公路工程静态爆破预裂试验与施工技术分析.pdf

113交通科技与管理工程技术0引言静态预裂爆破是目前较先进的一种爆破技术，其裂纹向外主要以劈裂为主，沿轴向贯通后形成破岩界面，结合纵向剖面破岩效果分析认为，破碎剂膨胀作用较为强烈，破裂后裂纹扩展呈不规律分布，达到了破碎岩体的效果。1静态爆破预裂试验1.1试验设计试验设计参数见表 1。收稿日期：2023-09-27作者简介：裴巧巧（1979）,女,本科,工程师,从事公路工程建设工作。通信作者：申铁军（1980）,男,本科,高级工程师,研究方向：静态爆破与聚能爆破。公路工程静态爆破预裂试验与施工技术分析裴巧巧1,申铁军2（1.山西路桥第四工程有限公司,山西 大同 037006;2.山西路桥建设集团有限公司,山西 太原 030006）摘要 文章通过设计进行了现场膨胀剂静态爆破试验、破岩级配数值模拟分析，观测了不同布孔参数、装药结构条件下膨胀剂破岩的破岩级配、反应时长及裂岩情况，得到了施工背景下膨胀剂与岩层的相互作用规律,详细地分析了试验过程，通过破岩效果的对比认为，试验布孔参数在设计范围内均可以达到裂开岩石的效果，达到了保证了施工安全、质量的目的。关键词静态；爆破；预裂；破岩；试验中图分类号U415.6文献标识码B文章编号2096-8949（2023）22-0113-03表 1试验设计参数一览表分组孔数/个孔径/cm纵距/cm横距/cm最小抵抗线/cm孔深/cm单孔药量/kg水比例 A6274040401.22.03 1B4275040401.22.03 1C337504050、401.22.03 1D337505050、501.22.03 11.2试验操作试验前，准备施工材料、设备、场地、人员，确定试验设计及施工组织安排，告知作业人员施工安全、质量注意事项，作业人员熟悉、了解操作要点。（1）在试验前 3 d 需连续 3 d 早晨 8:00 测量试验岩体表面温度，确定施工时段岩体温度小于 35。（2）在试验前 2 d 需测量放样、试验资料收集、钻孔作业、试验资料收集。（3）在试验前 1 d 需检查试验相关的各项工作，材料方面主要是膨胀剂、搅拌桶、砂桶、木棒、安全防护用品、称重秤、大量杯；人员方面主要是试验作业人员、试验资料收集人员和试验现场人员已了解注意事项，熟悉操作要点1-3。（4）在试验当天需现场人员、物资准备就绪，作业人员拌药、装药，工效按每次 2 个孔 4 min 考虑，试验共计 48 个孔，预计用时 100 min（作业暂时按照 3 个工人考虑）；试验资料收集人员按要求收集试验资料后快速清理现场，布设安全警示带围护试验区，试验所有人员远离试验区。（5）确定静爆完成后，整体判别静爆效果，试验资料人员收集静爆资料。由于高温天气，膨胀剂温度的敏感性，试验选时上较为严苛。项目顶管工程，顶管内部温度低、含水少，可不受此限制。1.3试验数据采集（1）施工准备：技术准备。试验作业前按照厂家提供的资料，参考建筑施工计算手册确定试验设计方案，并明确试验安全注意事项，对参与试验所有人员进行安全注意事项告知。物资准备。试验钻孔采用项目部目前已有的钻孔设备，橡胶手套、护目镜、安全帽、反光背心采用项目部采购的合格产品，搅拌桶、带刻度的大量杯、木棒、称重仪器、遮阳伞、测温仪、砂桶、漏斗及软管在试验前准备合格产品。试验所用的膨胀剂按厂家要求做好试验前的存贮。现场准备。施工前准备好膨胀剂样品，并清理试验区场地，露出破岩岩面。采用测温仪测量早晨 8:00 左右（时间宜早）温度，确定施工岩体满足 35 内的施工2023 年第 4 卷第 22 期114交通科技与管理工程技术温度。试验作业面应满足人员进出、操作的空间要求，具有岩块爆破抛掷临空面与操作临空面。（2）作业前准备。依据相关文献、厂家施工资料，装药时岩体温度超过 35。极易出现膨胀剂受高温反应的爆聚情况，因此施工选择在早晨进行，尽量在中午前结束试验。试验前 3 d，采用测温仪早晚测量岩块温度，确定满足试验条件，并在试验当天在测温满足要求后方可进行试验。试验现场做好场地清理，具有良好的作业人员进出、钻孔、拌和、装药空间，出露岩面水平完整且形状规则。2静态爆破预裂施工山西省国道 241 线沁源后沟至平遥香乐段公路新建工程，路线全长 51.028 km，其中路基第二合同段路线长6.55 km，起点桩号位于 K12+000 处(宁固镇净化村），终点桩号 K18+550 处（中都乡曹村）。工程中标价9 545.39 万元，合同工期 2021 年 4 月 28 日 2022 年 9月 25 日，主要节点工期见表 2。表 2工程主要节点工期计划一览表序号主要节点开始时间完成时间1临建工程项目驻地、试验室建设2021.05.012021.05.25混凝土拌和站2021.05.012021.05.302路基工程2022.08.152023.11.93涵洞工程2022.08.152023.09.224防排工程2023.03.012023.12.065桥梁工程2022.08.252023.10.206收尾工程2023.10.202023.12.312.1施工工艺流程主要施工工艺流程：施工准备 测量定位 钻孔作业 拌和、装药 药剂反应 清渣。膨胀剂不宜在室外高温环境存放，施工现场拌和、装药需在 5 min 内完成，因此前道工序全部在拌和、装药前一天完成。2.1.1测量定位依据布孔参数采用卷尺量测各点位位置，并使用红漆喷涂点位作为标识，测量以临空面边线为基准线，首先平行于基准线标识第一排孔位，然后按孔位间距布设其他孔位4。2.1.2钻孔作业（1）钻孔作业由佩戴安全防护用品的作业人员进行施工，试验孔位为水平向下倾斜孔位，深度 0.9 m，钻孔前在钻杆标识明显的刻度标识，便于钻孔深度控制。钻孔完成后及时清理现场，孔内采用风管冲出残渣，检查岩块受钻孔作业损伤程度，并复核孔位分布。（2）破岩区间段地表采用螺杆空气钻设备钻孔，孔径分两种类型，一种是 75 mm 破碎孔，一种是 200 mm自由孔，钻孔深度至顶管底标高，其中最大深度为19 m，区间段 75 mm 破碎孔布置 5 排，200 mm 自由孔布置 4 排，沿着顶进方向孔位间距为 500 mm，横向间距为 400 mm，拌和、装药 12 h 破岩顶管机迅速进行穿越岩层施工并做好全过程地表沉降监测5。2.1.3拌药、装药（1）膨胀剂受温度影响明显，拌药、装药作业在清晨 6:00 左右进行，试验前再次测量孔位、孔内温度，确保拌药、装药时岩体温度低于 30 6，装药结束后一个小时内岩体温度依旧不超过 35。膨胀剂与水在清晨运输到现场，避免长时间露天存放影响药剂性能7。（2）依据厂家提供的资料，现场按照 1 3 的比例进行水、膨胀剂配比拌药8，现场拌药按照单次少拌、勤拌、迅速拌和的既拌既用原则进行作业9，使用称重仪严格控制每次拌和的水、膨胀剂重量，作业人员按要求穿戴好防护镜等安全防护用品10，作业人员着装应穿长袖、长裤、胶鞋等覆盖身体全部部位服装，未满足着装的试验参与人员避免近距离接触膨胀剂11。拌和由三人一组操作，其中 1 人负责称量、供料，采用砂桶、水桶分别供应称量合格的水与膨胀剂；另 1 人采用木棒或竹棒在桶内搅拌，在拌和至流质状后迅速倒入孔内；剩余 1 人拌药、装药完成后快速离开现场后远离作业面，采用具有一定强度的遮挡板对药孔进行遮挡，远距离等待药剂反应破岩。3静态爆破预裂试验分析3.1装药工艺以实际操作能力组织作业相关数据表见表 3。表 3相关统计数据一览表序号工序用时/min破碎剂/kg水/kg备注1取料称重1.03.00.0称量需在平整地面2取水倒入1.03.01.0需供应连续水源3快速搅拌均匀1.03.01.0采用木棒或竹棒4倒入药剂2.03.01.0称量膨胀剂5捣密补药1.03.01.0 捣密后再次补充药剂3.2试验结果孔间距为 500 mm，最小抵抗线为 500 mm，破岩时长约 12 h，见表 46、图 12。表 4相关统计数据一览表序号时间现场情况试验组18:27装药完成、遮挡全部29:22部分椭圆孔冲孔D311:13碎岩声响AD413:17碎岩声响ABD514:30碎岩声响全部616:27进作业面见裂纹全部718:27进作业面见裂纹，且碎块位移増大AC821:27碎岩、裂纹未见明显扩展全部115交通科技与管理工程技术 图 1静态爆破试验图图 2现场施工后效果图4结束语综上所述，该文提出了由地表钻孔深入地下改造地层的静态爆破预裂施工技术，通过采用“自由孔+破碎孔”破岩组合工艺处理作业区岩体，大大提高了施工工效。参考文献1 徐庭,陈寒,姚壹星,等.上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置及其施工方法 P.湖北省：CN115406316A,2022-11-29.2 王龙飞,李兴龙,李光杰,等.一种上软下硬复杂地层地铁顶管通道的修建方法 P.山东省：CN116357333A,2023-06-30.3 陈寒,张国才.高速铁路临近营业线粉砂粉土地质条件下深基坑开挖安全分析和探索 J.海峡科技与产业,2017(7):159-162.4 陈寒,张国才.浅谈既有铁路交叉渡线道岔插铺关键技术 J.海峡科技与产业,2017(6):129-135.5 温法庆,王朝晖,闫帅帅,等.一种上软下硬地层中大断面矩形顶管设备及施工方法 P.天津市：CN116181339A,2023-05-30.6 申铁军.铁尾矿渣代换碎石用于水泥混凝土的可能性研究 J.青海交通科技,2021(3):150-158.7 申铁军.改进型液压爬模在桥梁双薄壁变截面空心高墩的施工应用 J.福建交通科技,2022(2):92-97.8 申铁军.基于 RAP 的新型热再生设备性能评价与优势分析 J.北方交通,2023(1):63-66.9 申铁军,汪晓勇.人工挖孔桩成孔新型定位装置的应用研究 J.黑龙江交通科技,2020(8):126-127.10 申铁军,汪晓勇.煤化工固体废渣用于路面工程无机结合料试验研究 J.黑龙江交通科技,2020(6):5-7.11 王晓慧,申铁军.山西朔神高速公路科技创新体系建设实践分析 J.交通科技与管理,2022(23):22-24.表 5爆破试验工程占地统计表序号位置占地时间元/公顷 年使用费/元复垦费/万元青苗、减产补偿费用/元合计费用/元备注1K59+1802022.42023.1012 000100 00034 400134 400租金 10 万元/年2K70+5002022.42023.912 00048 36066 21322 165136 738占 1 年补 2 年2022.42023.912 00078 64896 75936 047211 454占 2 年补 3 年3K97+2002021.52022.1212 0008 4728 472机耕道路加宽2021.52022.1212 00086 304118 16517 980222 449占 2 年补 3 年4K122+2002021.52024.612 0007 2007 200机耕道路加宽2021.52024.612 00057 69678 996101 330238 022占 2 年补 3 年2021.52024.612 00062 56885 666102 345250 579占 2 年补 3 年5K148+8002022.52023.612 0006 52813 4072 04021 975占 1 年补 2 年2022.52023.612 00080 00080 000租金 8 万元/年注：根据地方要求：“土地复垦后一次性给予 7 500 元/公顷减产补助”；基本农田需一次性给予 9 000 元/公顷青苗补偿款。政府要求“临时占用土地补偿标准按 12 000 元/公顷/年予以补偿，土地复垦后一次性给予 7 500 元/公顷减产补助”占地费用为占二补三。土地复垦：30 cm 石渣垫层+15 cm 混凝土硬化，回填 50 cm 素土，按清理石渣 5 元/m3，挖石方 8.86 元/m3，填方4.2 元/m3。表 6爆破试验工程安全控制项目与费用表序号项目号安全生产费用支付项目金额/元占安全费总额的比例/%1一完善、改造和维护安全防护设施设备支出3 366 859 39.52二配备、维护、保养应急救援器材、设备支出和应急演练支出1 960 450 23.03三开展重大危险源和事故隐患评估、监控和整改支出426 185 5.04四安全生产检查、评价、咨询和标准化建设支出639 277 7.55五配备和更新现场作业人员安全防护用品支出852 369 10.06六安全生产宣传、教育、培训支出426 185 5.07七安全生产适用的新技术、新标准、新工艺、新装备的推广应用支出213 092 2.58八安全设施及特种设备检测检验支出213 092 2.59九其他与安全生产直接相关的支出426 185 5.010安全生产费用总额（19 项合计）8 523 694100