淺談機械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)在石方開挖中的應(yīng)用

夏釗

摘要：某房建工程緊鄰京滬高鐵運營線、埋地燃氣主管道，不適合采用普通爆破方法進行石方施工；為保證安全、經(jīng)濟、快速～完成石方開挖，通過方案比選，確定采用機械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)，本文簡要分析了機械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)施工特點、施T-3-藝、技術(shù)參數(shù)，為以后類似問題提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：機械化靜態(tài)爆破；石方開挖；應(yīng)用

中圖分類號：U445.53文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-242-03

前言

機械化靜態(tài)巖石分裂爆破是一種新型施工工藝，在建筑土石方工程中不適合使用炸藥的情況下破碎巖石具有很大的技術(shù)優(yōu)勢。具有無震動、無沖擊、無噪聲、無粉塵、工作效率高等特點，適應(yīng)性強、應(yīng)用廣泛，并且可根據(jù)破碎劑性能設(shè)計適當(dāng)?shù)膮?shù)，能夠達到有計劃地分裂、切割巖石和混凝土的目的，從而大大降低了安全風(fēng)險，增強了操作的可控性。

1.工程概況

1.1工程概況

某房建工程位于山東省棗莊市，建設(shè)用地面積4.82萬m²，總建筑面積為15.65萬m²，其中地上建筑面積為12.07萬m²，地下建筑面積為3.58萬m²；由1-9住宅樓及地下車庫組成，住宅位于庭院四周，中庭為地下車庫，各棟樓基坑單獨成立，中庭地下車庫將各棟樓基坑連接在一起，整個基坑開挖深度約2.0-3.4m，中庭地下室車庫面積約1.88萬m²。預(yù)計開挖土方約4.6萬m³，巖石約4萬m³。

1.2地質(zhì)地貌特點：

1.2.1地層結(jié)構(gòu)及巖土物理力學(xué)性質(zhì)

本次勘察最大孔深25.00米，依據(jù)野外鑒別及室內(nèi)土工試驗，按地基土的成因類型、地質(zhì)特征將本場地地基土劃分為三層，現(xiàn)由上至下分述如下：

①耕土（Q4m1）

黃褐色，松散。以粘性土為主，含大量植物根系及蟲子L等，在34#、35#、44#及46#鉆孔分布為索填土。本層全區(qū)分布，厚度0.20-1.30米，平均0.40米：層底標(biāo)高80.01-82.66米，平均81.37米；層底埋深0.20-1.30米，平均0.40米。

②粘土（Q4aI+p1）

褐黃色-棕黃色，硬塑。切面稍光滑，韌性稍高，干強度稍高，含少量鐵錳結(jié)核。局部含少量碎石及小姜石。本層除30#鉆孔缺失外全區(qū)分布，厚度0.20-5.40米，平均1.42米；層底標(biāo)高75.36-82.46米，平均79.92米：層底埋深0.40-5.70米，平均1.82米。該層土屬中壓縮性土。

③石灰?guī)r（∈）

中風(fēng)化，深灰色-青灰色，隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，厚層狀一巨厚層狀，巖體較完整，巖芯呈短柱狀一柱狀。裂隙發(fā)育不均勻，多數(shù)地段以閉合狀或微張節(jié)理裂隙為主。頂部巖溶較發(fā)育，完全填充粘性土。巖體基本質(zhì)量等級lV級，較硬巖。巖芯采取率60%-70%，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD=40。本層未穿透，在場地內(nèi)全區(qū)分布，最大揭露厚度24.60米。

1.2.2地基土的力學(xué)性能評價

第①層耕土：松散，本層全區(qū)分布，厚度變化較大，工程力學(xué)性能差：

第②層粘土：硬塑，中壓縮性土，本層除30#鉆孔缺失外全區(qū)分布，厚度變化較大，工程力學(xué)性能良好：

第③層石灰?guī)r：中風(fēng)化，本層未穿透，在場地內(nèi)全區(qū)分布，厚度變化不大，工程力學(xué)性能好。

1.2.3地基土承載力特征值

根據(jù)室內(nèi)土工試驗資料及野外原位測試、現(xiàn)場鑒別，結(jié)合附近建筑工程經(jīng)驗，綜合提供場地內(nèi)地基土的承載力特征值fak（kPa）如下表：

2.本工程石方開挖重難點分析

本工程巖石太過堅硬，工程量巨大：距離本工程約500m處有一條京滬高鐵運營線路，根據(jù)中華人民共和國國務(wù)院令《鐵路安全管理條例》第三十四條：在鐵路線路路堤坡腳、路塹坡頂、鐵路橋梁外側(cè)起向外各1KM范圍內(nèi)，以及在鐵路隧道上方中心線兩側(cè)各1KM范圍內(nèi)，確需從事露天采礦、采石或爆破作業(yè)的，應(yīng)當(dāng)與鐵路運輸企業(yè)協(xié)商一致，依據(jù)有關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定報縣級以上地方人民政府有關(guān)部門批準(zhǔn)，采取安全防護措施后方可進行。另距離本工程約30m處有一條埋地燃氣主管道，根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之《天然氣管道運行規(guī)范》（SY/T5922-2012）的第8.1.1條：管道兩側(cè)各50m線路帶內(nèi)禁止開山、爆破、修筑大型建筑物、構(gòu)筑物工程。

3.本工程石方開挖施工方案比選

3.1采用液壓巖石破碎錘破碎巖石

（1）優(yōu)點：施工簡單，不需辦理相關(guān)手續(xù)。

（2）缺點：施mm期長，需要約150天，成本較高。

3.2采用炸藥控制破碎巖石

（1）優(yōu)點：施工工藝成熟，施工效率高，成本較低。

（2）缺點：

a.該工程位于京滬高鐵運營線路1KM范圍內(nèi)，采用炸藥控制爆破施工需要濟南鐵路局和當(dāng)?shù)毓簿窒嚓P(guān)部門審批，手續(xù)辦理時間很長：且后續(xù)爆破施工必須根據(jù)鐵路“天窗”時點安排，影響施工進度：預(yù)計從手續(xù)辦理開始到施工結(jié)束需要約130天。

b.該工程7-g樓位于高壓燃氣管道50米范圍內(nèi)，禁止進行炸藥控制爆破施工。

c.采用炸藥控制爆破施工，從炸藥保管到爆破施工，都存在很大安全隱患。

3.3靜態(tài)藥劑爆破技術(shù)破碎巖石

（1）優(yōu)點：無需辦理各種備案等手續(xù)問題，安全、環(huán)保。

（2）缺點：施工工期很長，需要約200天：成本太高。

3.4機械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)破碎巖石

（1）優(yōu)點：無需辦理各種備案等手續(xù)問題，安全、環(huán)保，施工工期最短，需要約80天，成本適中。

（2）缺點：施工機械需專業(yè)人員操作，并要求有充足的工作面保證連續(xù)施工。

3.5石方開挖施工方案比選結(jié)論

綜上所述，本工程石方開挖最終采用機械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)。

4.機械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)應(yīng)用

4.1方法特點

新型的機械化靜態(tài)爆破技術(shù)，是一種新型施工工藝。采用靜態(tài)超級巖石分裂機，運用液壓機械方式對巖石進行開裂，在建筑土石方工程中不適合使用炸藥的情況下破碎巖石具有很大的技術(shù)優(yōu)勢。機械化靜態(tài)爆破技術(shù)作業(yè)時無震動、無沖擊、無噪聲、無粉塵、立即見效不用等待、不間斷重復(fù)作業(yè)、工作效率高、工作效果顯著等特點，應(yīng)用于不能爆破作業(yè)并要求產(chǎn)量高、工期緊等技術(shù)難度大的土石方工程，比傳統(tǒng)膨脹破碎效率更高。

4.2工藝原理

因巖石的抗壓強度高，抗拉強度低，靜爆超級巖石分裂機正是利用其抗拉強度低的特性，以高壓油為能量源，由液壓動力站的泵站輸出的超高液壓油又經(jīng)增壓器的機械放大后驅(qū)動分裂棒內(nèi)的油缸產(chǎn)生巨大推動力，使分裂機推動劈裂棒中的液壓頂向外伸出脹裂巖石，液壓力瞬間超高壓，能輕而易舉的從巖石內(nèi)部將堅硬巖石分裂，并能使物體按預(yù)定方向分裂，達到脹裂破碎開挖的目的。

4.3技術(shù)準(zhǔn)備

（1）熟悉并審查圖紙，提前核對好平面尺寸和基底標(biāo)高，了解絕對高程和相對高程，并繪制高程控制網(wǎng)圖。

（2）現(xiàn)場布設(shè)高程控制網(wǎng)，并根據(jù)高程控制網(wǎng)放出各單位工程定位軸線控制網(wǎng)、開挖控制邊線及標(biāo)高控制網(wǎng)，報監(jiān)理單位進行復(fù)核，確保符合測量驗收規(guī)范。

（3）熟悉相關(guān)質(zhì)量驗收規(guī)范和安全措施。

（4）踏勘、熟悉現(xiàn)場，明確運輸?shù)缆贰⒌叵鹿芫W(wǎng)等，為石方爆破提供可靠的資料和數(shù)據(jù)，并對地下管網(wǎng)采取有效的防護加固措施。

（5）了解巖石性質(zhì)、作業(yè)環(huán)境、工程量、破碎程度、工期要求、氣候條件情況、節(jié)理、走向及地下水情況進行詳細調(diào)查。確定鉆孔參數(shù)、鉆孔分布和破碎順序。

（6）準(zhǔn)備潛水泵QY-25為4臺（15m³/h，揚程25m），用于排除基坑內(nèi)積水和開挖過程中的雨水。

4.4機械及施工人員準(zhǔn)備

4.5施工前準(zhǔn)備

（1）施工區(qū)段的劃分

本工程石方爆破分為2個施工段同時進行，第1施工段為1、2、7、8、9樓及部分地下車庫所圍起來的區(qū)域，第2施工段為3‘、4‘、5‘、6。樓及部分地下車庫所圍起來的區(qū)域。

（2）

石方爆破機械設(shè)備組合

每個施工段安排液壓巖石破碎錘2臺，超級巖石分裂機4臺，風(fēng)動鉆孔機3臺，挖掘機2臺，鏟車1臺，自卸翻斗車9臺。

（3）石方爆破人員組合

石方爆破中配置4名測量人員應(yīng)隨時跟進，控制開挖標(biāo)高及基坑開挖尺寸，嚴禁超挖；配置不少于20名普工進行人工修鑿邊坡與撿底工作。

（4）對所有施工人員進行安全技術(shù)交底。

4.6挖掘機清理浮土

用挖掘機清除巖石表層以上的耕植土及粘土，找出巖石工作面：若巖石沒有膨脹空隙，需用特大液壓巖石破碎機破出100厘米深，至少50厘米寬的膨脹空隙。

4.7設(shè)計布孔

布眼前首先要確定至少有一個以上臨空面，鉆孔方向應(yīng)盡可能做到與臨空面平行，臨空面（自由面）越多，單位破石量越大，效果也更好。切割巖石時同一排鉆孔應(yīng)盡可能保持在一個平面上。孔距與排距的大小根據(jù)巖石的硬度程度調(diào)整，硬度越大時，孔距與排距越小，反之則大。孔距與排距布置參照下表。

為了加快工程進度，結(jié)合現(xiàn)場巖石硬度情況，實際采用孔距50厘米，排距80厘米的形式進行布孔作業(yè)。

4.8鉆孔

鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，根據(jù)現(xiàn)場實際情況決定采用直徑為42～45mm的鉆頭鉆孔；鉆孔機械采用液壓巖石鉆孔機，鉆孔深度為70厘米。

4.9插入劈裂棒，加壓分裂巖石

檢查成孔深度確定達到方案要求，然后將孔內(nèi)石粉吹盡：接著用超級巖石分裂機將長度為50厘米的液壓劈裂棒插入孔內(nèi)，逐漸加壓，直至分裂壓力超過巖石硬度值，本工程實際采用分裂壓力為450t左右；巖石分裂完成后，及時測量裂縫寬度，要求裂縫寬度不得小于1.5厘米。

4.10二次破碎并裝運

對分裂后較大塊的巖石采用液壓破碎錘進行二次破碎，然后使用挖掘機裝入自卸汽車運到指定棄土場地。

4.11進行下一輪循環(huán)施工

4.12質(zhì)量保證措施

（1）對進場的超級巖石分裂機、風(fēng)動鉆孔機等機械設(shè)備必須嚴格檢驗，不合格不得使用。

（2）對施工機械操作人員必須進行專業(yè)崗前培訓(xùn)，考核合格后方可使用機械。

（3）嚴格按照施工方案中的設(shè)計孔位布置圖進行測量放線，嚴格控制孔深、角度等技術(shù)參數(shù)。巖石分裂高程控制在墊層上20厘米左右，不得擾動持力層，剩余巖石采用人工破碎。

5結(jié)語

綜上所述，機械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)是常規(guī)炸藥爆破、靜態(tài)藥劑爆破技術(shù)的一種發(fā)展、延伸，對于不能爆破作業(yè)并要求產(chǎn)量高、工期緊等技術(shù)難度大的土石方工程，比傳統(tǒng)膨脹破碎效率更高，成本更低，經(jīng)濟和社會效益明顯，值得推廣和應(yīng)用。