不同孔徑靜力爆破效果的探討

張超

摘 要：靜力爆破技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新的破碎或切割巖石的方法，選擇合適的孔徑進(jìn)行靜力爆破，不但能實(shí)現(xiàn)縮短工期目標(biāo)，也產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：靜力爆破；不同孔徑；經(jīng)濟(jì)效率

引言

隨著現(xiàn)代靜力爆破工藝的不斷發(fā)展，靜力爆破工程應(yīng)用中常使用φ40mm的孔徑進(jìn)行，也有嘗試用φ76mm、φ50mm孔徑，到底在哪種情況下使用何種孔徑效率、性價(jià)比最高。結(jié)合江門市迎賓西路建設(shè)工程路基石方高邊坡靜力爆破這一工程實(shí)例，通過現(xiàn)場使用三種不同的孔徑進(jìn)行靜力爆破，得到實(shí)踐數(shù)據(jù)，對實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行簡要的探討。

1 工程概況

1.1 工程環(huán)境及方案選擇

為確保迎賓西路按照江門市交通大會戰(zhàn)各重點(diǎn)項(xiàng)目通車時(shí)間目標(biāo)、并與江門大道實(shí)現(xiàn)同步通車，緩解現(xiàn)有江杜路、龍灣收費(fèi)站交通壓力。江門市迎賓西路建設(shè)工程高邊坡靜力爆破地點(diǎn)主要集中在K1+796～K2+580段，巖石主要以花崗混合巖為主，臨近杜阮水利局所屬鉗口水庫大壩、檢修房、值班房；新建鉗口水庫大橋，康寧食品廠、貝麗紙廠、南方電網(wǎng)廠區(qū)、江門協(xié)力廠及新建辦公樓等建筑設(shè)施及廠區(qū)，最近的貝麗紙廠、江門協(xié)力廠及新建辦公樓僅40m，環(huán)境復(fù)雜，業(yè)主方傾向于不采用常規(guī)控制爆破，考慮到現(xiàn)階段政策上不需要使用液態(tài)二氧化碳為主的易制爆氣爆法，決定采用膨脹劑為主材的靜力爆破來實(shí)現(xiàn)工程目的。

1.2 靜力爆破的工藝原理

孔形成后灌靜態(tài)爆破劑，在靜態(tài)爆破劑的作用下使巖石漲裂、產(chǎn)生裂縫，再使用沖擊錘或風(fēng)鎬解小、破除，從而達(dá)到開挖的目的。靜態(tài)爆破劑的破碎機(jī)理：靜態(tài)爆破劑是以特殊硅酸鹽、氧化鈣為主要原料，配合其他有機(jī)、無機(jī)添加劑而制成的粉末狀物質(zhì)，典型的化學(xué)反應(yīng)式為：

CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×104J

當(dāng)氧化鈣變成氫氧化鈣時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，會引起晶體體積的膨脹。根據(jù)測定，在自由膨脹的前提下，反應(yīng)后的體積可增長3至4倍，其表面積也增大近100倍，同時(shí)每摩爾還釋放出6.5×104J的熱量。如果將它注入炮孔內(nèi)，這種膨脹受到孔壁的約束，壓力可上升到50Mpa，介質(zhì)在這種壓力作用下會產(chǎn)生徑向壓縮應(yīng)力和切向的拉伸應(yīng)力。

2 施工方案

2.1 鉆孔參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，盡可能多根據(jù)不同臨空面，采取不同的布孔方法，本工程中由于前期使用機(jī)械開挖施工，已經(jīng)形成了簡易的臺階。這種情況下，設(shè)計(jì)采用垂直布孔方式，垂直鉆孔可以有效保證與臨空面平行。該巖石主要為混合花崗巖，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f值8～15。根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度設(shè)計(jì)參數(shù)如下圖1。

鉆頭完成后孔內(nèi)余水、余渣用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁應(yīng)干凈無土石渣，待孔壁溫度降到常溫后方可裝藥。

2.2 裝藥

靜力爆破裝藥施工的順序及時(shí)間尤為重要。一般采用“同步操作，少拌勤裝”的方式進(jìn)行，各裝藥小組在取藥、加水、拌和、裝藥過程中要做到基本同步，以達(dá)到每個(gè)孔內(nèi)藥劑的最大膨脹壓同期出現(xiàn)的效應(yīng)。

在靜力破碎劑中加入22～32%（重量比）左右的水拌成流質(zhì)液態(tài)后，迅速倒入孔內(nèi)并確保藥劑在孔內(nèi)處于密實(shí)狀態(tài)。每次裝填藥劑，都要觀察確定巖石、藥劑、拌和水的溫度是不是符合要求，灌裝過程中已經(jīng)開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的藥劑（表現(xiàn)開始冒氣和溫度快速上升）不允許裝入孔內(nèi)，從藥劑加入拌合水到灌裝結(jié)束，整個(gè)過程不能超過5 分鐘。

3 開裂效果的比較

裝藥完成后，就是靜力破碎劑晶體開始破碎，體積緩慢膨脹，這種膨脹受到孔壁的約束，壓力上升，巖石在這種壓力作用下會產(chǎn)生徑向壓縮應(yīng)力和切向的拉伸應(yīng)力，從而使巖石開裂。

φ76mm孔徑靜力爆破：由于φ76mm孔徑比較大，炮孔體積大，裝藥量多，靜力破碎劑從開始反應(yīng)到產(chǎn)生裂隙需要時(shí)間13小時(shí)，產(chǎn)生裂隙至完全反應(yīng)則需要16小時(shí)，靜力破碎劑反應(yīng)時(shí)間較長，開裂縫隙比較大，效果較好。

φ50mm孔徑靜力爆破：由于φ50mm孔徑較φ76mm小，炮孔較小，靜力破碎劑從開始反應(yīng)到產(chǎn)生裂隙需要時(shí)間8小時(shí)，產(chǎn)生裂隙至完全反應(yīng)則需要10小時(shí)，反應(yīng)時(shí)間比φ76mm短，開裂縫隙較大，效果好。

φ40mm孔徑靜力爆破：由于φ40mm孔徑最小，炮孔體積也最小，靜力破碎劑從開始反應(yīng)到產(chǎn)生裂隙需要時(shí)間6小時(shí)，產(chǎn)生裂隙至完全反應(yīng)則需要8小時(shí)，反應(yīng)時(shí)間最短，開裂縫隙較大，效果好。

3 經(jīng)濟(jì)效益的比較

在環(huán)境條件及工期等限制的情況下，采用高效的靜力爆破技術(shù)（預(yù)爆破形成貫通裂縫）并結(jié)合機(jī)械拆除的施工方式成為首選，不但能實(shí)現(xiàn)縮短工期目標(biāo)，也產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

以本工程為例，三種孔徑靜力爆破的經(jīng)濟(jì)效益：

φ76mm孔徑靜力爆破：總孔數(shù)約40 個(gè)（孔深2m）。人工成孔單價(jià)為60元/個(gè)，成孔費(fèi)用為40個(gè)×60元/個(gè)=2400元；靜力破碎劑約9kg/m，總重量為：18kg/個(gè)×40個(gè)=720kg；靜力破碎劑單價(jià)為2.5元/kg，該項(xiàng)費(fèi)用為2.5元/kg×720kg×1.1（損耗率）=1980 元，以上費(fèi)用合計(jì)為4380 元。

φ50mm孔徑靜力爆破：總孔數(shù)約48 個(gè)（孔深2m）。人工成孔單價(jià)為40元/個(gè)，成孔費(fèi)用為48個(gè)×40元/個(gè)=1920元；靜力破碎劑約6kg/m，總重量為：12kg/個(gè)×48個(gè)=576kg；靜力破碎劑單價(jià)為2.5元/kg，該項(xiàng)費(fèi)用為2.5元/kg×576kg×1.1（損耗率）=1584 元，以上費(fèi)用合計(jì)為3504元。

（3）φ40mm孔徑靜力爆破：總孔數(shù)約60個(gè)（孔深2m）。人工成孔單價(jià)為36元/個(gè)，成孔費(fèi)用為60個(gè)×36元/個(gè)=2160元；靜力破碎劑約4kg/m，總重量為：8kg/個(gè)×60個(gè)=480kg；靜力破碎劑單價(jià)為2.5元/kg，該項(xiàng)費(fèi)用為2.5元/kg×480kg×1.1（損耗率）=1320 元，以上費(fèi)用合計(jì)為3480元。

綜上，當(dāng)僅考慮鉆孔和靜力破碎劑成本時(shí)，φ76mm孔徑靜力爆破最高，φ50mm和φ40mm孔徑相差不大。

4 綜合比較結(jié)果

三種孔徑綜合比較：φ76mm孔徑靜力爆破成本最高，比其它兩種孔徑高出約25%，巖石開裂時(shí)間最長；φ50mm和φ40mm孔徑成本相差不大，巖石開裂時(shí)間前者比后者略長。由于工地現(xiàn)場的條件限制，液壓鉆機(jī)無法在高邊坡條件下快捷施工，φ40mm孔徑比φ76mm、φ50mm操作更加方便，從成本、開裂時(shí)間、現(xiàn)場環(huán)境三個(gè)因素來比較，使用φ40mm孔徑靜力爆破效益最大，最適合本工程。

5 結(jié)語

在路基建設(shè)項(xiàng)目中，特殊情況和環(huán)境下不允許使用常規(guī)爆破來破碎巖石時(shí)，如何選擇合適的孔徑進(jìn)行靜力爆破，對縮短施工工期，降低工程施工成本。通過在江門市迎賓西路建設(shè)工程路基石方高邊坡靜力爆破的成功應(yīng)用，表明靜力爆破在一定條件下具有相當(dāng)明顯的優(yōu)越性，它既保證了安全要求，還一定程度上降低了施工成本。

由于操作和環(huán)境等諸多客觀因素的影響，靜力爆破也有其局限性。這就要求工程技術(shù)人員在施工中針對不同的爆破對象，不同的環(huán)境、安全、工期要求，選用最適宜孔徑的爆破方案和爆破工藝。

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