趙一遠(yuǎn)

[貴陽城市發(fā)展投資（集團(tuán)）有限公司,貴州 貴陽 550001]

0 引言

道路工程項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)，路基石方開挖是項(xiàng)目基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，石方破碎需要大量的人力，人工成本高且影響項(xiàng)目工期及進(jìn)度[1]。巖石破碎的常見方法包括人工破除法、靜態(tài)脹裂劑爆破法、機(jī)械破碎法、爆破法等，不同工藝應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目要求、工期時(shí)限、地質(zhì)特征等優(yōu)化選擇。機(jī)械破碎法多用于大塊石頭的直接二次破碎，山體鑿除工藝中機(jī)械破碎法被廣泛應(yīng)用[2-3]。機(jī)械破碎法對堅(jiān)硬青石巖的破碎效果可觀，但該技術(shù)噪聲大、揚(yáng)塵明顯、效率低，會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定影響[4]。爆破法是路基石方破碎的最佳工藝之一，具有經(jīng)濟(jì)性突出、效率高的特點(diǎn)，但是在復(fù)雜施工環(huán)境下不適用。靜力爆破工藝是一種新型爆破技術(shù)，噪聲小且不產(chǎn)生振動(dòng)、粉塵，可在機(jī)械破碎條件不成熟或無法直接應(yīng)用炸藥爆破的施工環(huán)境下應(yīng)用[5]。

1 工程概況

某環(huán)城路改造擴(kuò)建項(xiàng)目以城市發(fā)展規(guī)劃為基礎(chǔ)，將原二級(jí)公路擴(kuò)展為城市主干道，道路兩側(cè)商鋪、居民樓、山體等大量存在，石方破除工藝難度大且線路交通任務(wù)繁重，封路集中區(qū)域石方爆破條件受限，且爆破施工需一系列程序花費(fèi)大量時(shí)間，項(xiàng)目進(jìn)度要求高。綜合分析后確定了靜力爆破技術(shù)作為路基石方破碎的工藝。

2 巖石靜力爆破原理

靜力爆破即借助設(shè)備于巖石鉆孔后注入靜力爆破劑，借助靜力爆破劑的膨脹作用使巖石破裂從而達(dá)到碎石效果[6]。

（1）靜力爆破劑是一種以氧化鈣為主的高溫煅燒后形成的無機(jī)化合物，該材料與水混合后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并有較強(qiáng)的膨脹性能，其為粉狀材料，也被稱為無聲破碎劑。靜力爆破劑不屬于危險(xiǎn)品范疇，無需在公安部門備案或辦理爆破施工許可手續(xù)，可通過正規(guī)手續(xù)購買、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、保管、使用。

（2）靜力爆破劑為無機(jī)鹽粉末，主要成分包括鐵、鎂、銅、鋁、硅、鈣、磷等，與適量水混合成漿液后可直接打入巖石孔道內(nèi)，與水反應(yīng)后藥劑粉末溫度升高并產(chǎn)生膨脹力。該膨脹力作用于炮孔孔壁，在孔壁的約束作用下膨脹力逐漸升高，最高壓力可達(dá)50 MPa，并于孔壁產(chǎn)生軸向應(yīng)力，該應(yīng)力值超過介質(zhì)抗拉強(qiáng)度后巖石出現(xiàn)裂縫，并最終導(dǎo)致巖石破碎。

（3）巖石孔道內(nèi)注入膨脹劑后，半小時(shí)開始出現(xiàn)裂縫，巖石孔道施工中需控制其孔徑、孔距、排距以產(chǎn)生最佳的裂變效果，使巖石破碎程度達(dá)到施工要求。巖石靜力爆破技術(shù)施工簡單，無需特種作業(yè)人員參與即可完成，設(shè)備材料簡便易獲取，爆破劑非特殊管制品種，市場上可以買到。靜力爆破技術(shù)工藝需對目標(biāo)巖石進(jìn)行大量鉆孔，巖石開裂效果難以控制，且周圍環(huán)境溫度等因素會(huì)對開裂效果產(chǎn)生影響[7]。

（4）現(xiàn)場測定結(jié)果顯示，巖石靜力爆破能使藥劑體積膨脹度達(dá)4 倍，表面積倍增可達(dá)100 倍，使用炮孔的情況下，膨脹壓力最高可達(dá)50 MPa。

3 膨脹壓力試驗(yàn)測定

使用膠水將電阻應(yīng)變片張貼在鋼管上，用導(dǎo)線與電阻應(yīng)變片的引出線連接，隨后將鋼管置于塑料袋內(nèi)置入水槽中，詳見圖1 所示。對電阻應(yīng)變儀進(jìn)行數(shù)值校對，取出靜力爆破劑1 000 g 與適量水混合均勻，放入攪拌機(jī)中攪拌，將攪拌均勻的漿液置入鋼管內(nèi)并用鋼釬搗實(shí)，測定應(yīng)變量εθ并計(jì)算膨脹壓力P：

圖1 電阻應(yīng)變片粘貼圖（單位：mm）

式中，Es——鋼管彈性模量，取值為2.06×105MPa；P——膨脹壓力；K——鋼管外徑內(nèi)徑比，標(biāo)準(zhǔn)管徑鋼管該值為1.2；εθ——鋼管圓周方向應(yīng)變量，υ=0.3εθ=1‰，P=53.3 MPa。

4 靜力爆破施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 靜力爆破所需設(shè)備

靜力爆破施工中需要準(zhǔn)備的設(shè)備和材料包括鉆頭、水管、量筒（容量100 ml）、電子秤、水桶、塑料桶、漏斗、防護(hù)眼鏡、防護(hù)手套（高袖橡膠材質(zhì)）、口罩、毛巾、空壓機(jī)、鑿巖機(jī)、鋼釬、吹風(fēng)管(Φ25 mm 鋼管)、水瓢、全站儀、水準(zhǔn)儀[8]。

4.2 靜力爆破工藝操作的主要技術(shù)要點(diǎn)

石方爆破前，根據(jù)工藝規(guī)范于大方量巖石表面打孔，確?？讖?、孔距、孔深、排列合規(guī)，機(jī)械鉆孔后將混合均勻的靜力爆破劑置入鉆孔內(nèi)，在靜力爆破劑的作用下產(chǎn)生膨脹力使巖石膨脹破裂，利用炮頭機(jī)破解巖體，為地基開挖提供便利。以下是靜力爆破工藝施工環(huán)節(jié)需控制的技術(shù)要點(diǎn)：

（1）靜力爆破工藝流程如圖2 所示。

圖2 施工工藝流程

（2）現(xiàn)場地質(zhì)勘測。根據(jù)氣候條件確定靜力爆破劑用量、用水溫度、藥劑溫度等指標(biāo)，操作前確定各設(shè)備齊全。

（3）設(shè)計(jì)布孔。根據(jù)石方尺寸進(jìn)行合理布孔，確保每孔處石方保留一個(gè)以上臨空面，孔道需與之平行，控制孔道間距在50 cm，孔道排距50 cm，逐排布孔，根據(jù)巖石情況確定鉆孔深度，一般情況下鉆孔深度在2 m左右。

（4）鉆孔。靜力爆破前，將巖石周邊雜物和碎石清理干凈，并結(jié)合巖石情況確定爆破深度，即鉆孔需達(dá)到巖體下2 m 左右，鉆孔進(jìn)深以巖石破碎體85%高度為宜，孔道內(nèi)靜力爆破劑填充緊實(shí)，裝藥深度需與孔深保持一致。鉆孔需保持合理直徑，結(jié)合巖石大小確定孔徑，孔徑過小無法發(fā)揮出靜力爆破劑的膨脹作用，孔徑過大則容易出現(xiàn)沖孔現(xiàn)象。結(jié)合項(xiàng)目需求和施工經(jīng)驗(yàn)，選定鉆孔直徑為42 mm，鉆孔施工完畢后，使用空壓機(jī)注入鉆孔高壓氣體沖刷鉆孔內(nèi)水分或鉆渣等，清潔干凈后方可注入靜力爆破劑。

（5）鉆孔多垂直或斜向鉆入，按照質(zhì)量比30%摻入拌和水使靜力爆破劑調(diào)和成流塑狀，隨后置入鉆孔內(nèi)。靜力爆破劑制備粉末需保持水灰比在0.32 左右，以發(fā)揮出最佳膨脹效果?？椎牢挥谒椒较蛘撸梦阅芡怀龅睦w維袋將藥劑裝入孔道內(nèi)，藥劑及纖維包裝袋裝入深度約為孔道深度90%。裝入前將藥劑及包裝袋于凈水中放置30～60 s，按照“集中浸泡、充分吸水、依次填塞、分層搗實(shí)”的原則將其逐層放入孔道內(nèi)?；蛘咧苯訉㈧o力爆破劑攪拌均勻形成流塑狀，并以泵機(jī)輸送至孔道內(nèi)，距離孔道上源10 cm 以黃泥密封[9]。

（6）巖石出現(xiàn)裂縫后向裂縫中注水，使藥劑反應(yīng)更充分以提升其膨脹效果。

（7）以“分段分層依次破除”原則對大面積巖石破碎，按照現(xiàn)場巖石分布情況進(jìn)行段落式鉆孔，從一側(cè)開始，依次每次一排鉆孔，完工后向另一側(cè)進(jìn)展，第一排完全裝藥后，待藥劑充分反應(yīng)進(jìn)入下一排裝藥。每次施工均按照排孔裝藥，進(jìn)行單排孔施工，根據(jù)施工現(xiàn)場情況拌藥，提高其準(zhǔn)確性。施工環(huán)節(jié)確保取藥、加水、拌和、鉆孔等工藝有序進(jìn)行，每排孔道的裝藥時(shí)間需保持一致，確保單排孔的藥劑膨脹同期出現(xiàn)，以產(chǎn)生最大的膨脹力，保證巖石破碎效果。

（8）藥劑灌裝過程中需嚴(yán)格控制溫度指標(biāo)，觀測藥劑、拌和水溫度是否達(dá)標(biāo)，灌裝前已經(jīng)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的藥劑不得貫入孔道內(nèi)，藥劑出現(xiàn)冒氣或溫度快速升高，則表明已經(jīng)出現(xiàn)了反應(yīng)。灌裝操作應(yīng)迅速，藥劑拌和、灌入孔道、現(xiàn)場試驗(yàn)檢測需在5 min 內(nèi)完成。

（9)控制藥劑反應(yīng)時(shí)間。藥劑反應(yīng)時(shí)間過短可能導(dǎo)致沖孔現(xiàn)象，對現(xiàn)場施工人員造成危害，需將藥劑反應(yīng)時(shí)間控制在10～30 min 內(nèi)。藥劑反應(yīng)時(shí)間越長，溫度升高越明顯且膨脹效果越好，巖石孔道內(nèi)壓力越大。為使藥劑反應(yīng)時(shí)間符合方案規(guī)定，可在藥劑拌和水中加入0.5%～6%的抑制劑或?qū)Π韬退疁囟葒?yán)格控制。一般情況下，夏季環(huán)境溫度高，需在低溫條件下放置藥劑，避免暴曬導(dǎo)致藥劑提前反應(yīng)，拌和水的溫度需控制在15 ℃以下，而冬季則需提高拌和水溫度或在藥劑拌和水中加入促發(fā)劑，提高化學(xué)反應(yīng)效率。應(yīng)根據(jù)目標(biāo)巖石大小、硬度等合理選擇靜力爆破劑，不同型號(hào)的靜力爆破劑膨脹效果存在差異，不得在施工中混用。

（10）打孔與裝藥應(yīng)同步，避免一邊打孔一邊裝藥，按照單排孔裝填的工序進(jìn)行操作，一邊裝填完畢后方可對另一排孔道進(jìn)行填充。打孔完畢后需使用空壓機(jī)向孔道內(nèi)吹入高壓空氣清洗內(nèi)壁，孔道內(nèi)恢復(fù)常溫后方可灌入藥劑，灌裝完畢后進(jìn)行封口[10]。

（11）炮孔填裝之前需進(jìn)行干濕度檢測，如炮孔過于干燥，以凈水沖洗后裝填，嚴(yán)格控制濕度與溫度指標(biāo)，避免大量漿體水分影響水灰比，對靜力爆破劑的膨脹效果產(chǎn)生影響。

（12）在靜力爆破劑運(yùn)輸過程中需避免雨水，表面覆蓋防雨設(shè)備，同時(shí)避免暴曬，開封后，需一次性用完。若用藥量有限，無法一次用完，則需將袋口封緊避免空氣進(jìn)入，膨脹劑查驗(yàn)合格后方可使用，單獨(dú)存放避免與其他材料混放。藥劑拌和過程中需全程佩戴橡膠手套、口罩，如藥劑反應(yīng)過于迅速或現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)溫度升高過快，停止作業(yè)并將藥劑拋棄。按規(guī)范要求裝藥后，應(yīng)由專人進(jìn)行現(xiàn)場看護(hù)，嚴(yán)格控制技術(shù)指標(biāo)，禁止無關(guān)人員入場。炮孔填充環(huán)節(jié)，操作人員需佩戴橡膠手套和防護(hù)眼鏡，裂縫前不得通過孔道口向內(nèi)部觀看，防止藥劑膨脹導(dǎo)致漿液外濺損傷眼鏡。盡量避免操作中皮膚裸露，及時(shí)清洗避免藥劑損傷皮膚。

（13）完成靜態(tài)爆破后，巖石會(huì)裂解形成體積較大的塊狀石頭，難以直接搬運(yùn)和運(yùn)輸，可采用炮錘式挖掘機(jī)將石塊破碎至合理尺寸，并借助挖掘機(jī)和自卸汽車將石料運(yùn)輸至施工現(xiàn)場備用。

4.3 施工階段安全、環(huán)保措施

（1）建立安全管控小組，實(shí)施三級(jí)安全教育機(jī)制?，F(xiàn)階段，很多項(xiàng)目建設(shè)在安全教育建設(shè)方面存在疏漏，缺乏針對性，存在形式化問題。為提高安全教育的效果，應(yīng)加強(qiáng)對三級(jí)安全教育的重視，成立專門的安全教育小組，并有針對性的展開對不同工種、工序的安全教育學(xué)習(xí)。

（2）做好安全培訓(xùn)工作。目前，許多項(xiàng)目建設(shè)管理人員的專業(yè)素養(yǎng)還有待加強(qiáng)，安全知識(shí)儲(chǔ)備欠缺，許多專職的安全管理人員也存在著工作經(jīng)驗(yàn)不足，在實(shí)際施工過程中難以辨別風(fēng)險(xiǎn)源，無法對風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。因此，應(yīng)加強(qiáng)對專職安全人員的培訓(xùn)，提升專業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)能力，培養(yǎng)能夠靈活應(yīng)對各種動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)性人才。強(qiáng)化安全培訓(xùn)的體系管理及執(zhí)行力度，進(jìn)一步促進(jìn)安全人員執(zhí)行力的提升，將有關(guān)制度落到實(shí)處。

（3）為保障安全監(jiān)督檢查的效果，應(yīng)由安全生產(chǎn)負(fù)責(zé)人做好人員的分配工作，在施工現(xiàn)場配備有責(zé)任心的專業(yè)的安全員，提高安全監(jiān)督水平，進(jìn)一步掌握施工現(xiàn)場的具體情況，避免可能存在的安全隱患。

（4）依據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，制定環(huán)保管理預(yù)案，及時(shí)更新自身的知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)習(xí)國家及地方層面不斷更新發(fā)布的環(huán)保法規(guī)、制度，創(chuàng)建環(huán)保施工的企業(yè)文化氛圍，將環(huán)保理念貫穿于項(xiàng)目施工管理的全過程。

5 結(jié)論

環(huán)城公路改造工程項(xiàng)目周圍環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)多次方案優(yōu)化對比后，確定了靜力爆破方案進(jìn)行環(huán)城路路基石方爆破，該方案施工便捷且風(fēng)險(xiǎn)小，不影響周邊環(huán)境，項(xiàng)目如期開展且施工成本有效降低。該工藝相比于傳統(tǒng)機(jī)械石方破除工藝，經(jīng)濟(jì)效益良好且實(shí)現(xiàn)了施工工序優(yōu)化，可在復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用，為同類工程路基石方破除提供了新的參考。