靜態爆破技術在石質路塹施工中的應用分析

孟建創

摘要： 靜態爆破技術具有普通炸藥爆破不具備的適用范圍廣、安全性能高、揚土少等優點。特別是在安全性能上，它更加具有優勢。本文結合新建連鎮鐵路工程實際，闡述了靜態爆破技術的施工工藝及操作要點，并評述了該技術實踐應用的效果，為同類工程的施工提供了經驗借鑒。

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.

關鍵詞： 鐵路；石質路塹；靜態爆破；效果

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

中圖分類號：U445.53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）19-0117-03

0 引言

當新建鐵路設計路線要從村鎮附近經過，并且碰到石質路塹需要進行爆破開挖施工時，怎樣保障臨近民居建筑及人民群眾的生命財產安全，防止產生不必要的事故，營造文明和諧的施工環境，是鐵路建設者要面對的問題。本文結合新建鐵路石質路塹爆破工程實例，介紹了靜態爆破技術的實際應用方法與效果。

1 工程概況

新建連鎮鐵路全長約305km，設計運營速度250km/h，北起連云港市，向南經揚州市，跨長江后接于鎮江市。該鐵路主要承擔區域內南北方向客運任務，被喻為江蘇高速鐵路網的脊梁骨，打通了廣袤無垠的蘇北、蘇中、蘇南的交通瓶頸。

新建連鎮鐵路工程八標一分部終點路基段起訖里程為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DK300+060～DK300+775石質路塹，總長度為715m，原設計采用光面爆破施工，爆破深度0～12.2m不等。

該段石質路塹施工區南側便是有八十多戶百姓的鄧家缺村，且老舊房屋較多，房屋基礎大部分為磚石砌筑，抗震性差，村民上訪事件不斷，時有阻工現象發生，極易對社會穩定造成影響。經過相關專業評估單位進行爆破安全及可行性評估后，并經設計院變更優化，最終選擇采取靜態爆破技術進行施工。

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

2 地質概況

根據地質勘查鉆探揭示，該路塹地段地層巖性分布情況主要為：

⑦13：弱風化泥質粉砂巖（D3w），灰黑色，Ⅳ級軟石，σ0=600kPa。

⑨11：全風化白云質灰巖（Z2d），黃褐色，Ⅲ級硬土，σ0=260kPa。

⑨12：強風化白云質灰巖（Z2d），灰白色，IV級軟石，σ0=400kPa。

⑨13：弱風化白云質灰巖（Z2d），灰白色，VI級堅石，σ0=1200kPa。

⑩11：全風化花崗巖（γ5），黃褐色，Ⅲ級硬土，σ0=300kPa。

⑩12：強風化花崗巖（γ5），灰色，IV級軟石，σ0=600kPa。

其中⑦13、⑨13和⑩12巖層數量居多，厚度1.3m～6.8m不等，需靜態爆破石質數量約24000m3。

3 靜態爆破原理

靜態爆破技術的原理主要是利用裝在巖層已鉆孔中的靜態破碎劑水溶液發生水化反應，使破碎劑的晶體變形，發生體積膨脹效應，從而緩慢地將膨脹壓力（最大可達50MPa）施加給孔壁，歷經一段時間后達到最大值，當膨脹壓力大于巖層的抗壓強度時，巖層開始破碎并生成龜裂縫隙及位移解體。

靜態破碎劑，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。

典型的化學反應式為：

CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×104J

式中：CaO——氧化鈣；

H2O——水；

Ca（OH）2——氫氧化鈣；

J——焦（熱量單位）。

4 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

施工準備（人、材、機等）→測量定位→工藝試驗（選擇破碎劑及鉆孔參數）→布孔→鉆孔→配藥裝藥→養生→藥劑反應及清渣→進入下一層循環施工。

4.2 操作要點

首先根據相關規范要求，選擇不同的設計參數進行工藝性試驗，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孔中，憑借產生的膨脹力使目標巖石產生裂縫，再用炮頭機鑿除外運，從而達到使巖石碎解的目的。

4.2.1 測量定位

首先測設出實施靜態破碎的的準確范圍，并根據測量放樣標出路基開挖邊線，將開挖范圍內的障礙物拆除。

然后采用挖掘機進行清表工作，炮頭機鑿除松散巖石，同時挖除路基邊坡遺留的孤石，以使施工作業能安全順利地進行。

最后根據各設計斷面的實測標高，將邊樁放測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護樁，以備邊樁破壞后及時恢復，同時導線點、水準點須設特殊標識予以保護，以免施工中遭到破壞。

4.2.2 工藝試驗

首先在靜態破碎區域內選取3個試驗區段，每個區段面積1m2，組織進行工藝試驗，以3天內的效果決定最終的參數選取。

根據相關規范要求，此次選擇的工藝性試驗參數如表1。

通過現場三種不同參數的工藝性試驗及各自的效果，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 定點布孔

在布孔前首先應確定至少有一個以上的自由面，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，經濟效益也更可觀。定點布孔時同一排鉆孔應盡可能保持在一個平面上。

根據已選定的施工參數，每1m2范圍內，共有5×5=25個孔。

4.2.4 鉆孔清孔

鉆孔直徑與靜態爆破效果有直接的關系，鉆孔太小，則不利破碎劑充分發揮作用；鉆孔太大，容易出現沖孔，并且孔口將難以封堵。故采用？準40mm鉆孔直徑。鉆孔內的鉆渣應使用高壓風機吹洗干凈，保持孔口旁邊干凈無渣。

鉆孔深度為目標巖體的80%～90%。實際踏勘爆破區域后，發現多數為大體積需分步破碎的巖石，鉆孔深度根據施工要求選取，一般宜為1～2m。裝藥深度為選定孔深的100%。根據現場實際的施工條件，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狀態后，迅速裝入孔內并確保藥劑充填密實。

粗顆粒藥劑的水灰比調整到0.22～0.25（重量比）時，其流動性較好；細粉末藥劑的水灰比調整到0.32（重量比）左右時流動性較好。向下充填搗實較為方便，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 養生

巖石剛開裂后，可以向裂縫中加水，以使藥劑持續反應，可獲得更好效果。

4.2.7 施工控制

靜態爆破應采用“同步操作，少拌勤裝”的方式進行操作。即：每組工人在操作過程中負責裝孔的孔數不能太多，每次拌藥量也不能超過實際能完成的工作量。各灌裝小組在取藥、加水、拌合、灌裝過程中應盡量保持同步，這樣可以讓每個孔內產生的破碎劑膨脹壓力基本是同期出現，有利于破碎目標巖石。

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

靜態破碎劑藥劑反應的快慢與溫度密切相關，溫度越高，反應時間越快。故實際操作中，必須控制藥劑反應時間，第一種辦法是在拌合水中加入抑制劑，另一種辦法是嚴格控制拌合水、藥劑和巖石的溫度。

夏季氣溫較高，破碎前應遮擋目標巖石，藥劑應存放在低溫環境，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，破碎前應加入促發劑和加熱拌合水。拌和水溫最高不得超過50℃。反應時間一般控制在30～60min較好，條件較好的施工現場可根據實際情況縮短反應時間，以利于施工進度的控制。

4.2.8 坡面破碎控制

巖石邊坡不宜超挖。應采取從開挖面往下分段整修措施，向下每挖2～3m，應進行刷坡處理，同時清除松動石塊，保證邊坡上無松石和危石。

坡面處鉆孔破碎時，根據現場工藝試驗效果，在垂直于設計坡面1m范圍內，孔距應適當加密，參數選擇如下：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，而超挖部分應采用無機結合料穩定碎石或級配碎石填平碾壓密實，嚴禁用細粒土找平。

4.2.9 效果及優缺點分析

本段路基石質路塹段開挖，采用靜態爆破技術后既解決了擾民問題，同時收到了不錯的效果，通過充分調配各項資源，工期進度同樣得到了保證。

相比于嚴格的控制爆破工法，使用靜態破碎劑的靜力爆破法具有以下優點：①管理環節少，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環保、安全。施工過程中無震動、無飛石、無噪聲、無毒、無污染。靜態破碎劑不屬于危險品，無重大公害，在購買、運輸、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。一般裝藥后半個小時左右即可出現裂縫。按破碎要求，設計適當的孔徑、孔距、角度，能夠達到設計精準的分裂、切割目標巖石。⑥在不適于炸藥爆破環境及爆破準許困難的條件下，更顯其優越性。

當然靜態爆破也有其缺點：①雖然適用范圍廣，但是布孔鉆孔量大，施工時間較長，在工期緊俏情況下，需要大量資源投入；②造價較高。

5 結束語

根據現場實際調查情況，本工程石質路塹開挖地段，采用靜態破碎劑爆破法能確保文明施工達標，施工工程中無震動、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產安全，避免了產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。

參考文獻：

[1]祝擁軍.淺論靜態爆破技術在路塹開挖施工中的應用[J].城市建設理論研究，2011.

[2]劉康，李文武.靜態爆破在大型孤石群中的應用[J].科技與企業，2012.

[3]江二中，白文君，韋繼寧.靜態爆破技術在高速公路石方開挖中的應用分析[J].西部交通科技，2013.

[4]張培輝.高速公路高邊坡靜態爆破施工[J].建設科技，2009.

[5]姚藝賢.靜態爆破在臨近構筑物石方開挖中的應用[J].江西建材，2014.