趙一遠
[貴陽城市發(fā)展投資(集團)有限公司,貴州 貴陽 550001]
道路工程項目施工環(huán)節(jié),路基石方開挖是項目基礎環(huán)節(jié),石方破碎需要大量的人力,人工成本高且影響項目工期及進度[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、機械破碎法、爆破法等,不同工藝應結合項目要求、工期時限、地質特征等優(yōu)化選擇。機械破碎法多用于大塊石頭的直接二次破碎,山體鑿除工藝中機械破碎法被廣泛應用[2-3]。機械破碎法對堅硬青石巖的破碎效果可觀,但該技術噪聲大、揚塵明顯、效率低,會對周圍環(huán)境產生一定影響[4]。爆破法是路基石方破碎的最佳工藝之一,具有經濟性突出、效率高的特點,但是在復雜施工環(huán)境下不適用。靜力爆破工藝是一種新型爆破技術,噪聲小且不產生振動、粉塵,可在機械破碎條件不成熟或無法直接應用炸藥爆破的施工環(huán)境下應用[5]。
某環(huán)城路改造擴建項目以城市發(fā)展規(guī)劃為基礎,將原二級公路擴展為城市主干道,道路兩側商鋪、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大量時間,項目進度要求高。綜合分析后確定了靜力爆破技術作為路基石方破碎的工藝。
靜力爆破即借助設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化合物,該材料與水混合后產生化學反應,并有較強的膨脹性能,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、運輸、儲存、保管、使用。
(2)靜力爆破劑為無機鹽粉末,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,與水反應后藥劑粉末溫度升高并產生膨脹力。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50 MPa,并于孔壁產生軸向應力,該應力值超過介質抗拉強度后巖石出現(xiàn)裂縫,并最終導致巖石破碎。
(3)巖石孔道內注入膨脹劑后,半小時開始出現(xiàn)裂縫,巖石孔道施工中需控制其孔徑、孔距、排距以產生最佳的裂變效果,使巖石破碎程度達到施工要求。巖石靜力爆破技術施工簡單,無需特種作業(yè)人員參與即可完成,設備材料簡便易獲取,爆破劑非特殊管制品種,市場上可以買到。靜力爆破技術工藝需對目標巖石進行大量鉆孔,巖石開裂效果難以控制,且周圍環(huán)境溫度等因素會對開裂效果產生影響[7]。
(4)現(xiàn)場測定結果顯示,巖石靜力爆破能使藥劑體積膨脹度達4 倍,表面積倍增可達100 倍,使用炮孔的情況下,膨脹壓力最高可達50 MPa。
使用膠水將電阻應變片張貼在鋼管上,用導線與電阻應變片的引出線連接,隨后將鋼管置于塑料袋內置入水槽中,詳見圖1 所示。對電阻應變儀進行數(shù)值校對,取出靜力爆破劑1 000 g 與適量水混合均勻,放入攪拌機中攪拌,將攪拌均勻的漿液置入鋼管內并用鋼釬搗實,測定應變量εθ并計算膨脹壓力P:
圖1 電阻應變片粘貼圖(單位:mm)
式中,Es——鋼管彈性模量,取值為2.06×105MPa;P——膨脹壓力;K——鋼管外徑內徑比,標準管徑鋼管該值為1.2;εθ——鋼管圓周方向應變量,υ=0.3εθ=1‰,P=53.3 MPa。
靜力爆破施工中需要準備的設備和材料包括鉆頭、水管、量筒(容量100 ml)、電子秤、水桶、塑料桶、漏斗、防護眼鏡、防護手套(高袖橡膠材質)、口罩、毛巾、空壓機、鑿巖機、鋼釬、吹風管(Φ25 mm 鋼管)、水瓢、全站儀、水準儀[8]。
石方爆破前,根據(jù)工藝規(guī)范于大方量巖石表面打孔,確保孔徑、孔距、孔深、排列合規(guī),機械鉆孔后將混合均勻的靜力爆破劑置入鉆孔內,在靜力爆破劑的作用下產生膨脹力使巖石膨脹破裂,利用炮頭機破解巖體,為地基開挖提供便利。以下是靜力爆破工藝施工環(huán)節(jié)需控制的技術要點:
(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,操作前確定各設備齊全。
(3)設計布孔。根據(jù)石方尺寸進行合理布孔,確保每孔處石方保留一個以上臨空面,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,并結合巖石情況確定爆破深度,即鉆孔需達到巖體下2 m 左右,鉆孔進深以巖石破碎體85%高度為宜,孔道內靜力爆破劑填充緊實,裝藥深度需與孔深保持一致。鉆孔需保持合理直徑,結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。結合項目需求和施工經驗,選定鉆孔直徑為42 mm,鉆孔施工完畢后,使用空壓機注入鉆孔高壓氣體沖刷鉆孔內水分或鉆渣等,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,按照質量比30%摻入拌和水使靜力爆破劑調和成流塑狀,隨后置入鉆孔內。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,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”的原則將其逐層放入孔道內?;蛘咧苯訉㈧o力爆破劑攪拌均勻形成流塑狀,并以泵機輸送至孔道內,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)場巖石分布情況進行段落式鉆孔,從一側開始,依次每次一排鉆孔,完工后向另一側進展,第一排完全裝藥后,待藥劑充分反應進入下一排裝藥。每次施工均按照排孔裝藥,進行單排孔施工,根據(jù)施工現(xiàn)場情況拌藥,提高其準確性。施工環(huán)節(jié)確保取藥、加水、拌和、鉆孔等工藝有序進行,每排孔道的裝藥時間需保持一致,確保單排孔的藥劑膨脹同期出現(xiàn),以產生最大的膨脹力,保證巖石破碎效果。
(8)藥劑灌裝過程中需嚴格控制溫度指標,觀測藥劑、拌和水溫度是否達標,灌裝前已經出現(xiàn)化學反應的藥劑不得貫入孔道內,藥劑出現(xiàn)冒氣或溫度快速升高,則表明已經出現(xiàn)了反應。灌裝操作應迅速,藥劑拌和、灌入孔道、現(xiàn)場試驗檢測需在5 min 內完成。
(9)控制藥劑反應時間。藥劑反應時間過短可能導致沖孔現(xiàn)象,對現(xiàn)場施工人員造成危害,需將藥劑反應時間控制在10~30 min 內。藥劑反應時間越長,溫度升高越明顯且膨脹效果越好,巖石孔道內壓力越大。為使藥劑反應時間符合方案規(guī)定,可在藥劑拌和水中加入0.5%~6%的抑制劑或對拌和水溫度嚴格控制。一般情況下,夏季環(huán)境溫度高,需在低溫條件下放置藥劑,避免暴曬導致藥劑提前反應,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,提高化學反應效率。應根據(jù)目標巖石大小、硬度等合理選擇靜力爆破劑,不同型號的靜力爆破劑膨脹效果存在差異,不得在施工中混用。
(10)打孔與裝藥應同步,避免一邊打孔一邊裝藥,按照單排孔裝填的工序進行操作,一邊裝填完畢后方可對另一排孔道進行填充。打孔完畢后需使用空壓機向孔道內吹入高壓空氣清洗內壁,孔道內恢復常溫后方可灌入藥劑,灌裝完畢后進行封口[10]。
(11)炮孔填裝之前需進行干濕度檢測,如炮孔過于干燥,以凈水沖洗后裝填,嚴格控制濕度與溫度指標,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生影響。
(12)在靜力爆破劑運輸過程中需避免雨水,表面覆蓋防雨設備,同時避免暴曬,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入,膨脹劑查驗合格后方可使用,單獨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,應由專人進行現(xiàn)場看護,嚴格控制技術指標,禁止無關人員入場。炮孔填充環(huán)節(jié),操作人員需佩戴橡膠手套和防護眼鏡,裂縫前不得通過孔道口向內部觀看,防止藥劑膨脹導致漿液外濺損傷眼鏡。盡量避免操作中皮膚裸露,及時清洗避免藥劑損傷皮膚。
(13)完成靜態(tài)爆破后,巖石會裂解形成體積較大的塊狀石頭,難以直接搬運和運輸,可采用炮錘式挖掘機將石塊破碎至合理尺寸,并借助挖掘機和自卸汽車將石料運輸至施工現(xiàn)場備用。
(1)建立安全管控小組,實施三級安全教育機制?,F(xiàn)階段,很多項目建設在安全教育建設方面存在疏漏,缺乏針對性,存在形式化問題。為提高安全教育的效果,應加強對三級安全教育的重視,成立專門的安全教育小組,并有針對性的展開對不同工種、工序的安全教育學習。
(2)做好安全培訓工作。目前,許多項目建設管理人員的專業(yè)素養(yǎng)還有待加強,安全知識儲備欠缺,許多專職的安全管理人員也存在著工作經驗不足,在實際施工過程中難以辨別風險源,無法對風險情況進行動態(tài)管理。因此,應加強對專職安全人員的培訓,提升專業(yè)人員的專業(yè)技術能力,培養(yǎng)能夠靈活應對各種動態(tài)風險的技術性人才。強化安全培訓的體系管理及執(zhí)行力度,進一步促進安全人員執(zhí)行力的提升,將有關制度落到實處。
(3)為保障安全監(jiān)督檢查的效果,應由安全生產負責人做好人員的分配工作,在施工現(xiàn)場配備有責任心的專業(yè)的安全員,提高安全監(jiān)督水平,進一步掌握施工現(xiàn)場的具體情況,避免可能存在的安全隱患。
(4)依據(jù)項目的實際情況,制定環(huán)保管理預案,及時更新自身的知識儲備,學習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)保理念貫穿于項目施工管理的全過程。
環(huán)城公路改造工程項目周圍環(huán)境復雜,經多次方案優(yōu)化對比后,確定了靜力爆破方案進行環(huán)城路路基石方爆破,該方案施工便捷且風險小,不影響周邊環(huán)境,項目如期開展且施工成本有效降低。該工藝相比于傳統(tǒng)機械石方破除工藝,經濟效益良好且實現(xiàn)了施工工序優(yōu)化,可在復雜環(huán)境中應用,為同類工程路基石方破除提供了新的參考。