高速公路静态爆破施工关键技术浅析

高速公路静态爆破施工关键技术浅析

尚保卫

中国建筑第八工程局有限公司  上海市   200120

摘要：静态爆破技术是一种无需炸药爆炸就能实现岩石破碎的工程技术，因其安全、环保、高效的特点，在岩石开挖、隧道掘进等领域得到了广泛应用。本文详细分析了静态爆破施工的2种新型关键技术，包括静态劈裂爆破法和二氧化碳相变致裂法，并结合工程实践案例，探讨了静态爆破技术的施工要点和注意事项，为相关工程提供了技术参考。

关键词：静态爆破；施工技术；液压劈裂机

引言：随着现代工程建设的快速发展，对岩石开挖技术的要求越来越高。传统的炸药爆破技术虽然效果显著，但存在安全隐患、环境污染等问题。静态爆破技术作为一种新型的岩石开挖技术，以其安全、环保、高效的特点，逐渐受到工程界的青睐。本文旨在分析静态爆破施工的关键技术，为相关工程提供技术指导和参考。

1工程概况

广西大塘至浦北高速公路项目八分部K101+820-K101+880段为深挖路段，路基中心最大开挖深度约18.15m，线路左侧将形成高约37.73m的边坡。K101+920-K102+000段为深挖路段，路基中心最大开挖深度约27.72m，线路左侧将形成高约57.42m的边坡。K109+090-K109+180段为深挖路段，路基中心最大开挖深度约17.61m，线路左侧将形成高约40m的边坡。三处深挖路段线路均穿越丘陵斜坡，斜坡底部为村庄，为保证居民生活的安全，中风化花岗岩石约4.5万立方米采取静态爆破法施工。

2静态劈裂爆破施工方法

2.1工艺原理

岩石具有极高的外部抗压强度，而从内部向外的抗拉强度却很小，针对这种特点，我们采取了新式机械液压劈裂破碎技术，由岩石内部向外破坏岩石内部结构。液压劈裂机由高压液压泵站、系列控制阀、油缸、楔形块组及高压配管等组成。其工作原理为：利用钻机在坚硬岩石上钻孔，然后插入劈裂机的楔形块组件，当启动液压泵站，液压泵站工作产生高压，驱动劈裂机楔形块组的中间楔块向前运动，将反向楔块两边撑开，产生巨大劈裂力（可达5000T），岩石在此劈裂力作用下，沿设定的位置根据需要劈裂开来。较为典型的机载式液压劈裂机（分裂机利用挖掘机本身的液压动力，安装在挖掘机臂上）——愚公斧劈裂机总长约3.0m、工作压力40～60MPa、钻孔直径要求110mm或130mm、理论分裂力5000T、分裂宽度1～3cm。

静态劈裂爆破原理图如下：

图2.1-1 静态劈裂爆破楔块组合示意图

2.2工艺流程

静态劈裂爆破施工工艺流程：测量定位与布孔→机械钻孔→插入液压劈裂棒→加压使岩石劈裂→破碎锤破碎→石方挖运→下一循环。

2.3操作要点

1）根据山体的地质构造、岩质、节理发育状况，岩石的抗压强度等，确定静态爆破的钻孔参数、钻孔分布和破碎顺序等。布孔前首先要确定至少有一个以上的临空面，钻孔方向应尽可能做到与临空面平行，临空面越多，单位破石量就越大。

2）采用潜孔钻机按1.0～2.0m间距、2.0～3.0m排距的要求进行钻孔，多排孔宜采用梅花形，钻孔方向应与岩体的节理方向互相垂直，其破碎效果最好。为提高作业效率，钻孔的作业可以提前进行。孔距和排距的大小与岩石硬度有直接关系，硬度越大，孔距与排距越小，反之则大。根据此原则结合现场试验进行孔距与排距调整。

3）在钻孔中插入液压劈裂棒，打开液压劈裂机液压开关，加压将岩石劈裂。2分钟内岩石即可分裂完毕，单孔效率可达 3～10 m³。

4）液压劈裂机将大面积岩层结构破坏后，再用液压破碎锤作业将大型岩石块二次破碎，并使用挖机挖装，自卸车运走。

5）每施工区域破碎完成后，立即进行清理，掌握浅、漏点情况，安排补清或补钻，清除浅、漏点，并及时总结经验，调整孔、排距。

6）对于小方量石方爆破，亦可采用小型劈裂枪，原理与液压劈裂机相同，其钻孔直径要求40～50mm、理论分裂力500～800T、劈裂时间10～15s，分裂宽度1～2cm。

图2.3-1 一机单枪式小型劈裂机与一机多枪式小型劈裂机劈裂图

3二氧化碳相变致裂施工方法

3.1二氧化碳相变致裂施工法工艺介绍

高边坡二氧化碳致裂施工采用浅孔致裂，孔径为120mm，深度为2.5m，浅孔致裂的优点为施工灵活，破碎效果好，对控制超挖、降低破碎振动、减小破碎冲击波，都能很好的控制。二氧化碳气体以液态瓶装形式由南宁市气体站供应，通过充装泵将液态的二氧化碳充装至圆柱体容器（致裂管）内，装入安全膜、破裂片、导热棒、密封圈，拧紧合金帽即完成了致裂前的准备工作。将致裂筒和智能云致裂触发器及电源线携至致裂现场，把致裂管插入钻孔中采用砂石固定好，连接起爆器电源，当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，气化后的二氧化碳在0.4毫秒内渗入基岩孔隙和裂缝，整体岩石受几何当量冲击波向外迅猛推进，达到致裂效果。

3.2操作要点

1）测量放线

采用全站仪进行测量施工控制，根据设计坡比精确放样出路基边坡开挖线，用白石灰画出轮廓线。

2）设计布眼

根据工程特点，岩石性质、台阶高度、临空面间距等分别布置，不同的工程特点，不同的岩石性质，不同的台阶高度布孔的方式也不同，本工程选用的布孔方式为直列并排布孔方式，由现场管理人员根据现场实际情况进行布孔设计，设计取值约为1.0m-1.5m。

3）致裂参数选取

①临空面台阶高度：H=2m

②超深：h=0.2m

③孔深：L=2.5m

④孔距：b=（0.4-0.6）L，在此取1.0-1.5m

⑤直列孔与临空面间距：a=1.00-2.00m

钻孔必须做到准、平、直、齐四要素，各致裂孔的孔底误差均不得大于致裂深度的5%，致裂孔深度不够、少孔或间距出入太大时一律按规定进行补孔。

4）二氧化碳的充装

根据工程特点，岩石性质、台阶高度及临空面间距、致裂管孔径等分别计算每孔致裂管二氧化碳的充装数量，并在致裂管上标记顺序，二氧化碳气体致裂设备数据采集为：根据二氧化碳气体致裂设备数据，我方采用98mm致裂管，最大充气量为3.7kg，总重为47kg/根，根据现场岩层的不同，充气量相应变化。

5）清孔

致裂孔成型后，装液前要对致裂孔进行检查，一是检查致裂孔内杂质是否清理干净，二是检查致裂孔是否符合致裂参数设计要求的孔深、孔距、排距等。

6）填塞

致裂孔填塞物选用中粗砂作为填塞物，致裂孔有水时要做到排水后方可作业。填塞时要边填塞边用炮杆将填塞物捣实，避免在填塞时造成致裂孔卡堵、填塞不实的现象。致裂前要做好充分的覆盖措施，严防引发飞石事故；禁止无填塞致裂。

7）致裂管连接固定

采用1根国标22mm钢丝绳对所有致裂管进行连接固定，并采用绳卡固定法对接头处进行连接，确保致裂管处于整体状态，在受强劲冲力后不会单个飞出，再采用1根国标22mm钢丝绳对所有致裂管进行连接固定，并采用绳卡固定法对接头处进行连接，起到双层保护的作用。

8）覆盖橡胶炮被

炮被由废旧车轮胎编制而成，需要有较高的强度、弹性和韧性，不易折断，并有一定的重量，不易被致裂气浪抛起，一般要求橡胶炮被厚度不得小于1cm，编织要严密，四面用钢丝扎紧，在致裂前采用2.0*2.0m规格的炮被对致裂管四周2m内距离进行覆盖，并四周采用钢丝扎紧，防止致裂飞石及减少空气冲击波。

9）二次破碎

每一循环二氧化碳静态爆破后对于大块石头，采用破碎锤二次破碎。破碎锤破碎时挖机配合，清除破碎岩体，并将已破碎的岩体装车，运输车辆采用自卸车，运至指定地点。

4技术适用范围

本技术适用于公路、铁路、矿山等需要进行石方开挖的路堑开挖、隧道开挖、混凝土结构物拆除，特别适用于路线附近有构筑物或重要设备等需要保护的地段静态爆破施工。

5结论与展望

通过对静态爆破施工关键技术的分析和工程实践案例的探讨，可以得出以下结论：静态爆破技术作为一种安全、环保、高效的岩石开挖技术，具有广泛的应用前景。在施工过程中，需要严格控制各种技术参数，确保施工的安全性和效率。同时，还需要不断研究和探索新的施工技术和方法，以适应不断变化的工程需求和环境要求。

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