静态爆破法在深圳地铁施工中的应用

徐琛

摘 要静态爆破是近年来发展起来的一种新型爆破施工技术，它可在无震动、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7号线西丽站—茶光站区间矿山法施工竖井系选用此工法成功地进行了中风化花岗岩开挖施工，并成功保护了距竖井开挖边线东侧仅 3.74m的燃气管线。

关键字静态爆破；矿山法；施工竖井；地铁

中图分类号：U231文献标识码： A

1前言

近年来， 随着工业、 交通和城市建设的飞速发展，混凝土构筑物的拆除及石材、煤矿的开采急剧增加， 迫切需要发展一种破碎效率高、 破坏力容易控制、施工安全、没有环境污染的破碎方法，静态爆破在这种情况下应运而生。静态爆破工艺原理是在人工造孔后， 利用静态破碎剂对被破碎物进行缓慢地加载直至其开裂破碎，再用风镐解小、破除以达到开采、开挖、拆除的目的。本文从静态爆破的机理出发，介绍静态爆破的施工工艺及操作要点， 并以深圳地铁7301-1 标西丽站—茶光站区间矿山法竖井施工为案例，介绍了采用静态爆破开挖中风化花岗岩，并成功保护距竖井开挖边线东侧仅 3.74m的燃气管线的施工工艺。

2静态爆破工艺概述

2.1 静态爆破破碎机理

静态爆破剂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。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 5~10 M Pa，混凝土的抗拉强度约为20~60 M Pa。 通常无声破碎剂的膨胀压力可达30~50 M Pa， 当炮孔中的静态爆破剂发挥作用时，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。

2.2 静态爆破施工特点

静态爆破技术其实质是在岩体上钻孔，在钻孔中灌装静态爆破剂，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，可在无震动、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，且会提高成材率，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。

静态爆破法具有以下优点：（1）高效率、高效益。 静态爆破可提高石材荒料成材率3~4倍 ，易管理 ，可按普通货物托运 、储存 、保管。（2）环保、安全。 静态爆破在破碎过程中无震动、无飞石、无噪声、无毒、无污染。 静态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。（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。（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。

3静态爆破工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

图1 静态爆破法工艺流程

3.2 操作要点

（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； 对于破碎岩石需要了解岩石性质、节理、走向及地下水情况。

（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， 临空面越多，单位破石量就越大，经济效益也更高。

（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，易冲孔。

（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的80%~90%；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 1~2 m 较好。

（5）装药

(1) 向下和向下倾斜的眼孔， 可在药剂中加入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。

(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 s 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 5 cm用黄泥封堵，保证水分药剂不流出。

(3)药剂反应时间的控制

药剂反应的快慢与温度有直接关系，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，药剂存放在低温处以避免曝晒；将拌合水温度控制在15℃以下。 拌和水温最高不可超过50℃。 反应时间一般控制在 30~60 min 为好， 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。

4静态爆破在深圳地铁7301-1标的应用

4.1 工程概况

深圳市城市轨道交通7号线工程西丽站～茶光站区间起于西丽站南端，止于茶光站北端，区间总长度为872.533m。西茶区间矿山法竖井位于深圳市南山区沙河西路工商银行前面，旁边为加油站和公交站牌，人员较多，存在较大的安全隐患，且破坏后果严重。据地质勘察报告，竖井锁口圈顶面高程下1m为中风化岩层，需采用静态爆破法施工,开挖尺寸为9.3m*5.7 m，开挖面积为53.1 m2。其中，燃气管距离竖井内边东侧3.74米，有一根1.5kg中压燃气管线贯穿场地南北方向，直径300mm的PE管，管顶埋深0.8m。其管线位于施工便道下方，并且竖井范围内下挖1m后即为中、微风化岩层，须进行爆破施工，存在极大的安全隐患。

图1.竖井与燃气管线位置关系图

4.2 工程实施

对于静态爆破，临空面（自由面）越多，单位破石量就越大，经济效益也就越好。由于竖井开挖时只有一个临空面， 因此在对井中块石及基岩破碎前应尽可能多地创造临空面。由于岩石大小不一，对于小的块石，要尽量将块石周围的土层全部剥开，将整个块石暴露出来，以增加临空面；钻孔按十字网格状布置，采用垂直孔钻穿整个块石；同一排钻孔要布置在同一平面上，并尽可能地与临空面平行；在装药时按“先四周，后中央”的顺序进行全孔长灌注。对于大的岩石，如基岩，先在中间钻两排密集垂直孔，装药破碎后将碎石掏出，形成槽形空间，增加临空面，以方便两侧岩体的破碎；然后再钻周边孔及辅助破碎孔，周边孔采用斜孔，孔口距开挖轮廓线不大于5 cm，孔底落在开挖轮廓线上；辅助破碎孔采用垂直孔；同一排钻孔要布置在同一平面上，装药时全孔长灌注，先装辅助破碎孔，再装周边孔。

装药完成后，一般 12 h 后，胀裂过程完成。采用人工配合风稿及炮机进行开挖作业。

5结论

静态爆破工艺可以在无震动、无污染，不影响周围建筑结构的情况下对地基或建筑物实施爆破，既安全，又大量节省人力、工期、材料。因而，在不适用炸药爆破环境条件下及其他安全要求高的敏感区，更显其优越性。 深圳地铁7301-1 标西丽站—茶光站矿山法区间竖井（中风化花岗岩层）采用静态爆破工艺进行开挖，在保证施工质量及工期的要求下，成功地保护了离竖井边线仅3.7m 的 燃气管线，取得了显著的社会及经济效益，并为其它类

似工程积累了施工经验。取得了显著的社会及经济效益，并为其它类似工程积累了施工经验。

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