靜態(tài)爆破法在深圳地鐵施工中的應用

徐琛

摘 要靜態(tài)爆破是近年來發(fā)展起來的一種新型爆破施工技術(shù)，它可在無震動、無飛石，無噪音、無污染的條件下破碎或切割巖石或混凝土構(gòu)筑物。深圳地鐵7號線西麗站—茶光站區(qū)間礦山法施工豎井系選用此工法成功地進行了中風化花崗巖開挖施工，并成功保護了距豎井開挖邊線東側(cè)僅 3.74m的燃氣管線。

關鍵字靜態(tài)爆破；礦山法；施工豎井；地鐵

中圖分類號：U231文獻標識碼： A

1前言

近年來， 隨著工業(yè)、 交通和城市建設的飛速發(fā)展，混凝土構(gòu)筑物的拆除及石材、煤礦的開采急劇增加， 迫切需要發(fā)展一種破碎效率高、 破壞力容易控制、施工安全、沒有環(huán)境污染的破碎方法，靜態(tài)爆破在這種情況下應運而生。靜態(tài)爆破工藝原理是在人工造孔后， 利用靜態(tài)破碎劑對被破碎物進行緩慢地加載直至其開裂破碎，再用風鎬解小、破除以達到開采、開挖、拆除的目的。本文從靜態(tài)爆破的機理出發(fā)，介紹靜態(tài)爆破的施工工藝及操作要點， 并以深圳地鐵7301-1 標西麗站—茶光站區(qū)間礦山法豎井施工為案例，介紹了采用靜態(tài)爆破開挖中風化花崗巖，并成功保護距豎井開挖邊線東側(cè)僅 3.74m的燃氣管線的施工工藝。

2靜態(tài)爆破工藝概述

2.1 靜態(tài)爆破破碎機理

靜態(tài)爆破劑破碎的機理與炸藥破碎機理不同，它主要是靠破碎劑在被破碎體內(nèi)發(fā)生緩慢的化學反應和物理變化而使晶粒變形、溫度升高、體積膨脹，以致逐漸增大對孔壁的靜膨脹壓力作用，使介質(zhì)產(chǎn)生龜裂而解體。靜力膨脹破碎法也稱靜力迫裂和靜力破碎技術(shù)。巖石或混凝土等脆性介質(zhì)的抗拉強度遠小于其抗壓強度，巖石的抗拉強度約為 5~10 M Pa，混凝土的抗拉強度約為20~60 M Pa。 通常無聲破碎劑的膨脹壓力可達30~50 M Pa， 當炮孔中的靜態(tài)爆破劑發(fā)揮作用時，炮孔周圍介質(zhì)產(chǎn)生周向拉應力，當拉應力值超過介質(zhì)的抗拉強度時，炮孔之間便產(chǎn)生裂隙，隨著膨脹壓力的增加，裂隙逐步擴展成裂縫，繼而導致介質(zhì)破壞。

2.2 靜態(tài)爆破施工特點

靜態(tài)爆破技術(shù)其實質(zhì)是在巖體上鉆孔，在鉆孔中灌裝靜態(tài)爆破劑，依靠其膨脹力使巖石產(chǎn)生裂隙或裂縫，從而達到破碎的目的，可在無震動、無飛石，無噪音、 無污染的條件下破碎或切割巖石或混凝土構(gòu)筑物，特別適用于老廠改造和房屋拆遷工程，對于巖石的破碎和切割，不會造成其內(nèi)傷，且會提高成材率，爆破時不會損壞周圍的任何物體，在確保安全的前提下又能達到破碎的目的。

靜態(tài)爆破法具有以下優(yōu)點：（1）高效率、高效益。 靜態(tài)爆破可提高石材荒料成材率3~4倍 ，易管理 ，可按普通貨物托運 、儲存 、保管。（2）環(huán)保、安全。 靜態(tài)爆破在破碎過程中無震動、無飛石、無噪聲、無毒、無污染。 靜態(tài)爆破劑不屬于危險品，無公害，可按普通貨物進行運輸和儲存，在購買、運輸、保管中無任何限制。（3）使用方便。 使用時按配比要求用水攪拌后灌入鉆孔中即可。（4）速度快、力量大，且具有可控性。 一般裝藥后半個小時左右即可出現(xiàn)裂縫， 擴張力可達 30~50MPa。

3靜態(tài)爆破工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

圖1 靜態(tài)爆破法工藝流程

3.2 操作要點

（1）破碎前應對構(gòu)筑物構(gòu)造、性質(zhì)、作業(yè)環(huán)境、工程量、破碎程度、工期要求、氣候條件、配置鋼筋規(guī)格及布筋情況進行詳細調(diào)查； 對于破碎巖石需要了解巖石性質(zhì)、節(jié)理、走向及地下水情況。

（2）設計布眼布眼前首先要確定至少有一個以上臨空面，鉆孔方向應盡可能做到與臨空面平行， 臨空面越多，單位破石量就越大，經(jīng)濟效益也更高。

（3）鉆孔鉆孔直徑與破碎效果有直接關系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。

（4）鉆孔深度和裝藥深度孤立的巖石（或混凝土塊）鉆孔深度為目標破碎體的80%~90%；大體積需要分步破碎的巖石（或混凝土塊），鉆孔深度可根據(jù)施工要求選擇，一般在 1~2 m 較好。

（5）裝藥

(1) 向下和向下傾斜的眼孔， 可在藥劑中加入22%~32%（重量比）左右的水（具體加水量由顆粒大小決定），拌成流質(zhì)狀態(tài)后，迅速倒入孔內(nèi)并確保藥劑在孔內(nèi)處于密實狀態(tài)。用藥卷裝填鉆孔時，應逐條捅實。 粗顆粒藥劑水灰比調(diào)節(jié)到 0.22~0.25 時靜力破碎劑的流動性較好，細粉末藥劑水灰比在 32%左右時流動性較好，也可以不通過捅實過程。

(2) 水平方向和向上方向的鉆孔，可用比鉆孔直徑略小的高強長纖維紙袋裝入藥劑， 按一個操作循環(huán)所需要的藥卷數(shù)量放在盆中， 倒入潔凈水完全浸泡，30～50 s 左右藥卷充分濕潤、完全不冒氣泡時，取出藥卷從孔底開始逐條裝入并捅緊，密實地裝填到孔口，即“集中浸泡，充分浸透，逐條裝入，分別搗實”。 也可將藥劑拌和后用灰漿泵壓入，孔口留 5 cm用黃泥封堵，保證水分藥劑不流出。

(3)藥劑反應時間的控制

藥劑反應的快慢與溫度有直接關系，溫度越高，反應時間越快；反之則慢。 實際操作中，控制藥劑反應時間太快的方法有兩種： 一種是在拌合水中加入抑制劑；另一種方法是嚴格控制拌和水、干粉藥劑和巖石（或混凝土）的溫度。夏季氣溫較高，破碎前應對被破碎物遮擋，藥劑存放在低溫處以避免曝曬；將拌合水溫度控制在15℃以下。 拌和水溫最高不可超過50℃。 反應時間一般控制在 30~60 min 為好， 條件較好的施工現(xiàn)場可根據(jù)實際情況縮短反應時間，以利于施工。

4靜態(tài)爆破在深圳地鐵7301-1標的應用

4.1 工程概況

深圳市城市軌道交通7號線工程西麗站～茶光站區(qū)間起于西麗站南端，止于茶光站北端，區(qū)間總長度為872.533m。西茶區(qū)間礦山法豎井位于深圳市南山區(qū)沙河西路工商銀行前面，旁邊為加油站和公交站牌，人員較多，存在較大的安全隱患，且破壞后果嚴重。據(jù)地質(zhì)勘察報告，豎井鎖口圈頂面高程下1m為中風化巖層，需采用靜態(tài)爆破法施工,開挖尺寸為9.3m*5.7 m，開挖面積為53.1 m2。其中，燃氣管距離豎井內(nèi)邊東側(cè)3.74米，有一根1.5kg中壓燃氣管線貫穿場地南北方向，直徑300mm的PE管，管頂埋深0.8m。其管線位于施工便道下方，并且豎井范圍內(nèi)下挖1m后即為中、微風化巖層，須進行爆破施工，存在極大的安全隱患。

圖1.豎井與燃氣管線位置關系圖

4.2 工程實施

對于靜態(tài)爆破，臨空面（自由面）越多，單位破石量就越大，經(jīng)濟效益也就越好。由于豎井開挖時只有一個臨空面， 因此在對井中塊石及基巖破碎前應盡可能多地創(chuàng)造臨空面。由于巖石大小不一，對于小的塊石，要盡量將塊石周圍的土層全部剝開，將整個塊石暴露出來，以增加臨空面；鉆孔按十字網(wǎng)格狀布置，采用垂直孔鉆穿整個塊石；同一排鉆孔要布置在同一平面上，并盡可能地與臨空面平行；在裝藥時按“先四周，后中央”的順序進行全孔長灌注。對于大的巖石，如基巖，先在中間鉆兩排密集垂直孔，裝藥破碎后將碎石掏出，形成槽形空間，增加臨空面，以方便兩側(cè)巖體的破碎；然后再鉆周邊孔及輔助破碎孔，周邊孔采用斜孔，孔口距開挖輪廓線不大于5 cm，孔底落在開挖輪廓線上；輔助破碎孔采用垂直孔；同一排鉆孔要布置在同一平面上，裝藥時全孔長灌注，先裝輔助破碎孔，再裝周邊孔。

裝藥完成后，一般 12 h 后，脹裂過程完成。采用人工配合風稿及炮機進行開挖作業(yè)。

5結(jié)論

靜態(tài)爆破工藝可以在無震動、無污染，不影響周圍建筑結(jié)構(gòu)的情況下對地基或建筑物實施爆破，既安全，又大量節(jié)省人力、工期、材料。因而，在不適用炸藥爆破環(huán)境條件下及其他安全要求高的敏感區(qū)，更顯其優(yōu)越性。 深圳地鐵7301-1 標西麗站—茶光站礦山法區(qū)間豎井（中風化花崗巖層）采用靜態(tài)爆破工藝進行開挖，在保證施工質(zhì)量及工期的要求下，成功地保護了離豎井邊線僅3.7m 的 燃氣管線，取得了顯著的社會及經(jīng)濟效益，并為其它類

似工程積累了施工經(jīng)驗。取得了顯著的社會及經(jīng)濟效益，并為其它類似工程積累了施工經(jīng)驗。

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