静态爆破技术在石质路堑施工中的应用分析

孟建创

摘要： 静态爆破技术具有普通炸药爆破不具备的适用范围广、安全性能高、扬土少等优点。特别是在安全性能上，它更加具有优势。本文结合新建连镇铁路工程实际，阐述了静态爆破技术的施工工艺及操作要点，并评述了该技术实践应用的效果，为同类工程的施工提供了经验借鉴。

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.

关键词： 铁路；石质路堑；静态爆破；效果

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

中图分类号：U445.53 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）19-0117-03

0 引言

当新建铁路设计路线要从村镇附近经过，并且碰到石质路堑需要进行爆破开挖施工时，怎样保障临近民居建筑及人民群众的生命财产安全，防止产生不必要的事故，营造文明和谐的施工环境，是铁路建设者要面对的问题。本文结合新建铁路石质路堑爆破工程实例，介绍了静态爆破技术的实际应用方法与效果。

1 工程概况

新建连镇铁路全长约305km，设计运营速度250km/h，北起连云港市，向南经扬州市，跨长江后接于镇江市。该铁路主要承担区域内南北方向客运任务，被喻为江苏高速铁路网的脊梁骨，打通了广袤无垠的苏北、苏中、苏南的交通瓶颈。

新建连镇铁路工程八标一分部终点路基段起讫里程为DK299+733～DK300+968.9，前接丁岗特大桥，后接雩龙路特大桥，总长度为1235.9m。其中，DK299+963～DK300+944为路堑挖方段，总长度为981m，该挖方段内DK300+060～DK300+775石质路堑，总长度为715m，原设计采用光面爆破施工，爆破深度0～12.2m不等。

该段石质路堑施工区南侧便是有八十多户百姓的邓家缺村，且老旧房屋较多，房屋基础大部分为砖石砌筑，抗震性差，村民上访事件不断，时有阻工现象发生，极易对社会稳定造成影响。经过相关专业评估单位进行爆破安全及可行性评估后，并经设计院变更优化，最终选择采取静态爆破技术进行施工。

需静态爆破区段北侧为已整治绿化的原马湾采石场宕口，距离施工区172m北偏东有一工厂；东偏北110m处有一处砖瓦结构民房；东南角64m处有一庙宇；南侧为邓家缺村，与静态爆破区最近民房为22m。（图1～图2）

2 地质概况

根据地质勘查钻探揭示，该路堑地段地层岩性分布情况主要为：

⑦13：弱风化泥质粉砂岩（D3w），灰黑色，Ⅳ级软石，σ0=600kPa。

⑨11：全风化白云质灰岩（Z2d），黄褐色，Ⅲ级硬土，σ0=260kPa。

⑨12：强风化白云质灰岩（Z2d），灰白色，IV级软石，σ0=400kPa。

⑨13：弱风化白云质灰岩（Z2d），灰白色，VI级坚石，σ0=1200kPa。

⑩11：全风化花岗岩（γ5），黄褐色，Ⅲ级硬土，σ0=300kPa。

⑩12：强风化花岗岩（γ5），灰色，IV级软石，σ0=600kPa。

其中⑦13、⑨13和⑩12岩层数量居多，厚度1.3m～6.8m不等，需静态爆破石质数量约24000m3。

3 静态爆破原理

静态爆破技术的原理主要是利用装在岩层已钻孔中的静态破碎剂水溶液发生水化反应，使破碎剂的晶体变形，发生体积膨胀效应，从而缓慢地将膨胀压力（最大可达50MPa）施加给孔壁，历经一段时间后达到最大值，当膨胀压力大于岩层的抗压强度时，岩层开始破碎并生成龟裂缝隙及位移解体。

静态破碎剂，是一种能使得岩石破裂的粉状工程施工材料。它的主要成份是CaO（氧化鈣），还含有部分按一定比例要求掺入的催化剂。

典型的化学反应式为：

CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×104J

式中：CaO——氧化钙；

H2O——水；

Ca（OH）2——氢氧化钙；

J——焦（热量单位）。

4 工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

施工准备（人、材、机等）→测量定位→工艺试验（选择破碎剂及钻孔参数）→布孔→钻孔→配药装药→养生→药剂反应及清渣→进入下一层循环施工。

4.2 操作要点

首先根据相关规范要求，选择不同的设计参数进行工艺性试验，然后在岩石上钻孔清孔，拌制一定水灰比的破碎剂溶液并灌装进孔中，凭借产生的膨胀力使目标岩石产生裂缝，再用炮头机凿除外运，从而达到使岩石碎解的目的。

4.2.1 测量定位

首先测设出实施静态破碎的的准确范围，并根据测量放样标出路基开挖边线，将开挖范围内的障碍物拆除。

然后采用挖掘机进行清表工作，炮头机凿除松散岩石，同时挖除路基边坡遗留的孤石，以使施工作业能安全顺利地进行。

最后根据各设计断面的实测标高，将边桩放测在挖方断面的坡顶位置上，确定出开挖断面的边桩，边桩上注明里程、挖深，在距边桩一定距离以外加设护桩，以备边桩破坏后及时恢复，同时导线点、水准点须设特殊标识予以保护，以免施工中遭到破坏。

4.2.2 工艺试验

首先在静态破碎区域内选取3个试验区段，每个区段面积1m2，组织进行工艺试验，以3天内的效果决定最终的参数选取。

根据相关规范要求，此次选择的工艺性试验参数如表1。

通过现场三种不同参数的工艺性试验及各自的效果，可以清楚看出，孔距20cm的膨胀破碎效果最好，所以最终确定施工布眼参数如下，孔径40mm，孔深1.5m，排距20cm，孔距20cm，装药量25kg/m3。

4.2.3 定点布孔

在布孔前首先应确定至少有一个以上的自由面，钻孔方向尽可能做到与临空面平行，自由面越多，单位碎石量就越大，经济效益也更可观。定点布孔时同一排钻孔应尽可能保持在一个平面上。

根据已选定的施工参数，每1m2范围内，共有5×5=25个孔。

4.2.4 钻孔清孔

钻孔直径与静态爆破效果有直接的关系，钻孔太小，则不利破碎剂充分发挥作用；钻孔太大，容易出现冲孔，并且孔口将难以封堵。故采用？准40mm钻孔直径。钻孔内的钻渣应使用高压风机吹洗干净，保持孔口旁边干净无渣。

钻孔深度为目标岩体的80%～90%。实际踏勘爆破区域后，发现多数为大体积需分步破碎的岩石，钻孔深度根据施工要求选取，一般宜为1～2m。装药深度为选定孔深的100%。根据现场实际的施工条件，决定选择钻孔深度为1.5m。（图5-图6）

4.2.5 配药装填

方向朝下或者朝下倾斜的钻孔，可在破碎剂中加入0.22～0.32（重量比）左右的水拌合成流质状态后，迅速装入孔内并确保药剂充填密实。

粗颗粒药剂的水灰比调整到0.22～0.25（重量比）时，其流动性较好；细粉末药剂的水灰比调整到0.32（重量比）左右时流动性较好。向下充填捣实较为方便，如果施工条件允许，采用“由上到下，分层破碎”的工法，方便工人施工。（图7）

4.2.6 养生

岩石刚开裂后，可以向裂缝中加水，以使药剂持续反应，可获得更好效果。

4.2.7 施工控制

静态爆破应采用“同步操作，少拌勤装”的方式进行操作。即：每组工人在操作过程中负责装孔的孔数不能太多，每次拌药量也不能超过实际能完成的工作量。各灌装小组在取药、加水、拌合、灌装过程中应尽量保持同步，这样可以让每个孔内产生的破碎剂膨胀压力基本是同期出现，有利于破碎目标岩石。

每次灌装破碎剂，都应仔细观察岩石、药剂、拌合水的温度是不是符合要求。灌裝过程中，已经开始水化反应的药剂（出现冒气和温度快速上升状况）不允许装入孔内。从药剂加入拌合水到灌装结束，时间不能超过五分钟。

静态破碎剂药剂反应的快慢与温度密切相关，温度越高，反应时间越快。故实际操作中，必须控制药剂反应时间，第一种办法是在拌合水中加入抑制剂，另一种办法是严格控制拌合水、药剂和岩石的温度。

夏季气温较高，破碎前应遮挡目标岩石，药剂应存放在低温环境，并将拌合水控制在15℃以下。抑制剂加入浸泡药剂（卷）的拌合水中，加入量为拌合水的0.5%～6%。

冬季气温较低，破碎前应加入促发剂和加热拌合水。拌和水温最高不得超过50℃。反应时间一般控制在30～60min较好，条件较好的施工现场可根据实际情况缩短反应时间，以利于施工进度的控制。

4.2.8 坡面破碎控制

岩石边坡不宜超挖。应采取从开挖面往下分段整修措施，向下每挖2～3m，应进行刷坡处理，同时清除松动石块，保证边坡上无松石和危石。

坡面处钻孔破碎时，根据现场工艺试验效果，在垂直于设计坡面1m范围内，孔距应适当加密，参数选择如下：孔深1.0m、孔距10cm、排距20cm、装药量25kg/m3。

边坡坡面欠挖部分必须做凿除处理，而超挖部分应采用无机结合料稳定碎石或级配碎石填平碾压密实，严禁用细粒土找平。

4.2.9 效果及优缺点分析

本段路基石质路堑段开挖，采用静态爆破技术后既解决了扰民问题，同时收到了不错的效果，通过充分调配各项资源，工期进度同样得到了保证。

相比于严格的控制爆破工法，使用静态破碎剂的静力爆破法具有以下优点：①管理环节少，效益高。②操作简单、安全，流水施工，工期较短。③提高石材荒料成材率3～4倍。④环保、安全。施工过程中无震动、无飞石、无噪声、无毒、无污染。静态破碎剂不属于危险品，无重大公害，在购买、运输、保管中无任何限制，无须审批即可使用。⑤使用方便，具有裂缝可控性。一般装药后半个小时左右即可出现裂缝。按破碎要求，设计适当的孔径、孔距、角度，能够达到设计精准的分裂、切割目标岩石。⑥在不适于炸药爆破环境及爆破准许困难的条件下，更显其优越性。

当然静态爆破也有其缺点：①虽然适用范围广，但是布孔钻孔量大，施工时间较长，在工期紧俏情况下，需要大量资源投入；②造价较高。

5 结束语

根据现场实际调查情况，本工程石质路堑开挖地段，采用静态破碎剂爆破法能确保文明施工达标，施工工程中无震动、无飞石、无噪声、无毒、无污染，充分保障了周围民居建筑的安全和人民群众的人身及财产安全，避免了产生不必要的群众事件，为类似工程的施工提供了借鉴和依据。

参考文献：

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