參數

（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、設備、材料最佳組合方式如表2～表4所示。

表2 靜態爆破試驗施工人員一覽表

表3 石方靜態爆破試驗材料一覽表

表4 石方靜態爆破試驗施工設備一覽表

2.2 進度分析

本次靜態爆破試驗選取了K3+020橋位右側一處巖體上布孔進行靜態爆破試驗，此處地質情況為中風化白云巖，巖體節理發育，巖體一邊有一個凌空面，基本符合目前主橋6#、7#墩現場情況及地質構造，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

靜態爆破試驗從爆破膨脹劑注入到巖石表面出現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。經分析得出影響進度的因素是鉆孔數量。鉆孔數量達到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，其余工序實行流水作業，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 結語

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

靜態爆破既能保證工程的安全要求，又具有良好的環保效果，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，不需要專業的爆破人員的優點。針對不同的施工要求和環境條件，選定合理的爆破參數和施工技術即可取得良好的爆破效果。