静态爆破技术在拆除既有铁路挡墙中的应用

闫 煦，宁 波，周 博

(1.沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳 110168;2.辽宁城市建设职业技术学院，辽宁沈阳 110122;3.大连理工大学，辽宁 大连 116024)

近些年来，随着铁路建设快速发展，许多铁路爆破工程面临的环境越来越复杂。尤其在运营铁路增建第二线的建设中，通常会遇有大量的既有线扩堑工程。在该类扩堑工程中，安全拆除紧邻既有线的混凝土片石挡墙较为困难。本文根据采用静态爆破技术成功拆除一段高大混凝土片石挡墙的工程实例，介绍了破拆现场环境要求、爆破关键参数选择、爆破的实施以及控制措施。

1 工程概况

复线铁路一段高边坡扩堑工程，扩堑最大开挖高度25 m，总开挖量19.6万m3，岩石主要为砂岩。既有铁路的原挡墙为混凝土片石挡墙，挡墙长420.0 m，高10.0 m，厚 2.5 m，工程量为10 500 m3，坡度为 1∶0.25。挡墙坡脚下为既有线接触网支柱，往外5 m则为既有铁路线，使挡墙拆除异常困难，现场环境如图1。该挡墙的拆除难点主要表现在:①挡墙紧邻既有线，既要保证既有线的正常运营，又要保证周边建(构)筑物设施的安全，开挖环境极其复杂;②挡墙高度大，坡度陡，开挖时容易产生滚石侵线情况，必须严格控制。一旦发生滚石侵线将作为事故通报;③挡墙完整性好，硬度大，机械拆除困难。

在该段扩堑工程中，确定将内部岩体和外部挡墙分为两个部分，内部岩体利用炸药进行爆破施工，但为防止爆破滚石和飞石侵线，在爆破内部岩体时，要保留外部既有挡墙做为遮挡，当内部岩体开挖干净后，再采用静态破碎的方式开挖外侧挡墙。内部岩体分台阶爆破开挖，外部挡墙也分层开挖，即外部挡墙和内部岩体同步下降，但要落后于内部岩体一到两个开挖循环。在该方案实施过程中，利用静态破碎剂拆除既有挡墙是施工的关键问题。

2 静态爆破技术

2.1 技术原理

静态爆破是近年来发展起来的一种破碎(或切割)岩石或混凝土的新方法，也称为静力破裂或静力破碎技术。它是将一种含有钼、镁、钙、钛等元素的无机盐粉末静态破碎剂，用适量的水调成流动状浆体，直接灌入钻孔中，经水化反应，使晶体变形，随时间的增长产生巨大膨胀压力(径向压应力和环向拉应力)，缓慢地、静静地施加给孔壁，经过一段时间后达到最大值，从而将混凝土或岩石胀裂、破碎。

因为一般被解体的岩石或混凝土均属脆性材料，脆性材料的抗压强度大，抗拉强度小，其抗拉强度远小于抗压强度。岩石的抗拉强度一般为4～10 MPa，混凝土的抗拉强度一般为1.5～3.0 MPa，约相当于其抗压强度的1/10～1/20。而通常静态破碎剂的膨胀压力可达30～50 MPa。所以，合理的破碎设计(装药量、孔径、孔深和孔间距的确定)是能够使孔眼周围的介质受到充分破坏的，只要约束继续存在，破碎剂就有持续产生或残留一定程度的膨胀压力的性质，因而能继续增大或产生新的裂缝。

经测定，在温度为20℃、水与破碎剂之比为0.3∶1.0时，其体积将自由膨胀4倍。

静态爆破的特点有:①施工简单，破碎剂用水拌合后灌入炮孔即可，无需堵塞，不需专业工种;②施工过程安全，炸药爆破时不产生振动、空气冲击波、飞石、噪音、有毒气体和粉尘的危害;③容易控制，需破则破，需留则留，按照要求，通过参数选择可达到有计划的分裂、切割岩石和混凝土的目的;④破碎剂不属于危险物品，因而在购买、运输、保管和使用中不受任何限制。

但静态破碎剂使用有一定的局限性。与炸药相比，能量不如炸药大，且钻孔多，破碎效果受气温和施工人员经验影响较大。在不适宜使用爆破方法的环境中，才能显示出它的优越性。

2.2 参数选择

为提高破碎效果，本挡墙采用对数形式布孔，即离自由面越远，孔的间距越密。布孔参数选择如下:

1)孔径。根据以往的施工经验，结合本工程的特点，确定钻孔直径φ=42 mm。

2)孔深。在相同条件下，孔深大比孔深小更容易使岩石或混凝土开裂，破碎效果好。但是超出需要的深度，陡然增加破碎剂用量和钻孔费用，显然是不经济的。因此，可根据实际需要选择，孔深L=α×H，其中，α为孔深系数，α通常取1.05;H为破碎高度，m。本工程中挡墙与内部岩体同步下降，选择的孔深L与爆破内部岩体所采用的孔深一致，为2.5 m。

3)孔距。孔距越小，开裂越容易，破碎时间也短。但是孔距越密，孔数增多，必然加大施工成本，影响施工进度，最大孔距 a=(P/(βR1)+1)d，其中，a为孔距，cm;P为破碎剂膨胀压力，取30 MPa;R1为岩体的抗拉强度，取6 MPa;β为膨胀系数，取0.5;d为孔径，取4.2 cm。计算出孔距为46.2 cm，a取45.0 cm。

4)排距和最小抵抗线。排距b一般小于孔距a，可取b=(0.6～0.9)a;这里取b=36 cm。最小抵抗线一般为30～50 cm，本工程取40 cm。

5)药量计算

静态爆破与炸药爆破不同，装药需基本填满空孔，用药量可按照空孔总长度计算，并随孔径、孔距而异。破碎剂总用药量可按被破碎岩石体积乘以单位体积耗药量计算，单孔装药量Q=Vq，其中V为破碎岩石或混凝土体积，m3;q为单位体积耗破碎剂量，kg/m3，本工程中q取15 kg/m3。

2.3 爆破实施

2.3.1 实施过程

1)采用SCA破碎剂，水灰比为0.30～0.35，即每袋(重5 kg)破碎剂，加水1.50～1.75 kg。拌制时，先将定量破碎剂倒入塑料容器内，然后缓缓加入定量水，用机械或手工(戴橡胶手套)拌成具有流动性的均匀浆体备用。要求拌匀，拌合时间最多不超过3 min。

2)将拌好的SCA浆体直接倒入炮孔，并用炮棍捣实，并在10 min内灌入完毕。

3)除雨天外，灌孔可不用覆盖，裂缝出现后，可用水浇缝，以加速膨胀压力的发生和裂缝的扩大。

2.3.2 安全控制措施

破碎剂要严格保管，不得与其他材料混装、混用。装运破碎剂不得用有约束的容器，以免雨水侵入，发生喷出、炸裂或出现响声。破碎剂要存放于干燥和通风良好的室内，严防受潮变质。破碎剂要随配随用，一次不宜拌制过多，搅拌好的浆体应尽快装到炮孔内，并应在10 min内用完，时间过长，将明显降低流动度和破碎效果。如流动度丧失，不可继续加水拌合使用。装填炮孔前应检查炮孔干湿程度，对吸水性强的干燥炮孔，应先以净水湿润孔壁，然后装填，以免大量吸收浆体水分，影响水化作用和降低破碎效果。装填炮孔时，操作人员要带防护眼镜，在灌浆到裂缝出现前，不得在近距离直视孔口，以防发生喷出现象，伤害眼睛。破碎剂浆体稍有腐蚀性，工作完毕，应及时洗手和脸，以防刺激皮肤。如药液碰到皮肤要立即用水冲洗。

2.4 爆破效果

实施静态爆破后，既有挡墙上产生了多条裂隙，裂而不散，利用挖掘机将裂开的挡墙岩体拖入远离既有线的安全地带，实施二次破碎后装车运走，对既有线的运营未产生任何安全影响;同时，采用静态破碎剂对坚硬的混凝土挡墙进行破碎，施工中无振动、无冲击波、无飞石，保证了施工工期，取得了较好的效果。

3 结语

静态爆破是近年来发展起来的一种新型、安全的爆破技术，它以其优越的性能在各个领域中得到迅速的推广与应用，特别是在一些对爆破具有特殊限制的区域或行业更能体现出优越性。在紧邻既有铁路的复杂环境下，采用静态爆破技术成功拆除上万立方米的既有挡墙，未对既有铁路和周边环境造成安全影响，这为今后的同类爆破施工提供了良好的借鉴经验。

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