不同孔径静力爆破效果的探讨

张超

摘 要：静力爆破技术是近年来发展起来的一种新的破碎或切割岩石的方法，选择合适的孔径进行静力爆破，不但能实现缩短工期目标，也产生良好的经济效益。

关键词：静力爆破；不同孔径；经济效率

引言

随着现代静力爆破工艺的不断发展，静力爆破工程应用中常使用φ40mm的孔径进行，也有尝试用φ76mm、φ50mm孔径，到底在哪种情况下使用何种孔径效率、性价比最高。结合江门市迎宾西路建设工程路基石方高边坡静力爆破这一工程实例，通过现场使用三种不同的孔径进行静力爆破，得到实践数据，对实践结果进行简要的探讨。

1 工程概况

1.1 工程环境及方案选择

为确保迎宾西路按照江门市交通大会战各重点项目通车时间目标、并与江门大道实现同步通车，缓解现有江杜路、龙湾收费站交通压力。江门市迎宾西路建设工程高边坡静力爆破地点主要集中在K1+796～K2+580段，岩石主要以花岗混合岩为主，临近杜阮水利局所属钳口水库大坝、检修房、值班房；新建钳口水库大桥，康宁食品厂、贝丽纸厂、南方电网厂区、江门协力厂及新建办公楼等建筑设施及厂区，最近的贝丽纸厂、江门协力厂及新建办公楼仅40m，环境复杂，业主方倾向于不采用常规控制爆破，考虑到现阶段政策上不需要使用液态二氧化碳为主的易制爆气爆法，决定采用膨胀剂为主材的静力爆破来实现工程目的。

1.2 静力爆破的工艺原理

孔形成后灌静态爆破剂，在静态爆破剂的作用下使岩石涨裂、产生裂缝，再使用冲击锤或风镐解小、破除，从而达到开挖的目的。静态爆破剂的破碎机理：静态爆破剂是以特殊硅酸盐、氧化钙为主要原料，配合其他有机、无机添加剂而制成的粉末状物质，典型的化学反应式为：

CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×104J

当氧化钙变成氢氧化钙时，其晶体结构发生变化，会引起晶体体积的膨胀。根据测定，在自由膨胀的前提下，反应后的体积可增长3至4倍，其表面积也增大近100倍，同时每摩尔还释放出6.5×104J的热量。如果将它注入炮孔内，这种膨胀受到孔壁的约束，压力可上升到50Mpa，介质在这种压力作用下会产生径向压缩应力和切向的拉伸应力。

2 施工方案

2.1 钻孔参数

根据现场实际情况，尽可能多根据不同临空面，采取不同的布孔方法，本工程中由于前期使用机械开挖施工，已经形成了简易的台阶。这种情况下，设计采用垂直布孔方式，垂直钻孔可以有效保证与临空面平行。该岩石主要为混合花岗岩，岩石坚固性系数f值8～15。根据岩石的坚硬程度设计参数如下图1。

钻头完成后孔内余水、余渣用高压风吹洗干净，孔口旁应干净无土石渣，待孔壁温度降到常温后方可装药。

2.2 装药

静力爆破装药施工的顺序及时间尤为重要。一般采用“同步操作，少拌勤装”的方式进行，各装药小组在取药、加水、拌和、装药过程中要做到基本同步，以达到每个孔内药剂的最大膨胀压同期出现的效应。

在静力破碎剂中加入22～32%（重量比）左右的水拌成流质液态后，迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态。每次装填药剂，都要观察确定岩石、药剂、拌和水的温度是不是符合要求，灌装过程中已经开始发生化学反应的药剂（表现开始冒气和温度快速上升）不允许装入孔内，从药剂加入拌合水到灌装结束，整个过程不能超过5 分钟。

3 开裂效果的比较

裝药完成后，就是静力破碎剂晶体开始破碎，体积缓慢膨胀，这种膨胀受到孔壁的约束，压力上升，岩石在这种压力作用下会产生径向压缩应力和切向的拉伸应力，从而使岩石开裂。

φ76mm孔径静力爆破：由于φ76mm孔径比较大，炮孔体积大，装药量多，静力破碎剂从开始反应到产生裂隙需要时间13小时，产生裂隙至完全反应则需要16小时，静力破碎剂反应时间较长，开裂缝隙比较大，效果较好。

φ50mm孔径静力爆破：由于φ50mm孔径较φ76mm小，炮孔较小，静力破碎剂从开始反应到产生裂隙需要时间8小时，产生裂隙至完全反应则需要10小时，反应时间比φ76mm短，开裂缝隙较大，效果好。

φ40mm孔径静力爆破：由于φ40mm孔径最小，炮孔体积也最小，静力破碎剂从开始反应到产生裂隙需要时间6小时，产生裂隙至完全反应则需要8小时，反应时间最短，开裂缝隙较大，效果好。

3 经济效益的比较

在环境条件及工期等限制的情况下，采用高效的静力爆破技术（预爆破形成贯通裂缝）并结合机械拆除的施工方式成为首选，不但能实现缩短工期目标，也产生良好的经济效益。

以本工程为例，三种孔径静力爆破的经济效益：

φ76mm孔径静力爆破：总孔数约40 个（孔深2m）。人工成孔单价为60元/个，成孔费用为40个×60元/个=2400元；静力破碎剂约9kg/m，总重量为：18kg/个×40个=720kg；静力破碎剂单价为2.5元/kg，该项费用为2.5元/kg×720kg×1.1（损耗率）=1980 元，以上费用合计为4380 元。

φ50mm孔径静力爆破：总孔数约48 个（孔深2m）。人工成孔单价为40元/个，成孔费用为48个×40元/个=1920元；静力破碎剂约6kg/m，总重量为：12kg/个×48个=576kg；静力破碎剂单价为2.5元/kg，该项费用为2.5元/kg×576kg×1.1（损耗率）=1584 元，以上费用合计为3504元。

（3）φ40mm孔径静力爆破：总孔数约60个（孔深2m）。人工成孔单价为36元/个，成孔费用为60个×36元/个=2160元；静力破碎剂约4kg/m，总重量为：8kg/个×60个=480kg；静力破碎剂单价为2.5元/kg，该项费用为2.5元/kg×480kg×1.1（损耗率）=1320 元，以上费用合计为3480元。

综上，当仅考虑钻孔和静力破碎剂成本时，φ76mm孔径静力爆破最高，φ50mm和φ40mm孔径相差不大。

4 综合比较结果

三种孔径综合比较：φ76mm孔径静力爆破成本最高，比其它两种孔径高出约25%，岩石开裂时间最长；φ50mm和φ40mm孔径成本相差不大，岩石开裂时间前者比后者略长。由于工地现场的条件限制，液压钻机无法在高边坡条件下快捷施工，φ40mm孔径比φ76mm、φ50mm操作更加方便，从成本、开裂时间、现场环境三个因素来比较，使用φ40mm孔径静力爆破效益最大，最适合本工程。

5 结语

在路基建设项目中，特殊情况和环境下不允许使用常规爆破来破碎岩石时，如何选择合适的孔径进行静力爆破，对缩短施工工期，降低工程施工成本。通过在江门市迎宾西路建设工程路基石方高边坡静力爆破的成功应用，表明静力爆破在一定条件下具有相当明显的优越性，它既保证了安全要求，还一定程度上降低了施工成本。

由于操作和环境等诸多客观因素的影响，静力爆破也有其局限性。这就要求工程技术人员在施工中针对不同的爆破对象，不同的环境、安全、工期要求，选用最适宜孔径的爆破方案和爆破工艺。

参考文献

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[3]建筑施工手册（第五版）编委会.建筑施工手册（第五版）北京：中国建筑

工业出版社，2013

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