浅论静态爆破技术在路堑开挖施工中的应用

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　　摘要：本文首先介绍了静态爆破技术的概念、原理和在工程中的优点，然后就静态爆破技术在路堑开挖工程中的设计内容进行了详细的阐述，为以后静态爆破技术在国内工程的发展提供了理论借鉴。
　　关键词：静态爆破；路堑开挖；应用
　　静态爆破是近几年在工程施工中兴起的一种劈裂和破碎混凝土或岩石的新型技术，虽然常规的炸药爆破在爆破工程中应用的最为广泛，但是静态爆破法在特殊环境下的石方开挖以及钢筋混凝土拆除工程中具有十分实用的价值以及良好的适用性。
　　静态爆破法大多使用化学膨胀破碎剂进行爆破，其优点就是无飞石、无振动、无噪音、无粉尘、无污梁、无冲击波、无硝烟、无毒、不影响周围环境，而且可以有效控制爆破的爆破面，静态爆破法工期较短、施工安全、成本较低廉。虽然静态爆破法相对普通炸药爆破没有强大的破碎效果，但它不会产生瞬时冲击波，也不会满天粉尘、碎石乱飞，而且普通爆破所产生的巨大冲击波和强烈噪音，对周围的环境（特别是邻近建筑及生物等）会造成极大的损害，此外空气中的粉尘和瞬时抛出的飞石不但可能会危害工人及周围居民的健康还会危及人身安全和国家财产。京秦高速公路迁西支线LJ-4标段K18+800~K19+050段路基挖方段有挖石方约7万立方，因该路堑挖方段距离村庄民房最近处不足20米，不适宜普通的爆破施工，像该高速这样的因距离村庄较近、上有高压线等的特殊工程或特殊地段，为控制爆破安全范围、减少爆破本身对被爆破结构和邻近物体的影响而不能使用普通爆破，那么在这些特殊条件下的爆破则必须使用静态爆破法，并且在京秦高速迁西支线的实际施工中在静态爆破结合破碎锤施工的挖方效果比较理想。
　　1静态爆破技术
　　1.1 静态爆破的概念和原理
　　静爆开挖最早起源于20世纪90年代初期，是一种新型的爆破开挖方式，被工程师广泛应用于各类道路路堑边坡、桥涵基础以及隧道开挖中。静爆开挖法在破碎过程中没有震动、不产生飞石、噪声小、无污染，应根据施工时的具体破裂需要和环境温度等约束条件选择合适的静爆产品。静爆开挖的主要施工工艺是在人工造孔后，使用静态膨胀剂使需爆破处的岩石胀裂、裂缝、碎落，然后结合破碎锤解小并使用挖掘机将其逐层运走，从而开挖岩石。静爆产品的好坏直接关系到静态爆破的好坏，关系到开挖工程效果的优劣，在实际工程施工中应用最多的静爆产品就是静态膨胀破碎剂。
　　静态破碎剂又被称作无声破碎剂或称作静态爆破剂，是一种新型的、环保的非爆破施工材料，外观一般为灰白色，是一种能够替代炸药能使岩石或混凝土破碎的粉状工程施工材料。破碎剂破碎岩石的作用原理就是首先在介质上钻孔，将静态破碎剂加到孔洞中，然后加水待其发生水化反应，破碎剂的晶体结构产生变形、体积膨胀，但是体积膨胀受到孔壁的反作用，破碎剂产生的能量产生膨胀压力并作用在岩壁上，从而缓慢的将岩层挤裂破碎。
　　1.2静态爆破技术的优点
　　静态爆破剂在工程施工中得到了广泛应用，这主要得利于它在工程应用中的特点及优点。静态爆破剂相对普通爆破炸药，具有安全可靠、不需办理炸药爆破许可证、方便快捷等优势，通常作为一种非爆炸危险品进行管理，而且在爆破工程施工前不需要预埋雷管，操作时不需要专门的爆破专家，购买、运输和使用静态爆破剂也与其他普通建筑材料一样。静态爆破剂在整个使用过程当中，不产生噪音，振动较小，不产生粉尘、飞石，不释放有毒气体、无污染，是一种比较环保的爆破材料。静态爆破施工的操作简单易懂，不需复杂的施工专业知识和相关经验，将爆破剂用水搅拌后灌入孔洞中即可使岩石破裂。而且静态爆破剂的温度敏感性较低，当环境温度在在- 5℃到40℃之间即可，要求宽松、使用方便、效果明显。
　　2 静态爆破在路堑开挖工程中的设计内容
　　对于路堑开挖工程，如果采用炸药爆破，产生的飞石和震动对周边的村庄、施工设备、工作人员以及高压线路的安全存在较大的威胁，随时可能会给邻近村民、工程设备及施工人员造成伤害，甚至影响电力供应，延误工期，产生巨大的经济损失。如果单纯采用凿岩机对岩石进行破碎，处理，不仅工效低、进度慢，而且成本较高。而采用静态爆破工艺对路堑中的硬质石方进行破碎开挖，不但可以确保工程施工进度和施工安全，而且具有较好的成本控制，成本较低，效果较好。静态爆破的施工原理就是利用静态破碎剂在水化膨胀后能够产生径向压力对孔壁施压，当破碎剂产生的径向压力在孔壁的切线方向上的拉应力分量超过岩石的极限抗拉强度时，岩石就会被破碎，整个过程安全低噪，无冲击波、无飞石、无震动，具有极高的安全性和实用性。
　　影响静态爆破效果的因素有很多，其中破碎剂的品质是较为关键的一个因素，它直接决定破碎剂在炮孔中水化后产生的膨胀压力的大小，施工时应选用稳定、膨胀效果好的的破碎剂。此外，静态破碎效果除了与破碎剂的性能有关外，还与破碎条件、介质强度以及炮孔排列、破裂参数有很大的关系。因此必须对静态爆破进行系统准确的设计，以达到爆破的最佳效果。
　　2.1钻孔布置设计
　　被爆破岩石的自由面越多，单位破石量就越大，施工效果也就更好，所以在爆破工程设计中应尽可能多的创造自由面的个数，而且针对不同的自由面应选取相应的布孔方法。钻孔布眼前首先要确定一个或多个自由面，且应保持钻孔方向与自由面平行。道路路堑上同一排钻孔应尽量在同一个平面上，如果设计的钻孔角度与路堑设计坡度相等则可以得到类似光面爆破的效果。
　　钻孔形状一般按照梅花形或者方格形进行布置，对于爆破厚度不超过2 m的岩层，可直接垂直孔钻贯穿整个岩层，对于厚度超过2m的岩层宜分层破碎，且每层破碎进尺不宜超过2m。同一岩石上的同一排钻孔要尽量布置在同一平面上，并尽量布置在与自由面平行的方向。在安装破碎剂时应先四周、后中间，进行全孔长灌注。对于只有一个自由面的完整连续岩石，应先在岩石中部进行集中破碎，待凿出新的自由面后再对两侧岩石进行破碎。
　　2.2破裂参数设计
　　2.2.1孔径
　　孔径是除破碎剂性能以外又一严重影响破碎剂破碎效果的重要因素，如果钻孔过小则不能充分发挥药剂的效力，若孔径过大，则相应的破碎剂的填量就较多，产生的膨胀力也会随之增大，容易发生喷孔。而且，过大的孔径会使钻孔速度明显下降、破碎剂用量明显增大，造成工期延长、成本增加。对于一般的路堑开挖工程孔径多选用34到 45mm，爆破效果相对较好。
　　2.2.2孔距
　　当其他设计条件不变时，应根据岩石的抗拉强度来设计孔距，岩石强度越高孔距应越小，岩石的强度越低则孔距应越大。此外，还应该根据破碎剂的孔径和膨胀压力来调节孔距，孔径越大、膨胀压力越大，则孔距应越大，反之则应越小。孔距的大小必须符合工程实际情况，相对来说，孔距越小破碎效果越好，但是过小的孔距会增加孔数，增大钻孔工作量和破碎剂的用量，满目增加施工成本，因此必须选择合适的孔距大小，经多次现场施工的经验，一般孔距取40~50 cm是比较适宜的。
　　2.2.3孔深、排距
　　孔深与岩石的约束条件以及岩石的破碎高度有关，可使用经验公式进行计算求得。排距与破碎剂膨胀压力、岩石强度以及自由面个数有关，破碎剂膨胀压力越大、岩石强度越小、自由面个数越多则排距应越大，反之则应越小。
　　3结语
　　从实际工程中我们可以知道，静态爆破能够有效解决在某些特殊环境或特殊情况下不可以使用常规炸药对岩石爆破开挖的问题，静态爆破无冲击波、无飞石、无噪音、振动小、污梁少、无粉尘、无硝烟、无毒、不影响周边环境的优点使其在道路、建筑、隧道、铁路等领域得到了广泛应用。
　　静态爆破既能保证工程的安全要求，又具有良好的环保效果，缩短了工期，提高了施工效率，大幅缩减了工程成本，而且静态爆破施工简便、操作安全，不需要专业的爆破人员。针对不同的施工要求和环境条件，选定合理的爆破参数和施工技术即可取得良好的爆破效果。

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