浅谈机械化静态岩石分裂爆破技术在石方开挖中的应用

　　某房建工程紧邻京沪高铁运营线、埋地燃气主管道，不适合采用普通爆破方法进行石方施工;为保证安全、经济、快速～完成石方开挖，通过方案比选，确定采用机械化静态岩石分裂爆破技术，本文简要分析了机械化静态岩石分裂爆破技术施工特点、施T-3-艺、技术参数，为以后类似问题提供一定的帮助。

　　《农业机械学报》(月刊)创刊于1957年，是由中国科协主管、中国农业机械学会和中国农业机械化科学研究院主办的唯一综合性学术期刊, 农业工程类中文核心期刊，美国工程信息公司(EI)和美国化学文摘社(CA)收录期刊。

　　前言

　　机械化静态岩石分裂爆破是一种新型施工工艺，在建筑土石方工程中不适合使用炸药的情况下破碎岩石具有很大的技术优势。具有无震动、无冲击、无噪声、无粉尘、工作效率高等特点，适应性强、应用广泛，并且可根据破碎剂性能设计适当的参数，能够达到有计划地分裂、切割岩石和混凝土的目的，从而大大降低了安全风险，增强了操作的可控性。

　　1.工程概况

　　1.1工程概况

　　某房建工程位于山东省枣庄市，建设用地面积4.82万m2，总建筑面积为15.65万m2，其中地上建筑面积为12.07万m2，地下建筑面积为3.58万m2;由1-9住宅楼及地下车库组成，住宅位于庭院四周，中庭为地下车库，各栋楼基坑单独成立，中庭地下车库将各栋楼基坑连接在一起，整个基坑开挖深度约2.0-3.4m，中庭地下室车库面积约1.88万m2。预计开挖土方约4.6万m3，岩石约4万m3。

　　1.2地质地貌特点：

　　1.2.1地层结构及岩土物理力学性质

　　本次勘察最大孔深25.00米，依据野外鉴别及室内土工试验，按地基土的成因类型、地质特征将本场地地基土划分为三层，现由上至下分述如下：

　　①耕土(Q4m1)

　　黄褐色，松散。以粘性土为主，含大量植物根系及虫子L等，在34#、35#、44#及46#钻孔分布为索填土。本层全区分布，厚度0.20-1.30米，平均0.40米：层底标高80.01-82.66米，平均81.37米;层底埋深0.20-1.30米，平均0.40米。

　　②粘土(Q4aI,p1)

　　褐黄色-棕黄色，硬塑。切面稍光滑，韧性稍高，干强度稍高，含少量铁锰结核。局部含少量碎石及小姜石。本层除30#钻孔缺失外全区分布，厚度0.20-5.40米，平均1.42米;层底标高75.36-82.46米，平均79.92米：层底埋深0.40-5.70米，平均1.82米。该层土属中压缩性土。

　　③石灰岩(∈)

　　中风化，深灰色-青灰色，隐晶结构，块状构造，厚层状一巨厚层状，岩体较完整，岩芯呈短柱状一柱状。裂隙发育不均匀，多数地段以闭合状或微张节理裂隙为主。顶部岩溶较发育，完全填充粘性土。岩体基本质量等级lV级，较硬岩。岩芯采取率60%-70%，岩石质量指标RQD=40。本层未穿透，在场地内全区分布，最大揭露厚度24.60米。

　　1.2.2地基土的力学性能评价

　　第①层耕土：松散，本层全区分布，厚度变化较大，工程力学性能差：

　　第②层粘土：硬塑，中压缩性土，本层除30#钻孔缺失外全区分布，厚度变化较大，工程力学性能良好：

　　第③层石灰岩：中风化，本层未穿透，在场地内全区分布，厚度变化不大，工程力学性能好。

　　1.2.3地基土承载力特征值

　　根据室内土工试验资料及野外原位测试、现场鉴别，结合附近建筑工程经验，综合提供场地内地基土的承载力特征值fak(kPa)如下表：

　　2.本工程石方开挖重难点分析

　　本工程岩石太过坚硬，工程量巨大：距离本工程约500m处有一条京沪高铁运营线路，根据中华人民共和国国务院令《铁路安全管理条例》第三十四条：在铁路线路路堤坡脚、路堑坡顶、铁路桥梁外侧起向外各1KM范围内，以及在铁路隧道上方中心线两侧各1KM范围内，确需从事露天采矿、采石或爆破作业的，应当与铁路运输企业协商一致，依据有关法律法规的规定报县级以上地方人民政府有关部门批准，采取安全防护措施后方可进行。另距离本工程约30m处有一条埋地燃气主管道，根据中华人民共和国石油天然气行业标准之《天然气管道运行规范》(SY/T5922-2012)的第8.1.1条：管道两侧各50m线路带内禁止开山、爆破、修筑大型建筑物、构筑物工程。

　　3.本工程石方开挖施工方案比选

　　3.1采用液压岩石破碎锤破碎岩石

　　(1)优点：施工简单，不需办理相关手续。

　　(2)缺点：施mm期长，需要约150天，成本较高。

　　3.2采用炸药控制破碎岩石

　　(1)优点：施工工艺成熟，施工效率高，成本较低。

　　(2)缺点：

　　a.该工程位于京沪高铁运营线路1KM范围内，采用炸药控制爆破施工需要济南铁路局和当地公安局相关部门审批，手续办理时间很长：且后续爆破施工必须根据铁路“天窗”时点安排，影响施工进度：预计从手续办理开始到施工结束需要约130天。

　　b.该工程7-g楼位于高压燃气管道50米范围内，禁止进行炸药控制爆破施工。

　　c.采用炸药控制爆破施工，从炸药保管到爆破施工，都存在很大安全隐患。

　　3.3静态药剂爆破技术破碎岩石

　　(1)优点：无需办理各种备案等手续问题，安全、环保。

　　(2)缺点：施工工期很长，需要约200天：成本太高。

　　3.4机械化静态岩石分裂爆破技术破碎岩石

　　(1)优点：无需办理各种备案等手续问题，安全、环保，施工工期最短，需要约80天，成本适中。

　　(2)缺点：施工机械需专业人员操作，并要求有充足的工作面保证连续施工。

　　3.5石方开挖施工方案比选结论

　　综上所述，本工程石方开挖最终采用机械化静态岩石分裂爆破技术。

　　4.机械化静态岩石分裂爆破技术应用

　　4.1方法特点

　　新型的机械化静态爆破技术，是一种新型施工工艺。采用静态超级岩石分裂机，运用液压机械方式对岩石进行开裂，在建筑土石方工程中不适合使用炸药的情况下破碎岩石具有很大的技术优势。机械化静态爆破技术作业时无震动、无冲击、无噪声、无粉尘、立即见效不用等待、不间断重复作业、工作效率高、工作效果显著等特点，应用于不能爆破作业并要求产量高、工期紧等技术难度大的土石方工程，比传统膨胀破碎效率更高。

　　4.2工艺原理

　　因岩石的抗压强度高，抗拉强度低，静爆超级岩石分裂机正是利用其抗拉强度低的特性，以高压油为能量源，由液压动力站的泵站输出的超高液压油又经增压器的机械放大后驱动分裂棒内的油缸产生巨大推动力，使分裂机推动劈裂棒中的液压顶向外伸出胀裂岩石，液压力瞬间超高压，能轻而易举的从岩石内部将坚硬岩石分裂，并能使物体按预定方向分裂，达到胀裂破碎开挖的目的。

　　4.3技术准备

　　(1)熟悉并审查图纸，提前核对好平面尺寸和基底标高，了解绝对高程和相对高程，并绘制高程控制网图。

　　(2)现场布设高程控制网，并根据高程控制网放出各单位工程定位轴线控制网、开挖控制边线及标高控制网，报监理单位进行复核，确保符合测量验收规范。

　　(3)熟悉相关质量验收规范和安全措施。

　　(4)踏勘、熟悉现场，明确运输道路、地下管网等，为石方爆破提供可靠的资料和数据，并对地下管网采取有效的防护加固措施。

　　(5)了解岩石性质、作业环境、工程量、破碎程度、工期要求、气候条件情况、节理、走向及地下水情况进行详细调查。确定钻孔参数、钻孔分布和破碎顺序。

　　(6)准备潜水泵QY-25为4台(15m3/h，扬程25m)，用于排除基坑内积水和开挖过程中的雨水。

　　4.4机械及施工人员准备

　　4.5施工前准备

　　(1)施工区段的划分

　　本工程石方爆破分为2个施工段同时进行，第1施工段为1、2、7、8、9楼及部分地下车库所围起来的区域，第2施工段为3‘、4‘、5‘、6。楼及部分地下车库所围起来的区域。

　　(2)

　　石方爆破机械设备组合

　　每个施工段安排液压岩石破碎锤2台，超级岩石分裂机4台，风动钻孔机3台，挖掘机2台，铲车1台，自卸翻斗车9台。

　　(3)石方爆破人员组合

　　石方爆破中配置4名测量人员应随时跟进，控制开挖标高及基坑开挖尺寸，严禁超挖;配置不少于20名普工进行人工修凿边坡与捡底工作。

　　(4)对所有施工人员进行安全技术交底。

　　4.6挖掘机清理浮土

　　用挖掘机清除岩石表层以上的耕植土及粘土，找出岩石工作面：若岩石没有膨胀空隙，需用特大液压岩石破碎机破出100厘米深，至少50厘米宽的膨胀空隙。

　　4.7设计布孔

　　布眼前首先要确定至少有一个以上临空面，钻孔方向应尽可能做到与临空面平行，临空面(自由面)越多，单位破石量越大，效果也更好。切割岩石时同一排钻孔应尽可能保持在一个平面上。孔距与排距的大小根据岩石的硬度程度调整，硬度越大时，孔距与排距越小，反之则大。孔距与排距布置参照下表。

　　为了加快工程进度，结合现场岩石硬度情况，实际采用孔距50厘米，排距80厘米的形式进行布孔作业。

　　4.8钻孔

　　钻孔直径与破碎效果有直接关系，根据现场实际情况决定采用直径为42～45mm的钻头钻孔;钻孔机械采用液压岩石钻孔机，钻孔深度为70厘米。

　　4.9插入劈裂棒，加压分裂岩石

　　检查成孔深度确定达到方案要求，然后将孔内石粉吹尽：接着用超级岩石分裂机将长度为50厘米的液压劈裂棒插入孔内，逐渐加压，直至分裂压力超过岩石硬度值，本工程实际采用分裂压力为450t左右;岩石分裂完成后，及时测量裂缝宽度，要求裂缝宽度不得小于1.5厘米。

　　4.10二次破碎并装运

　　对分裂后较大块的岩石采用液压破碎锤进行二次破碎，然后使用挖掘机装入自卸汽车运到指定弃土场地。

　　4.11进行下一轮循环施工

　　4.12质量保证措施

　　(1)对进场的超级岩石分裂机、风动钻孔机等机械设备必须严格检验，不合格不得使用。

　　(2)对施工机械操作人员必须进行专业岗前培训，考核合格后方可使用机械。

　　(3)严格按照施工方案中的设计孔位布置图进行测量放线，严格控制孔深、角度等技术参数。岩石分裂高程控制在垫层上20厘米左右，不得扰动持力层，剩余岩石采用人工破碎。

　　5结语

　　综上所述，机械化静态岩石分裂爆破技术是常规炸药爆破、静态药剂爆破技术的一种发展、延伸，对于不能爆破作业并要求产量高、工期紧等技术难度大的土石方工程，比传统膨胀破碎效率更高，成本更低，经济和社会效益明显，值得推广和应用。