静力爆破施工工法

'静力爆破施工工法(编号：SZJXGF31-2008)完成单位：深圳市市政工程总公司主要完成人：郭伟、张海波、高俊合、武银锋、张振1．前言城市中修建地铁，其重难点之一就是不可避免地要在地下管线及建筑物附近穿越，这不仅需要保证施工主体的安全，还要保证相邻构筑物的安全。尤其是在岩石地段的爆破施工，对于城市市区，巨大的冲击波对周围高大拥挤的建筑物会造成很大的安全隐患，飞石则危及街道上的行人人身安全，粉尘则给城市居民的生活带来很大不便。虽然随着现代及边缘科学的不断发展与应用，城市控制爆破技术已得到了广泛的应用，但是控制爆破产生的振动、冲击、飞石等对周围造成的影响并没有完全消除。并且与相邻构筑物间距几乎为零时，爆破施工也无法满足控制要求。此种情况，可选用静力爆破施工工法。静力爆破是近年来发展起来的一种新型爆破施工技术,由于它可在无振动、无飞石，无噪音、无污染的条件下破碎或切割岩石或混凝土构筑物。深圳地铁2号线东延线土建2222标中安~侨区间矿山法施工竖井系选用此工法成功地越过雨水箱涵。2．工法特点静力爆破技术其实质是岩体上钻孔，在钻孔中灌装静力爆破剂，依靠其膨胀力使岩石产生裂隙或裂缝，从而达到破碎的目的，可在无振动、无飞石，无噪音、无污染的条件下破碎或切割岩石或混凝土构筑物，特别适用于老厂改造和房屋拆迁工程，对于岩石的破碎和切割，不会造成其内伤，提高了成材率，爆破时不会损坏周围的任何物体，在确保安全的前提下又能达到破碎的目的。静力爆破剂属于非燃、非爆、无毒物品，是一种含有铝、镁、钙、铁、氧、硅、磷、钛等元素的无机盐粉末状破碎剂，用适量水调成流动浆体，直接装入炮孔中，经水化后，产生巨大膨胀压力，并施加给孔壁，将混凝土或岩石悄悄地破碎。2.0.1静力爆破法特点：1．高效率、高效益2．操作简单、安全、工期短、成本低；3．提高石材荒料成材率3～4倍；4．易管理，可按普通货物托运、储存、保管；2.0.2环保、安全静力爆破在破碎过程中无震动、无飞石、无噪声、无毒、无污染。静力爆破剂不属于危险品，无公害。可按普通货物进行运输和储存，在购买、运输、保管中无任何限制。2.0.3使用方便使用时按配比要求用水搅拌后灌入钻孔中即可。2.0.4速度快、力量大，且具有可控性一般装药后半个小时左右即可出现裂缝，扩张力可达30~50MPa。按破碎要求，设计适当的孔径、孔距、角度，能够达到“外科手术式”的分裂、切割岩石和混凝土。针对开采岩石可提高石材成材率３－４倍。2.0.5在不适于炸药爆破环境条件下，更显其超众的优越性。新型破碎剂，适用环境温度范围更广(－5℃到40℃)，使用更方便，效力更大。3．适用范围3.0.1静力破碎适用范围非常广泛，概括起来主要应用于下列几个方面：1．不允许和不适宜使用炸药爆破和机械破碎施工的条件下，需要拆除的混凝土工程、岩石松动1 工程。如禁止出现燃点、明火和高温的储油罐、储气罐、油气管线、炸药库、危险品仓库、军火库旁的破碎拆除施工；2．不允许和不适宜出现飞石的铁路复线、高压输电线、通讯光缆旁施工、机关学校、公共场所及密集民宅旁的破碎施工；3．不允许和不适宜出现强烈震动的破碎施工，如建筑物保留拆除、边坡险情处理、文物抢救保护工程、既有管线周围的地下工程；4．不允许和不适宜出现巨大声响和噪声的破碎施工；如城市深夜的破碎施工等。5．城市建筑、大型设备混凝土基础拆除，水利、路桥、隧道等工程需要“静力爆破法”破碎施工的工程。保留部分的岩石和混凝土完整性和结构强度要求不能受到任何损害的破碎拆除。6．贵重岩石荒料开采及石料切割。7．欠挖处理及开挖和支护要求同时进行的边坡处理工程。4．工艺原理4.0.1静力爆破工艺的原理是：人工造孔后，在静力爆破剂的作用下使岩石胀裂、产生裂缝，再用风镐解小、破除达到开挖目的。因此，静爆产品直接影响爆破开挖效果。4.0.2静力爆破剂的破碎机理：1．静力爆破剂进行破碎的机理与炸药破碎机理不同，它主要是靠破碎剂在被破碎体内发生缓慢的化学反应和物理变化而使晶粒变形、温度升高、体积膨胀，以致逐渐增大对孔壁的静膨胀压力作用，使介质产生龟裂而解体，静力膨胀破碎法也称静力迫裂和静力破碎技术。2．岩石或混凝土等脆性介质的抗拉强度远小于其抗压强度，岩石的抗拉强度约为5～10Mpa,混凝土的抗拉强度约为20～60Mpa.通常无声破碎剂的膨胀压力可达30～50Mpa,当炮孔中的静力爆破剂发挥作用时，炮孔周围介质产生周向拉应力，当拉应力值超过介质的抗拉强度时，炮孔之间便产生裂隙，随着膨胀压力的增加，裂隙逐步扩展成裂缝，继而导致介质破坏。4.0.3静力爆破剂是以特殊硅酸盐、氧化钙为主要原料，配合其他有机、无机添加剂而制成的粉状物质，典型的化学反应式为：CaO＋H2O→Ca(OH)2＋6.5×104J（4-1）式中CaO——————氧化钙H2O——————水Ca(OH)2————氢氧化钙J———————焦（热量单位）当氧化钙变成氢氧化钙时，其晶体由立方晶体转变为复三方偏三角面体，这种晶体的转化，会引起晶体体积的膨胀。根据测定，在自由膨胀的前提下，反应后的体积可增长3～4倍，其表面积也4增大近100倍，同时每mol还释放出6.5×10J的热量。如果将它注入炮孔内，这种膨胀受到孔壁的约束，压力可上升到50Mpa,介质在这种压力作用下会产生径向压缩应力和切向的拉伸应力。5.施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程图：施工前准备工作设计布孔测量定位钻孔2 装药药剂反应、清碴进入下一循环图5.1静力爆破法工艺流程图5.2操作要点:5.2.1破碎前应对构筑物构造、性质、作业环境、工程量、破碎程度、工期要求、气候条件、配置钢筋规格及布筋情况进行详细调查；对于岩石破碎需要了解岩石性质、节理、走向及地下水情况。钻孔参数、钻孔分布和破碎顺序则需要根据破碎对象的实际情况（材质种类、钢筋配置情况、岩石性状、破碎或切割的块度等）确定。5.2.2设计布眼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，单位破石量就越大，经济效益也更高。切割岩石（或混凝土）时同一排钻孔应尽可能保持在一个平面上。孔距与排距的大小与岩石硬度、混凝土强度及布筋有直接关系，硬度越大、混凝土强度越高、布筋密钢筋粗时，孔距与排距越小，反之则大，孔距与排距布置，见下表：表5.2.2孔距与排距简易布置表岩石硬度F=4F=6F=8F=12素砼钢筋砼孔距（CM）50--1004030203020排距（CM）8050403040305.2.3钻孔钻孔直径与破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于药剂充分发挥效力；钻孔太大，孔口难以堵塞。推荐用直径为38~42mm的钻头。钻孔内余水和余渣应用高压风吹洗干净，孔口旁应干净无土石渣。5.2.4钻孔深度和装药深度孤立的岩石（或混凝土块）钻孔深度为目标破碎体80%~90%；矿山荒料开采钻孔深度可达到6m左右，大体积需要分步破碎的岩石（或混凝土块），钻孔深度可根据施工要求选择，一般在1~2m较好。装药深度为孔深的100%。5.2.5装药1．向下和向下倾斜的眼孔，可在药荆中加入22~32%（重量比）左右的水（具体加水量由颗粒大小决定）拌成流质状态后，迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态。用药卷装填钻孔时，应逐条捅实。粗颗粒药剂水灰比调节到0.22~0.25时静力破碎剂的流动性较好，细粉末药剂水灰比在32%左右时流动性较好，也可以不通过捅实过程。向下灌装捣实较方便，如施工条件允许，推荐采用“由上到下，分层破碎”的施工方式，方便工人操作。2．水平方向和向上方向的钻孔，可用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入药剂，按一个操作循环所需要的药卷数量，放在盆中，倒入洁净水完全浸泡，30~50秒左右药卷充分湿润、完全不冒气泡时，取出药卷从孔底开始逐条装入并捅紧，密实地装填到孔口。即“集中浸泡，充分浸透，逐条装入，分别捣实”。也可将药剂拌和后用灰浆泵压入，孔口留5cm用黄泥封堵保证水分药剂不流出。3．岩石刚开裂后，可向裂缝中加水，支持药剂持续反应，可获得更好效果。4．对于采石场和超大体积的设备基础破碎施工，操作人员的协调配合很重要。采用“同步操作，少拌勤装”的方式操作。即：每组施工工人在每次操作循环过程中负责装孔的孔数不能过多。3 每次拌药量不能超过实际完成的工作量。各灌装小组在取药、加水、拌和、灌装过程中应基本保持同步，可以让每个孔内药剂的最大膨胀压基本保持同期出现，有利于混凝土和岩石的破碎。5．每次装填药剂，都要观察确定岩石、药剂、拌和水的温度是不是符合要求。灌装过程中，已经开始发生化学反应的药剂（表现开始冒气和温度快速上升）不允许装入孔内。从药剂加入拌合水到灌装结束，这个过程的时间不能超过五分钟。表5.2.5静力爆破剂布孔设计参数表3破碎目标孔深:L相邻孔距:a(cm)排距:b孔径:d(mm)使用量kg/m低硬度岩石1.0H40--100(0.6-0.9)a38--505--10中硬度岩石1.05H30--40(0.6-0.9)a38--5012--22坚硬花岗岩石1.05H25--4030--8038--5018--25石材切割0.9H20--40(0.6-0.9)a38--5012--18素混凝土0.8H20--30(0.6-0.9)a38--5012--18钢筋混凝土0.9H15--30(0.6-0.9)a38--5018--256．药剂反应时间的控制药剂反应的快慢与温度有直接的关系，温度越高，反应时间越快，反之则慢。实际操作中，控制药剂反应时间太快的方法有两种，一种是在拌合水中加入抑制剂。另一种方法是严格控制拌和水、干粉药剂和岩石（或混凝土）的温度。夏季气温较高，破碎前应对被破碎物遮挡，药剂存放低温入，避免曝晒。将拌合水温度控制在15℃以下。药剂（卷）反应时间过快易发生冲孔伤人事故，可用延缓反应时间的抑制剂。抑制剂入浸泡药剂（卷）的拌和水中。加入量为拌合水的0.5%~6%。冬季加入促发剂和提高拌和水温度。拌和水温最高不可超过50℃。反应时间一般控制在30~60分钟较好，条件较好的施工现场可根据实际情况缩短反应时间，以利于施工。6．材料与设备表6-1静力爆破材料用表序号名称单位数量备注按实际施工温度选择合1静力爆破剂Kg若干适的型号，不同型号不可互用。2洁净水L若干表6-2静力爆破设备用表序号名称规格单位数量31空压机12m台12凿岩机SKQ20-Y28台根据现场作业面情况定3全站仪套14水准仪套14 5盛水桶个26拌和盆个37捅棍根38防护眼镜个若干9防护手套副若干10电子称台111量筒个27．质量控制7.0.1静力爆破剂的质量控制对进场材料必须进行检验，确保其符合JC506-92《无声破碎剂》强制性行业标准，不合格产品不得使用；7.0.2打孔质量控制根据调查情况，编写实施性施工方案，按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。钻孔直径宜采用38~42mm。孔距与排距的大小与岩石硬度、混凝土强度及布筋有直接关系，硬度越大、混凝土强度越高、布筋密钢筋粗时，孔距与捧距越小，反之则大。根据此原则结合现场试验进行孔距与排距调整。7.0.3装药的质量控制因本深圳10月份气温在20℃~30℃，故选用无声破碎剂型号SCA-I。禁止边打孔边装药，打孔要一次完成，装药要一次完成。禁止打孔完成后立即装药，应用高压风将孔清洗完成后，待孔壁温度降到常温度后方可装药。灌装过程中，已经开始发生化学反应的药剂不允许装入孔内。7.0.4药剂反应时间控制药剂反应时间一般控制在30~60分钟，控制参数可根据现场的施工条件试验测定相关的施工参数。8.安全措施8.0.1无关人员不得进入施工现场。8.0.2采用具有腐蚀性的静力破碎剂作业时，灌浆人员必须戴防护手套和防护眼镜。孔内注入破碎剂后，作业人员应保持安全距离，严禁在注孔区域行走。8.0.3在相邻的两孔之间，严禁钻孔与注入破碎剂同步进行施工。8.0.4静力破碎时，发生异常情况，必须停止作业，查清原因并取相应措施确保安全后，方可继续施工。8.0.5在药剂灌入钻孔到岩石或混凝土开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。药剂灌装完成后，盖上麻袋或棕垫，远离装灌点。观察裂隙发展情况时应更加小心。此外施工现场应专门备好清水和毛巾，冲孔时如药剂溅入眼内和皮肤上，应立即用清水冲洗。情况严重者立即送医院清洗治疗。8.0.6在破碎工程施工中需要改变和控制反应时间，必须依照规定加入抑制剂和促发剂，并按要求配制使用，严禁擅自加入去他任何化学物品。8.0.7严禁将破碎剂加入水后装入小孔容器内（如口玻璃杯、啤酒瓶等）。8.0.8刚钻完孔和刚冲孔的钻孔，孔壁温度较高。应确定温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药。8.0.9破碎剂运输和存放中应防潮，开封后请立即使用。如一次未使用完，应立即紧扎袋口，5 需用时开封。静力破碎剂严禁与其他材料混放。8.0.10使用破碎剂前请确认操作人员对说明书已仔细阅读并理解。9.环保措施9.0.1施工污水排放：在施工场地按照市政污水排放要求做好深沉池，施工用的污水经沉淀合格后方可排入市政管道；9.0.2已经发生化学反应的药剂不得放回药剂瓶，也不允许随地丢弃。为防止土壤污染及其它构筑物被腐蚀，要采取将未反应完成的药剂放在容器内，待化学反应充分完成后，随碴土一起外运。10.效益分析静力爆破法是在新的建筑环境下产生的一种施工工艺，在不允许使用炸药爆破以及使用机械、人工作业施工方式费用较高、效率较低的状况下，替代进行破裂拆解施工的粉末状高效率工艺，具有操作简单、安全、工期短、成本低，弥补常规爆破受环境及具体条件限制不足等特点，其经济效益是不可估量的。10.0.1与人工配合小型机械施工工期比较：因施工条件受限，只能采用人工配合风镐等小型机械施工。由于岩石强度较高，施工进度非常缓慢，一个工人一个班仅能破除约0.5立方岩石。而采用静力爆破工期可大幅缩短，根据作业面的大小可以多台风钻同时施工，0.7米~1米深孔布孔时间约为2~3小时，装药15分钟左右，等待药力发挥作用约要6个小时，一个循环进尺0.8米左右施工耗时8~10小时,然后采用人工配合风镐进行破碎、清理。10.0.2通过在工程实践中总结，静态爆破单价：752元/m3。其中包含人工费、手持式风钻台班费、风镐台班费、修钎设备台班费、静爆剂及钻头费用。以工程实例3为例单价分析1.布孔、钻孔：5m×7m面积需布孔数计算如下：总孔数：(5m÷0.2m+1)×(7m÷0.2m+1)=936(孔)总钻孔进尺米数：936(孔)×1(m/孔)=936(m)1m3岩石钻孔进尺数：936(m)÷35(m3)=26.7(m/m3)2.拌制、装药、静爆胀裂根据静爆剂使用时，“当孔径为38~42mm时，每米孔可装2±0.2kg静爆剂”，静爆剂消耗量指标为：936孔×1m/孔÷35m3=26.7m/m3。3.风镐解小、破碎、翻渣、清面、修断面一般明爆翻渣不计机械但解小另计。由于静爆使得岩石胀裂，但未破碎，石渣仍紧密，因此还必须使用风镐配3m3移动式油动空压机进行解小、破碎，再进行人工修钎等。4.人工装渣、40t汽车吊吊装、5t自卸车出渣(运距7.5km)，采用现行定额计算单价，不在静爆单价中计列。5.其它辅助材料及人工：主要是拌制过程的保护材料、胀裂过程中需要的保温设施等，按工、料、机之和的5%考虑。6.通过上述分析，静力爆破单价：752元/m3。　11.应用实例实例一：深圳天健世纪花园基坑岩石静力爆破深圳天健世纪花园工程基坑为岩石，需要爆破施工，但由于西侧有煤气管道，常规爆破无法实施，使用了静力爆破，取得了良好的效果。2006年10月竣工验收优良。实例二：深圳龙岗郡城工程基坑为岩石，需要爆破施工，但由于东北角有煤气管道，常规爆破无法实施，使用了静力爆破，取得了良好的效果。工程于2003年11月竣工验收优良。实例三：深圳地铁2号线2222标隧道竖井过箱涵段静力爆破深圳地铁2号线东延线土建2222标位于深圳市福田区。该标段中的安～侨区间隧道由安托山站出站后沿侨香四路向东延伸，下穿侨香路后进入侨香站，大致呈东西走向。本工程特点与难点之一是地下管线繁多，安侨区间矿山法施工竖井设于侨香四道上，施工竖井北侧50cm处为2500×30006 雨水箱涵，该箱涵为北环大道安托山段及安托山上雨水汇集排泄的唯一通道。竖井井身上半部分位于中风化花岗岩地层中，下半部分位于微风化花岗岩中。为控制箱涵的安全，与箱涵平行段的井身部分采用静力爆破施工工法。图11-1竖井与既有雨水箱涵位置关系图施工竖井内净空为5米×7米，整个平行于箱涵需要静力爆破的石方为180立方。本项目自2008年10月日开始，2008年10月15日已安全通过箱涵平行部分，开挖过程中监测数据和施工效果表明，雨水箱涵无任何变化，确保了竖井开挖过程雨水箱涵的安全。7'