临近营业线石质基坑开挖工艺

【摘要】：以山西中南部铁路通道邹家庄（右线）特大桥的16号基坑开挖为例，考虑临近铁路营业线运营安全，介绍静态爆破技术切割破碎岩石施工工艺，为类似工程提供借鉴实例。

【关键词】：临近营业线 石质基坑 静态爆破

Abstract: Considering the line operation safety near the railway, making the No.16 foundation pit excavation of railway in Shanxi province south central channels (right line) super-large bridge as an example, this paper introduces the construction technology when using the static blasting technology cutting broken rock, which offers reference for the similar projects.

Keywords: the near operation line; rocky foundation pit; static blasting

中图分类号：TV551.4 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

1 引言

静态爆破技术是一种无振动、无飞石，无噪音、无污染条件下破碎或切割岩石、混凝土构筑物的工程技术。

静裂剂是静态爆破技术的核心，它是一种含有铝、镁、钙、铁、氧、硅、磷、钛等元素的具有高膨胀性能的粉状无机材料，它主要是经回转窑煅烧,以生石灰（氧化钙）为主体,加入适量外加剂共同磨粉制成，是流行的新型、环保、非爆炸施工材料。

在目前铁路建设的调整期，铁路建设安全和保证既有营业线运营安全尤为重要，结合济南铁路局的相关文件要求传统的依靠爆破开挖石质基坑的做法显然不能满足以上诸多条件的限制，经过反复论证和对几家静裂剂厂家产品的考察和试验最终选择了较为适应16号基坑岩性的一种静裂剂进行施工，最终也取得了比较好的效果。

2 工程概况

邹家庄（右线）特大桥为单线桥，16号墩基础形式为明挖扩大基础，原地面设计高程46.586m，基坑底面设计高程40.859m，基坑设计开挖深度5.727m。设计地质0-4m为全风化花岗岩，4-5.7m为强风化花岗岩，实际开挖后地质情况为地面以下2.5m-3m位置出现弱风化花岗岩，小里程右侧4.2m以下为强风化花岗岩包裹弱风化花岗岩地层。基坑中心位置距离兖日铁路围护栏杆80m，距离基坑16m的范围内有徐家庄村民房数间，墩位处有徐家庄村一倒虹吸水渠穿越，墩位旁有一条宽度4.5m的村道，人流量较大。

3 方案比选

3.1爆破施工

1、根据济南铁路局规定在既有线两侧1000m范围爆破施工需提前报审施工方案，方案审批后提前一个月填报施工计划，因16#墩设计地质情况与实际地质情况出入较大，即使填报了相关施工计划，铁路相关部门不会给予审批，既有线两侧严禁爆破施工。

2、16号墩临近道路和民房，如采用传统的爆破技术开挖，存在飞石、振动等安全隐患。

3、墩位位置一条灌溉渠通过，施工期间紧邻春季灌溉放水时间，需尽快完成基础。

综合考虑以上几方面原因，不适合采用炸药爆破施工方案。

3.2破碎锤施工

该基岩为整体坚硬弱风化花岗岩，破碎进度慢、效果不明显，据了解若采用破碎锺施工需3个月时间才能完成，时间过长，不宜选用。

3.3静态爆破施工

静态爆破施工简单，易操作，不需专业工种，静裂剂为非危险品，无需办证。

综合以上诸多不利条件的分析与判断，最终决定基坑开挖采用静态爆破技术结合机械加人工清理的施工工艺。

4 施工工艺

4.1工艺流程

静态爆破工艺的施工过程简单且易于操作，首先对拟破碎岩石进行合理的破碎设计（孔径、孔距等的确定）及钻孔，然后将粉状破碎剂用适量水调成流动状浆体，将浆体快速注入钻好的孔中，数小时后在静裂剂的作用下岩石自行胀裂、破碎，在岩石被彻底的破碎脱落后采用挖掘机进行开挖，人工清理碎石，待清理干净后进入新的施工循环。

在基坑开挖的整个过程当中要随时对基坑的积水进行清理，对基坑坑壁的稳定进行有效处理及防护。为保证施工的快速高效的进行，在施工初期一定要做好临空面的设计及开挖，临空面的合理设计及储备是保证施工进度的前提条件。

作业流程：施工前准备设计布孔测量定位钻孔调配药剂装药药剂反应、涨裂清渣进入下个循环

4.2工艺参数的设计

根据被破碎物体的材质、结构、形状和破碎要求等因素设计孔径、孔距、孔深等爆破参数。

爆破工艺参数计算式如下：

L=Ac*Ft*η/[D（1+υ）P]

N=L/L1

L―单位面积上钻孔总长度（mm）

Ac―破坏面积，可按单位面积进行计算；

Ft―被破碎材料的抗拉强度（Mpa），花岗岩取11 Mpa；

η―被破碎材料开裂的经验系数，岩石单面切割取0.8；

D―钻孔直径（m），钻孔孔径为0.036m；

υ―被破碎材料的泊松比，花岗岩0.17~0.36，取0.2；

P―静裂剂产生的膨胀压，与时间、温度、水灰比、孔径有关，岩石为20~50Mpa，取30 Mpa；

L1―单孔的钻孔深度，取1m；

经计算L=6.8，每平方米布孔不小于7个。

经计算确定工艺参数为：孔距为0.4m，排距为0.35m，孔径36mm，孔深为1m，钻孔布置详见下图。

图2 钻孔布置段面图（m）图3 钻孔布置平面图（m）

4.3施工方案

1、施工前的准备

根据施工时的平均气温为12℃，选择II型静裂剂，检查药剂包装是否破损，准备洁净拌和水、盛水桶、拌和盆和水瓢、防护眼镜、橡胶手套、备用洁净水和毛巾。

2、设计布孔

布眼前首先要确定至少有一个以上临空面，钻孔方向尽可能做到与临空面平行，根据工艺参数的设计计算，同排孔距为0.4m，排距为0.35m，孔深为1m。

3、测量定位

根据设计布孔逐排进行孔位放样，逐排作业，不得多排同时作业。

4、钻孔

钻孔的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，易冲孔，根据以往经验本工程拟采用能够直径为36mm钻孔。孔内的余水应用高压风吹洗干净，孔旁应干净无土石渣。

5、调配药剂、装药

水灰比按照说明书提供的参考值3:10进行调配，搅拌均匀。采用多分灌装小组的方式，每小组由主副两名灌装手组成。取药搅拌时，主灌装手负责取药分量和搅拌，副灌装手负责灌装和确保药剂捣实，完成后土工布堵塞孔口。各小组采用“同步操作，小拌勤装的方式操作，每组施工工人在操作前必须穿戴好劳保用品，每次操作循环过程中负责装孔的孔数不能过多，每次拌药量不能超过实际能够完成的工作量。各灌装小组在取药、加水、拌药、灌装过程中应基本保持同步和保持相对距离进行，以免相互影响和冲孔发生安全事故。

6、药剂反应、清渣

设专人观察，每两个小时观察一次 ，8小时后观察到岩石部分开始开裂，14小时后岩石全部裂开，静裂剂失去膨胀能力，开口处可用风枪直接将开裂的岩石凿除。

5 施工安全注意事项

①静力破碎时，发生异常情况，必须停止作业。查清原因并采取相应措施确保安全后，方可继续施工。

② 采用具有腐蚀性的静力爆破剂作业时，灌浆人员必须带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。在相邻两孔之间，严禁钻孔和灌入破碎剂同时施工。

③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，施工现场专门备好清水、醋和毛巾，冲孔时如药剂渐入眼内或皮肤上，应立即用清水兑醋冲洗，情况严重者应立即送医院治疗。

④刚钻孔完或冲孔完的孔，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。

⑤破碎剂的运输和存放应防潮，开封后立即使用。如一次未使用完毕，应立即扎紧袋口，需要时开封。破碎剂严禁与其他材料混放。

6 环保措施

①已发生化学反应的药剂既不能放回药剂瓶，也不允许随地丢弃。为防止土壤污染及对其他构筑物造成腐蚀，要将未反应完成的药剂放在容器内，待化学反应充分完成后，随弃渣一起外运。

②基坑中的渗水由于被药剂污染，必须抽取排放到指定地点，切不可对周围的水体特别是饮用水源造成污染。

7 结语

虽然静态爆破施工由于需要等待药剂反应的时间，进度较慢，但是在无法采用炸药爆破的条件下具有很好的优越性。通过在邹家庄右线特大桥16#墩基坑开挖过程中静裂剂的应用，确保了施工进度和施工安全，积累了施工经验，可以为类似工程提供借鉴。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。