淺談機械化靜態巖石分裂爆破技術在石方開挖中的應用

　　某房建工程緊鄰京滬高鐵運營線、埋地燃氣主管道，不適合采用普通爆破方法進行石方施工;為保證安全、經濟、快速～完成石方開挖，通過方案比選，確定采用機械化靜態巖石分裂爆破技術，本文簡要分析了機械化靜態巖石分裂爆破技術施工特點、施T-3-藝、技術參數，為以后類似問題提供一定的幫助。

　　《農業機械學報》(月刊)創刊于1957年，是由中國科協主管、中國農業機械學會和中國農業機械化科學研究院主辦的唯一綜合性學術期刊, 農業工程類中文核心期刊，美國工程信息公司(EI)和美國化學文摘社(CA)收錄期刊。

　　前言

　　機械化靜態巖石分裂爆破是一種新型施工工藝，在建筑土石方工程中不適合使用炸藥的情況下破碎巖石具有很大的技術優勢。具有無震動、無沖擊、無噪聲、無粉塵、工作效率高等特點，適應性強、應用廣泛，并且可根據破碎劑性能設計適當的參數，能夠達到有計劃地分裂、切割巖石和混凝土的目的，從而大大降低了安全風險，增強了操作的可控性。

　　1.工程概況

　　1.1工程概況

　　某房建工程位于山東省棗莊市，建設用地面積4.82萬m2，總建筑面積為15.65萬m2，其中地上建筑面積為12.07萬m2，地下建筑面積為3.58萬m2;由1-9住宅樓及地下車庫組成，住宅位于庭院四周，中庭為地下車庫，各棟樓基坑單獨成立，中庭地下車庫將各棟樓基坑連接在一起，整個基坑開挖深度約2.0-3.4m，中庭地下室車庫面積約1.88萬m2。預計開挖土方約4.6萬m3，巖石約4萬m3。

　　1.2地質地貌特點：

　　1.2.1地層結構及巖土物理力學性質

　　本次勘察最大孔深25.00米，依據野外鑒別及室內土工試驗，按地基土的成因類型、地質特征將本場地地基土劃分為三層，現由上至下分述如下：

　　①耕土(Q4m1)

　　黃褐色，松散。以粘性土為主，含大量植物根系及蟲子L等，在34#、35#、44#及46#鉆孔分布為索填土。本層全區分布，厚度0.20-1.30米，平均0.40米：層底標高80.01-82.66米，平均81.37米;層底埋深0.20-1.30米，平均0.40米。

　　②粘土(Q4aI,p1)

　　褐黃色-棕黃色，硬塑。切面稍光滑，韌性稍高，干強度稍高，含少量鐵錳結核。局部含少量碎石及小姜石。本層除30#鉆孔缺失外全區分布，厚度0.20-5.40米，平均1.42米;層底標高75.36-82.46米，平均79.92米：層底埋深0.40-5.70米，平均1.82米。該層土屬中壓縮性土。

　　③石灰巖(∈)

　　中風化，深灰色-青灰色，隱晶結構，塊狀構造，厚層狀一巨厚層狀，巖體較完整，巖芯呈短柱狀一柱狀。裂隙發育不均勻，多數地段以閉合狀或微張節理裂隙為主。頂部巖溶較發育，完全填充粘性土。巖體基本質量等級lV級，較硬巖。巖芯采取率60%-70%，巖石質量指標RQD=40。本層未穿透，在場地內全區分布，最大揭露厚度24.60米。

　　1.2.2地基土的力學性能評價

　　第①層耕土：松散，本層全區分布，厚度變化較大，工程力學性能差：

　　第②層粘土：硬塑，中壓縮性土，本層除30#鉆孔缺失外全區分布，厚度變化較大，工程力學性能良好：

　　第③層石灰巖：中風化，本層未穿透，在場地內全區分布，厚度變化不大，工程力學性能好。

　　1.2.3地基土承載力特征值

　　根據室內土工試驗資料及野外原位測試、現場鑒別，結合附近建筑工程經驗，綜合提供場地內地基土的承載力特征值fak(kPa)如下表：

　　2.本工程石方開挖重難點分析

　　本工程巖石太過堅硬，工程量巨大：距離本工程約500m處有一條京滬高鐵運營線路，根據中華人民共和國國務院令《鐵路安全管理條例》第三十四條：在鐵路線路路堤坡腳、路塹坡頂、鐵路橋梁外側起向外各1KM范圍內，以及在鐵路隧道上方中心線兩側各1KM范圍內，確需從事露天采礦、采石或爆破作業的，應當與鐵路運輸企業協商一致，依據有關法律法規的規定報縣級以上地方人民政府有關部門批準，采取安全防護措施后方可進行。另距離本工程約30m處有一條埋地燃氣主管道，根據中華人民共和國石油天然氣行業標準之《天然氣管道運行規范》(SY/T5922-2012)的第8.1.1條：管道兩側各50m線路帶內禁止開山、爆破、修筑大型建筑物、構筑物工程。

　　3.本工程石方開挖施工方案比選

　　3.1采用液壓巖石破碎錘破碎巖石

　　(1)優點：施工簡單，不需辦理相關手續。

　　(2)缺點：施mm期長，需要約150天，成本較高。

　　3.2采用炸藥控制破碎巖石

　　(1)優點：施工工藝成熟，施工效率高，成本較低。

　　(2)缺點：

　　a.該工程位于京滬高鐵運營線路1KM范圍內，采用炸藥控制爆破施工需要濟南鐵路局和當地公安局相關部門審批，手續辦理時間很長：且后續爆破施工必須根據鐵路“天窗”時點安排，影響施工進度：預計從手續辦理開始到施工結束需要約130天。

　　b.該工程7-g樓位于高壓燃氣管道50米范圍內，禁止進行炸藥控制爆破施工。

　　c.采用炸藥控制爆破施工，從炸藥保管到爆破施工，都存在很大安全隱患。

　　3.3靜態藥劑爆破技術破碎巖石

　　(1)優點：無需辦理各種備案等手續問題，安全、環保。

　　(2)缺點：施工工期很長，需要約200天：成本太高。

　　3.4機械化靜態巖石分裂爆破技術破碎巖石

　　(1)優點：無需辦理各種備案等手續問題，安全、環保，施工工期最短，需要約80天，成本適中。

　　(2)缺點：施工機械需專業人員操作，并要求有充足的工作面保證連續施工。

　　3.5石方開挖施工方案比選結論

　　綜上所述，本工程石方開挖最終采用機械化靜態巖石分裂爆破技術。

　　4.機械化靜態巖石分裂爆破技術應用

　　4.1方法特點

　　新型的機械化靜態爆破技術，是一種新型施工工藝。采用靜態超級巖石分裂機，運用液壓機械方式對巖石進行開裂，在建筑土石方工程中不適合使用炸藥的情況下破碎巖石具有很大的技術優勢。機械化靜態爆破技術作業時無震動、無沖擊、無噪聲、無粉塵、立即見效不用等待、不間斷重復作業、工作效率高、工作效果顯著等特點，應用于不能爆破作業并要求產量高、工期緊等技術難度大的土石方工程，比傳統膨脹破碎效率更高。

　　4.2工藝原理

　　因巖石的抗壓強度高，抗拉強度低，靜爆超級巖石分裂機正是利用其抗拉強度低的特性，以高壓油為能量源，由液壓動力站的泵站輸出的超高液壓油又經增壓器的機械放大后驅動分裂棒內的油缸產生巨大推動力，使分裂機推動劈裂棒中的液壓頂向外伸出脹裂巖石，液壓力瞬間超高壓，能輕而易舉的從巖石內部將堅硬巖石分裂，并能使物體按預定方向分裂，達到脹裂破碎開挖的目的。

　　4.3技術準備

　　(1)熟悉并審查圖紙，提前核對好平面尺寸和基底標高，了解絕對高程和相對高程，并繪制高程控制網圖。

　　(2)現場布設高程控制網，并根據高程控制網放出各單位工程定位軸線控制網、開挖控制邊線及標高控制網，報監理單位進行復核，確保符合測量驗收規范。

　　(3)熟悉相關質量驗收規范和安全措施。

　　(4)踏勘、熟悉現場，明確運輸道路、地下管網等，為石方爆破提供可靠的資料和數據，并對地下管網采取有效的防護加固措施。

　　(5)了解巖石性質、作業環境、工程量、破碎程度、工期要求、氣候條件情況、節理、走向及地下水情況進行詳細調查。確定鉆孔參數、鉆孔分布和破碎順序。

　　(6)準備潛水泵QY-25為4臺(15m3/h，揚程25m)，用于排除基坑內積水和開挖過程中的雨水。

　　4.4機械及施工人員準備

　　4.5施工前準備

　　(1)施工區段的劃分

　　本工程石方爆破分為2個施工段同時進行，第1施工段為1、2、7、8、9樓及部分地下車庫所圍起來的區域，第2施工段為3‘、4‘、5‘、6。樓及部分地下車庫所圍起來的區域。

　　(2)

　　石方爆破機械設備組合

　　每個施工段安排液壓巖石破碎錘2臺，超級巖石分裂機4臺，風動鉆孔機3臺，挖掘機2臺，鏟車1臺，自卸翻斗車9臺。

　　(3)石方爆破人員組合

　　石方爆破中配置4名測量人員應隨時跟進，控制開挖標高及基坑開挖尺寸，嚴禁超挖;配置不少于20名普工進行人工修鑿邊坡與撿底工作。

　　(4)對所有施工人員進行安全技術交底。

　　4.6挖掘機清理浮土

　　用挖掘機清除巖石表層以上的耕植土及粘土，找出巖石工作面：若巖石沒有膨脹空隙，需用特大液壓巖石破碎機破出100厘米深，至少50厘米寬的膨脹空隙。

　　4.7設計布孔

　　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(自由面)越多，單位破石量越大，效果也更好。切割巖石時同一排鉆孔應盡可能保持在一個平面上。孔距與排距的大小根據巖石的硬度程度調整，硬度越大時，孔距與排距越小，反之則大。孔距與排距布置參照下表。

　　為了加快工程進度，結合現場巖石硬度情況，實際采用孔距50厘米，排距80厘米的形式進行布孔作業。

　　4.8鉆孔

　　鉆孔直徑與破碎效果有直接關系，根據現場實際情況決定采用直徑為42～45mm的鉆頭鉆孔;鉆孔機械采用液壓巖石鉆孔機，鉆孔深度為70厘米。

　　4.9插入劈裂棒，加壓分裂巖石

　　檢查成孔深度確定達到方案要求，然后將孔內石粉吹盡：接著用超級巖石分裂機將長度為50厘米的液壓劈裂棒插入孔內，逐漸加壓，直至分裂壓力超過巖石硬度值，本工程實際采用分裂壓力為450t左右;巖石分裂完成后，及時測量裂縫寬度，要求裂縫寬度不得小于1.5厘米。

　　4.10二次破碎并裝運

　　對分裂后較大塊的巖石采用液壓破碎錘進行二次破碎，然后使用挖掘機裝入自卸汽車運到指定棄土場地。

　　4.11進行下一輪循環施工

　　4.12質量保證措施

　　(1)對進場的超級巖石分裂機、風動鉆孔機等機械設備必須嚴格檢驗，不合格不得使用。

　　(2)對施工機械操作人員必須進行專業崗前培訓，考核合格后方可使用機械。

　　(3)嚴格按照施工方案中的設計孔位布置圖進行測量放線，嚴格控制孔深、角度等技術參數。巖石分裂高程控制在墊層上20厘米左右，不得擾動持力層，剩余巖石采用人工破碎。

　　5結語

　　綜上所述，機械化靜態巖石分裂爆破技術是常規炸藥爆破、靜態藥劑爆破技術的一種發展、延伸，對于不能爆破作業并要求產量高、工期緊等技術難度大的土石方工程，比傳統膨脹破碎效率更高，成本更低，經濟和社會效益明顯，值得推廣和應用。