淺談機(jī)械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)在石方開(kāi)挖中的應(yīng)用

　　某房建工程緊鄰京滬高鐵運(yùn)營(yíng)線、埋地燃?xì)庵鞴艿溃贿m合采用普通爆破方法進(jìn)行石方施工;為保證安全、經(jīng)濟(jì)、快速～完成石方開(kāi)挖，通過(guò)方案比選，確定采用機(jī)械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)，本文簡(jiǎn)要分析了機(jī)械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)施工特點(diǎn)、施T-3-藝、技術(shù)參數(shù)，為以后類(lèi)似問(wèn)題提供一定的幫助。

　　《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》(月刊)創(chuàng)刊于1957年，是由中國(guó)科協(xié)主管、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)和中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院主辦的唯一綜合性學(xué)術(shù)期刊, 農(nóng)業(yè)工程類(lèi)中文核心期刊，美國(guó)工程信息公司(EI)和美國(guó)化學(xué)文摘社(CA)收錄期刊。

　　前言

　　機(jī)械化靜態(tài)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(shù)優(yōu)勢(shì)。具有無(wú)震動(dòng)、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲、無(wú)粉塵、工作效率高等特點(diǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛，并且可根據(jù)破碎劑性能設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膮?shù)，能夠達(dá)到有計(jì)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(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)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(shè)用地面積4.82萬(wàn)m2，總建筑面積為15.65萬(wàn)m2，其中地上建筑面積為12.07萬(wàn)m2，地下建筑面積為3.58萬(wàn)m2;由1-9住宅樓及地下車(chē)庫(kù)組成，住宅位于庭院四周，中庭為地下車(chē)庫(kù)，各棟樓基坑單獨(dú)成立，中庭地下車(chē)庫(kù)將各棟樓基坑連接在一起，整個(gè)基坑開(kāi)挖深度約2.0-3.4m，中庭地下室車(chē)庫(kù)面積約1.88萬(wàn)m2。預(yù)計(jì)開(kāi)挖土方約4.6萬(wàn)m3，巖石約4萬(wàn)m3。

　　1.2地質(zhì)地貌特點(diǎn)：

　　1.2.1地層結(jié)構(gòu)及巖土物理力學(xué)性質(zhì)

　　本次勘察最大孔深25.00米，依據(jù)野外鑒別及室內(nèi)土工試驗(yàn)，按地基土的成因類(lèi)型、地質(zhì)特征將本場(chǎng)地地基土劃分為三層，現(xiàn)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(chóng)子L等，在34#、35#、44#及46#鉆孔分布為索填土。本層全區(qū)分布，厚度0.20-1.30米，平均0.40米：層底標(biāo)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(qiáng)度稍高，含少量鐵錳結(jié)核。局部含少量碎石及小姜石。本層除30#鉆孔缺失外全區(qū)分布，厚度0.20-5.40米，平均1.42米;層底標(biāo)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?guī)r(∈)

　　中風(fēng)化，深灰色-青灰色，隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)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(fā)育不均勻，多數(shù)地段以閉合狀或微張節(jié)理裂隙為主。頂部巖溶較發(fā)育，完全填充粘性土。巖體基本質(zhì)量等級(jí)lV級(jí)，較硬巖。巖芯采取率60%-70%，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD=40。本層未穿透，在場(chǎng)地內(nèi)全區(qū)分布，最大揭露厚度24.60米。

　　1.2.2地基土的力學(xué)性能評(píng)價(jià)

　　第①層耕土：松散，本層全區(qū)分布，厚度變化較大，工程力學(xué)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(qū)分布，厚度變化較大，工程力學(xué)性能良好：

　　第③層石灰?guī)r：中風(fēng)化，本層未穿透，在場(chǎng)地內(nèi)全區(qū)分布，厚度變化不大，工程力學(xué)性能好。

　　1.2.3地基土承載力特征值

　　根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)資料及野外原位測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)鑒別，結(jié)合附近建筑工程經(jīng)驗(yàn)，綜合提供場(chǎng)地內(nèi)地基土的承載力特征值fak(kPa)如下表：

　　2.本工程石方開(kāi)挖重難點(diǎn)分析

　　本工程巖石太過(guò)堅(jiān)硬，工程量巨大：距離本工程約500m處有一條京滬高鐵運(yùn)營(yíng)線路，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令《鐵路安全管理?xiàng)l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(cè)起向外各1KM范圍內(nèi)，以及在鐵路隧道上方中心線兩側(cè)各1KM范圍內(nèi)，確需從事露天采礦、采石或爆破作業(yè)的，應(yīng)當(dāng)與鐵路運(yùn)輸企業(yè)協(xié)商一致，依據(jù)有關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定報(bào)縣級(jí)以上地方人民政府有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)，采取安全防護(hù)措施后方可進(jìn)行。另距離本工程約30m處有一條埋地燃?xì)庵鞴艿溃鶕?jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之《天然氣管道運(yùn)行規(guī)范》(SY/T5922-2012)的第8.1.1條：管道兩側(cè)各50m線路帶內(nèi)禁止開(kāi)山、爆破、修筑大型建筑物、構(gòu)筑物工程。

　　3.本工程石方開(kāi)挖施工方案比選

　　3.1采用液壓巖石破碎錘破碎巖石

　　(1)優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單，不需辦理相關(guān)手續(xù)。

　　(2)缺點(diǎn)：施mm期長(zhǎng)，需要約150天，成本較高。

　　3.2采用炸藥控制破碎巖石

　　(1)優(yōu)點(diǎn)：施工工藝成熟，施工效率高，成本較低。

　　(2)缺點(diǎn)：

　　a.該工程位于京滬高鐵運(yùn)營(yíng)線路1KM范圍內(nèi)，采用炸藥控制爆破施工需要濟(jì)南鐵路局和當(dāng)?shù)毓簿窒嚓P(guān)部門(mén)審批，手續(xù)辦理時(shí)間很長(zhǎng)：且后續(xù)爆破施工必須根據(jù)鐵路“天窗”時(shí)點(diǎn)安排，影響施工進(jìn)度：預(yù)計(jì)從手續(xù)辦理開(kāi)始到施工結(jié)束需要約130天。

　　b.該工程7-g樓位于高壓燃?xì)夤艿?0米范圍內(nèi)，禁止進(jìn)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(tài)藥劑爆破技術(shù)破碎巖石

　　(1)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需辦理各種備案等手續(xù)問(wèn)題，安全、環(huán)保。

　　(2)缺點(diǎn)：施工工期很長(zhǎng)，需要約200天：成本太高。

　　3.4機(jī)械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)破碎巖石

　　(1)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需辦理各種備案等手續(xù)問(wèn)題，安全、環(huán)保，施工工期最短，需要約80天，成本適中。

　　(2)缺點(diǎn)：施工機(jī)械需專(zhuān)業(yè)人員操作，并要求有充足的工作面保證連續(xù)施工。

　　3.5石方開(kāi)挖施工方案比選結(jié)論

　　綜上所述，本工程石方開(kāi)挖最終采用機(jī)械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)。

　　4.機(jī)械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)應(yīng)用

　　4.1方法特點(diǎn)

　　新型的機(jī)械化靜態(tài)爆破技術(shù)，是一種新型施工工藝。采用靜態(tài)超級(jí)巖石分裂機(jī)，運(yùn)用液壓機(jī)械方式對(duì)巖石進(jìn)行開(kāi)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(shù)優(yōu)勢(shì)。機(jī)械化靜態(tài)爆破技術(shù)作業(yè)時(shí)無(wú)震動(dòng)、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲、無(wú)粉塵、立即見(jiàn)效不用等待、不間斷重復(fù)作業(yè)、工作效率高、工作效果顯著等特點(diǎn)，應(yīng)用于不能爆破作業(yè)并要求產(chǎn)量高、工期緊等技術(shù)難度大的土石方工程，比傳統(tǒng)膨脹破碎效率更高。

　　4.2工藝原理

　　因巖石的抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低，靜爆超級(jí)巖石分裂機(jī)正是利用其抗拉強(qiáng)度低的特性，以高壓油為能量源，由液壓動(dòng)力站的泵站輸出的超高液壓油又經(jīng)增壓器的機(jī)械放大后驅(qū)動(dòng)分裂棒內(nèi)的油缸產(chǎn)生巨大推動(dòng)力，使分裂機(jī)推動(dòng)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(nèi)部將堅(jiān)硬巖石分裂，并能使物體按預(yù)定方向分裂，達(dá)到脹裂破碎開(kāi)挖的目的。

　　4.3技術(shù)準(zhǔn)備

　　(1)熟悉并審查圖紙，提前核對(duì)好平面尺寸和基底標(biāo)高，了解絕對(duì)高程和相對(duì)高程，并繪制高程控制網(wǎng)圖。

　　(2)現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)高程控制網(wǎng)，并根據(jù)高程控制網(wǎng)放出各單位工程定位軸線控制網(wǎng)、開(kāi)挖控制邊線及標(biāo)高控制網(wǎng)，報(bào)監(jiān)理單位進(jìn)行復(fù)核，確保符合測(cè)量驗(yàn)收規(guī)范。

　　(3)熟悉相關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范和安全措施。

　　(4)踏勘、熟悉現(xiàn)場(chǎng)，明確運(yùn)輸?shù)缆贰⒌叵鹿芫W(wǎng)等，為石方爆破提供可靠的資料和數(shù)據(jù)，并對(duì)地下管網(wǎng)采取有效的防護(hù)加固措施。

　　(5)了解巖石性質(zhì)、作業(yè)環(huán)境、工程量、破碎程度、工期要求、氣候條件情況、節(jié)理、走向及地下水情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。確定鉆孔參數(shù)、鉆孔分布和破碎順序。

　　(6)準(zhǔn)備潛水泵QY-25為4臺(tái)(15m3/h，揚(yáng)程25m)，用于排除基坑內(nèi)積水和開(kāi)挖過(guò)程中的雨水。

　　4.4機(jī)械及施工人員準(zhǔn)備

　　4.5施工前準(zhǔn)備

　　(1)施工區(qū)段的劃分

　　本工程石方爆破分為2個(gè)施工段同時(shí)進(jìn)行，第1施工段為1、2、7、8、9樓及部分地下車(chē)庫(kù)所圍起來(lái)的區(qū)域，第2施工段為3‘、4‘、5‘、6。樓及部分地下車(chē)庫(kù)所圍起來(lái)的區(qū)域。

　　(2)

　　石方爆破機(jī)械設(shè)備組合

　　每個(gè)施工段安排液壓巖石破碎錘2臺(tái)，超級(jí)巖石分裂機(jī)4臺(tái)，風(fēng)動(dòng)鉆孔機(jī)3臺(tái)，挖掘機(jī)2臺(tái)，鏟車(chē)1臺(tái)，自卸翻斗車(chē)9臺(tái)。

　　(3)石方爆破人員組合

　　石方爆破中配置4名測(cè)量人員應(yīng)隨時(shí)跟進(jìn)，控制開(kāi)挖標(biāo)高及基坑開(kāi)挖尺寸，嚴(yán)禁超挖;配置不少于20名普工進(jìn)行人工修鑿邊坡與撿底工作。

　　(4)對(duì)所有施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

　　4.6挖掘機(jī)清理浮土

　　用挖掘機(jī)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(méi)有膨脹空隙，需用特大液壓巖石破碎機(jī)破出100厘米深，至少50厘米寬的膨脹空隙。

　　4.7設(shè)計(jì)布孔

　　布眼前首先要確定至少有一個(gè)以上臨空面，鉆孔方向應(yīng)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(shí)同一排鉆孔應(yīng)盡可能保持在一個(gè)平面上。孔距與排距的大小根據(jù)巖石的硬度程度調(diào)整，硬度越大時(shí)，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(jìn)度，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖石硬度情況，實(shí)際采用孔距50厘米，排距80厘米的形式進(jìn)行布孔作業(yè)。

　　4.8鉆孔

　　鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況決定采用直徑為42～45mm的鉆頭鉆孔;鉆孔機(jī)械采用液壓巖石鉆孔機(jī)，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(dá)到方案要求，然后將孔內(nèi)石粉吹盡：接著用超級(jí)巖石分裂機(jī)將長(zhǎng)度為50厘米的液壓劈裂棒插入孔內(nèi)，逐漸加壓，直至分裂壓力超過(guò)巖石硬度值，本工程實(shí)際采用分裂壓力為450t左右;巖石分裂完成后，及時(shí)測(cè)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(yùn)

　　對(duì)分裂后較大塊的巖石采用液壓破碎錘進(jìn)行二次破碎，然后使用挖掘機(jī)裝入自卸汽車(chē)運(yùn)到指定棄土場(chǎng)地。

　　4.11進(jìn)行下一輪循環(huán)施工

　　4.12質(zhì)量保證措施

　　(1)對(duì)進(jìn)場(chǎng)的超級(jí)巖石分裂機(jī)、風(fēng)動(dòng)鉆孔機(jī)等機(jī)械設(shè)備必須嚴(yán)格檢驗(yàn)，不合格不得使用。

　　(2)對(duì)施工機(jī)械操作人員必須進(jìn)行專(zhuān)業(yè)崗前培訓(xùn)，考核合格后方可使用機(jī)械。

　　(3)嚴(yán)格按照施工方案中的設(shè)計(jì)孔位布置圖進(jìn)行測(cè)量放線，嚴(yán)格控制孔深、角度等技術(shù)參數(shù)。巖石分裂高程控制在墊層上20厘米左右，不得擾動(dòng)持力層，剩余巖石采用人工破碎。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，機(jī)械化靜態(tài)巖石分裂爆破技術(shù)是常規(guī)炸藥爆破、靜態(tài)藥劑爆破技術(shù)的一種發(fā)展、延伸，對(duì)于不能爆破作業(yè)并要求產(chǎn)量高、工期緊等技術(shù)難度大的土石方工程，比傳統(tǒng)膨脹破碎效率更高，成本更低，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯，值得推廣和應(yīng)用。