靜態(tài)爆破技術(shù)在拆除既有鐵路擋墻中的應(yīng)用

閆 煦，寧 波，周 博

(1.沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧沈陽 110168;2.遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽 110122;3.大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116024)

近些年來，隨著鐵路建設(shè)快速發(fā)展，許多鐵路爆破工程面臨的環(huán)境越來越復(fù)雜。尤其在運(yùn)營鐵路增建第二線的建設(shè)中，通常會(huì)遇有大量的既有線擴(kuò)塹工程。在該類擴(kuò)塹工程中，安全拆除緊鄰既有線的混凝土片石擋墻較為困難。本文根據(jù)采用靜態(tài)爆破技術(shù)成功拆除一段高大混凝土片石擋墻的工程實(shí)例，介紹了破拆現(xiàn)場環(huán)境要求、爆破關(guān)鍵參數(shù)選擇、爆破的實(shí)施以及控制措施。

1 工程概況

復(fù)線鐵路一段高邊坡擴(kuò)塹工程，擴(kuò)塹最大開挖高度25 m，總開挖量19.6萬m3，巖石主要為砂巖。既有鐵路的原擋墻為混凝土片石擋墻，擋墻長420.0 m，高10.0 m，厚 2.5 m，工程量為10 500 m3，坡度為 1∶0.25。擋墻坡腳下為既有線接觸網(wǎng)支柱，往外5 m則為既有鐵路線，使擋墻拆除異常困難，現(xiàn)場環(huán)境如圖1。該擋墻的拆除難點(diǎn)主要表現(xiàn)在:①擋墻緊鄰既有線，既要保證既有線的正常運(yùn)營，又要保證周邊建(構(gòu))筑物設(shè)施的安全，開挖環(huán)境極其復(fù)雜;②擋墻高度大，坡度陡，開挖時(shí)容易產(chǎn)生滾石侵線情況，必須嚴(yán)格控制。一旦發(fā)生滾石侵線將作為事故通報(bào);③擋墻完整性好，硬度大，機(jī)械拆除困難。

在該段擴(kuò)塹工程中，確定將內(nèi)部巖體和外部擋墻分為兩個(gè)部分，內(nèi)部巖體利用炸藥進(jìn)行爆破施工，但為防止爆破滾石和飛石侵線，在爆破內(nèi)部巖體時(shí)，要保留外部既有擋墻做為遮擋，當(dāng)內(nèi)部巖體開挖干凈后，再采用靜態(tài)破碎的方式開挖外側(cè)擋墻。內(nèi)部巖體分臺(tái)階爆破開挖，外部擋墻也分層開挖，即外部擋墻和內(nèi)部巖體同步下降，但要落后于內(nèi)部巖體一到兩個(gè)開挖循環(huán)。在該方案實(shí)施過程中，利用靜態(tài)破碎劑拆除既有擋墻是施工的關(guān)鍵問題。

2 靜態(tài)爆破技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

靜態(tài)爆破是近年來發(fā)展起來的一種破碎(或切割)巖石或混凝土的新方法，也稱為靜力破裂或靜力破碎技術(shù)。它是將一種含有鉬、鎂、鈣、鈦等元素的無機(jī)鹽粉末靜態(tài)破碎劑，用適量的水調(diào)成流動(dòng)狀漿體，直接灌入鉆孔中，經(jīng)水化反應(yīng)，使晶體變形，隨時(shí)間的增長產(chǎn)生巨大膨脹壓力(徑向壓應(yīng)力和環(huán)向拉應(yīng)力)，緩慢地、靜靜地施加給孔壁，經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到最大值，從而將混凝土或巖石脹裂、破碎。

因?yàn)橐话惚唤怏w的巖石或混凝土均屬脆性材料，脆性材料的抗壓強(qiáng)度大，抗拉強(qiáng)度小，其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度。巖石的抗拉強(qiáng)度一般為4～10 MPa，混凝土的抗拉強(qiáng)度一般為1.5～3.0 MPa，約相當(dāng)于其抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20。而通常靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力可達(dá)30～50 MPa。所以，合理的破碎設(shè)計(jì)(裝藥量、孔徑、孔深和孔間距的確定)是能夠使孔眼周圍的介質(zhì)受到充分破壞的，只要約束繼續(xù)存在，破碎劑就有持續(xù)產(chǎn)生或殘留一定程度的膨脹壓力的性質(zhì)，因而能繼續(xù)增大或產(chǎn)生新的裂縫。

經(jīng)測定，在溫度為20℃、水與破碎劑之比為0.3∶1.0時(shí)，其體積將自由膨脹4倍。

靜態(tài)爆破的特點(diǎn)有:①施工簡單，破碎劑用水拌合后灌入炮孔即可，無需堵塞，不需專業(yè)工種;②施工過程安全，炸藥爆破時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)、空氣沖擊波、飛石、噪音、有毒氣體和粉塵的危害;③容易控制，需破則破，需留則留，按照要求，通過參數(shù)選擇可達(dá)到有計(jì)劃的分裂、切割巖石和混凝土的目的;④破碎劑不屬于危險(xiǎn)物品，因而在購買、運(yùn)輸、保管和使用中不受任何限制。

但靜態(tài)破碎劑使用有一定的局限性。與炸藥相比，能量不如炸藥大，且鉆孔多，破碎效果受氣溫和施工人員經(jīng)驗(yàn)影響較大。在不適宜使用爆破方法的環(huán)境中，才能顯示出它的優(yōu)越性。

2.2 參數(shù)選擇

為提高破碎效果，本擋墻采用對數(shù)形式布孔，即離自由面越遠(yuǎn)，孔的間距越密。布孔參數(shù)選擇如下:

1)孔徑。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，確定鉆孔直徑φ=42 mm。

2)孔深。在相同條件下，孔深大比孔深小更容易使巖石或混凝土開裂，破碎效果好。但是超出需要的深度，陡然增加破碎劑用量和鉆孔費(fèi)用，顯然是不經(jīng)濟(jì)的。因此，可根據(jù)實(shí)際需要選擇，孔深L=α×H，其中，α為孔深系數(shù)，α通常取1.05;H為破碎高度，m。本工程中擋墻與內(nèi)部巖體同步下降，選擇的孔深L與爆破內(nèi)部巖體所采用的孔深一致，為2.5 m。

3)孔距?？拙嘣叫。_裂越容易，破碎時(shí)間也短。但是孔距越密，孔數(shù)增多，必然加大施工成本，影響施工進(jìn)度，最大孔距 a=(P/(βR1)+1)d，其中，a為孔距，cm;P為破碎劑膨脹壓力，取30 MPa;R1為巖體的抗拉強(qiáng)度，取6 MPa;β為膨脹系數(shù)，取0.5;d為孔徑，取4.2 cm。計(jì)算出孔距為46.2 cm，a取45.0 cm。

4)排距和最小抵抗線。排距b一般小于孔距a，可取b=(0.6～0.9)a;這里取b=36 cm。最小抵抗線一般為30～50 cm，本工程取40 cm。

5)藥量計(jì)算

靜態(tài)爆破與炸藥爆破不同，裝藥需基本填滿空孔，用藥量可按照空孔總長度計(jì)算，并隨孔徑、孔距而異。破碎劑總用藥量可按被破碎巖石體積乘以單位體積耗藥量計(jì)算，單孔裝藥量Q=Vq，其中V為破碎巖石或混凝土體積，m3;q為單位體積耗破碎劑量，kg/m3，本工程中q取15 kg/m3。

2.3 爆破實(shí)施

2.3.1 實(shí)施過程

1)采用SCA破碎劑，水灰比為0.30～0.35，即每袋(重5 kg)破碎劑，加水1.50～1.75 kg。拌制時(shí)，先將定量破碎劑倒入塑料容器內(nèi)，然后緩緩加入定量水，用機(jī)械或手工(戴橡膠手套)拌成具有流動(dòng)性的均勻漿體備用。要求拌勻，拌合時(shí)間最多不超過3 min。

2)將拌好的SCA漿體直接倒入炮孔，并用炮棍搗實(shí)，并在10 min內(nèi)灌入完畢。

3)除雨天外，灌孔可不用覆蓋，裂縫出現(xiàn)后，可用水澆縫，以加速膨脹壓力的發(fā)生和裂縫的擴(kuò)大。

2.3.2 安全控制措施

破碎劑要嚴(yán)格保管，不得與其他材料混裝、混用。裝運(yùn)破碎劑不得用有約束的容器，以免雨水侵入，發(fā)生噴出、炸裂或出現(xiàn)響聲。破碎劑要存放于干燥和通風(fēng)良好的室內(nèi)，嚴(yán)防受潮變質(zhì)。破碎劑要隨配隨用，一次不宜拌制過多，攪拌好的漿體應(yīng)盡快裝到炮孔內(nèi)，并應(yīng)在10 min內(nèi)用完，時(shí)間過長，將明顯降低流動(dòng)度和破碎效果。如流動(dòng)度喪失，不可繼續(xù)加水拌合使用。裝填炮孔前應(yīng)檢查炮孔干濕程度，對吸水性強(qiáng)的干燥炮孔，應(yīng)先以凈水濕潤孔壁，然后裝填，以免大量吸收漿體水分，影響水化作用和降低破碎效果。裝填炮孔時(shí)，操作人員要帶防護(hù)眼鏡，在灌漿到裂縫出現(xiàn)前，不得在近距離直視孔口，以防發(fā)生噴出現(xiàn)象，傷害眼睛。破碎劑漿體稍有腐蝕性，工作完畢，應(yīng)及時(shí)洗手和臉，以防刺激皮膚。如藥液碰到皮膚要立即用水沖洗。

2.4 爆破效果

實(shí)施靜態(tài)爆破后，既有擋墻上產(chǎn)生了多條裂隙，裂而不散，利用挖掘機(jī)將裂開的擋墻巖體拖入遠(yuǎn)離既有線的安全地帶，實(shí)施二次破碎后裝車運(yùn)走，對既有線的運(yùn)營未產(chǎn)生任何安全影響;同時(shí)，采用靜態(tài)破碎劑對堅(jiān)硬的混凝土擋墻進(jìn)行破碎，施工中無振動(dòng)、無沖擊波、無飛石，保證了施工工期，取得了較好的效果。

3 結(jié)語

靜態(tài)爆破是近年來發(fā)展起來的一種新型、安全的爆破技術(shù)，它以其優(yōu)越的性能在各個(gè)領(lǐng)域中得到迅速的推廣與應(yīng)用，特別是在一些對爆破具有特殊限制的區(qū)域或行業(yè)更能體現(xiàn)出優(yōu)越性。在緊鄰既有鐵路的復(fù)雜環(huán)境下，采用靜態(tài)爆破技術(shù)成功拆除上萬立方米的既有擋墻，未對既有鐵路和周邊環(huán)境造成安全影響，這為今后的同類爆破施工提供了良好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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