靜態爆破技術在拆除既有鐵路擋墻中的應用

閆 煦，寧 波，周 博

(1.沈陽建筑大學土木工程學院，遼寧沈陽 110168;2.遼寧城市建設職業技術學院，遼寧沈陽 110122;3.大連理工大學，遼寧 大連 116024)

近些年來，隨著鐵路建設快速發展，許多鐵路爆破工程面臨的環境越來越復雜。尤其在運營鐵路增建第二線的建設中，通常會遇有大量的既有線擴塹工程。在該類擴塹工程中，安全拆除緊鄰既有線的混凝土片石擋墻較為困難。本文根據采用靜態爆破技術成功拆除一段高大混凝土片石擋墻的工程實例，介紹了破拆現場環境要求、爆破關鍵參數選擇、爆破的實施以及控制措施。

1 工程概況

復線鐵路一段高邊坡擴塹工程，擴塹最大開挖高度25 m，總開挖量19.6萬m3，巖石主要為砂巖。既有鐵路的原擋墻為混凝土片石擋墻，擋墻長420.0 m，高10.0 m，厚 2.5 m，工程量為10 500 m3，坡度為 1∶0.25。擋墻坡腳下為既有線接觸網支柱，往外5 m則為既有鐵路線，使擋墻拆除異常困難，現場環境如圖1。該擋墻的拆除難點主要表現在:①擋墻緊鄰既有線，既要保證既有線的正常運營，又要保證周邊建(構)筑物設施的安全，開挖環境極其復雜;②擋墻高度大，坡度陡，開挖時容易產生滾石侵線情況，必須嚴格控制。一旦發生滾石侵線將作為事故通報;③擋墻完整性好，硬度大，機械拆除困難。

在該段擴塹工程中，確定將內部巖體和外部擋墻分為兩個部分，內部巖體利用炸藥進行爆破施工，但為防止爆破滾石和飛石侵線，在爆破內部巖體時，要保留外部既有擋墻做為遮擋，當內部巖體開挖干凈后，再采用靜態破碎的方式開挖外側擋墻。內部巖體分臺階爆破開挖，外部擋墻也分層開挖，即外部擋墻和內部巖體同步下降，但要落后于內部巖體一到兩個開挖循環。在該方案實施過程中，利用靜態破碎劑拆除既有擋墻是施工的關鍵問題。

2 靜態爆破技術

2.1 技術原理

靜態爆破是近年來發展起來的一種破碎(或切割)巖石或混凝土的新方法，也稱為靜力破裂或靜力破碎技術。它是將一種含有鉬、鎂、鈣、鈦等元素的無機鹽粉末靜態破碎劑，用適量的水調成流動狀漿體，直接灌入鉆孔中，經水化反應，使晶體變形，隨時間的增長產生巨大膨脹壓力(徑向壓應力和環向拉應力)，緩慢地、靜靜地施加給孔壁，經過一段時間后達到最大值，從而將混凝土或巖石脹裂、破碎。

因為一般被解體的巖石或混凝土均屬脆性材料，脆性材料的抗壓強度大，抗拉強度小，其抗拉強度遠小于抗壓強度。巖石的抗拉強度一般為4～10 MPa，混凝土的抗拉強度一般為1.5～3.0 MPa，約相當于其抗壓強度的1/10～1/20。而通常靜態破碎劑的膨脹壓力可達30～50 MPa。所以，合理的破碎設計(裝藥量、孔徑、孔深和孔間距的確定)是能夠使孔眼周圍的介質受到充分破壞的，只要約束繼續存在，破碎劑就有持續產生或殘留一定程度的膨脹壓力的性質，因而能繼續增大或產生新的裂縫。

經測定，在溫度為20℃、水與破碎劑之比為0.3∶1.0時，其體積將自由膨脹4倍。

靜態爆破的特點有:①施工簡單，破碎劑用水拌合后灌入炮孔即可，無需堵塞，不需專業工種;②施工過程安全，炸藥爆破時不產生振動、空氣沖擊波、飛石、噪音、有毒氣體和粉塵的危害;③容易控制，需破則破，需留則留，按照要求，通過參數選擇可達到有計劃的分裂、切割巖石和混凝土的目的;④破碎劑不屬于危險物品，因而在購買、運輸、保管和使用中不受任何限制。

但靜態破碎劑使用有一定的局限性。與炸藥相比，能量不如炸藥大，且鉆孔多，破碎效果受氣溫和施工人員經驗影響較大。在不適宜使用爆破方法的環境中，才能顯示出它的優越性。

2.2 參數選擇

為提高破碎效果，本擋墻采用對數形式布孔，即離自由面越遠，孔的間距越密。布孔參數選擇如下:

1)孔徑。根據以往的施工經驗，結合本工程的特點，確定鉆孔直徑φ=42 mm。

2)孔深。在相同條件下，孔深大比孔深小更容易使巖石或混凝土開裂，破碎效果好。但是超出需要的深度，陡然增加破碎劑用量和鉆孔費用，顯然是不經濟的。因此，可根據實際需要選擇，孔深L=α×H，其中，α為孔深系數，α通常取1.05;H為破碎高度，m。本工程中擋墻與內部巖體同步下降，選擇的孔深L與爆破內部巖體所采用的孔深一致，為2.5 m。

3)孔距。孔距越小，開裂越容易，破碎時間也短。但是孔距越密，孔數增多，必然加大施工成本，影響施工進度，最大孔距 a=(P/(βR1)+1)d，其中，a為孔距，cm;P為破碎劑膨脹壓力，取30 MPa;R1為巖體的抗拉強度，取6 MPa;β為膨脹系數，取0.5;d為孔徑，取4.2 cm。計算出孔距為46.2 cm，a取45.0 cm。

4)排距和最小抵抗線。排距b一般小于孔距a，可取b=(0.6～0.9)a;這里取b=36 cm。最小抵抗線一般為30～50 cm，本工程取40 cm。

5)藥量計算

靜態爆破與炸藥爆破不同，裝藥需基本填滿空孔，用藥量可按照空孔總長度計算，并隨孔徑、孔距而異。破碎劑總用藥量可按被破碎巖石體積乘以單位體積耗藥量計算，單孔裝藥量Q=Vq，其中V為破碎巖石或混凝土體積，m3;q為單位體積耗破碎劑量，kg/m3，本工程中q取15 kg/m3。

2.3 爆破實施

2.3.1 實施過程

1)采用SCA破碎劑，水灰比為0.30～0.35，即每袋(重5 kg)破碎劑，加水1.50～1.75 kg。拌制時，先將定量破碎劑倒入塑料容器內，然后緩緩加入定量水，用機械或手工(戴橡膠手套)拌成具有流動性的均勻漿體備用。要求拌勻，拌合時間最多不超過3 min。

2)將拌好的SCA漿體直接倒入炮孔，并用炮棍搗實，并在10 min內灌入完畢。

3)除雨天外，灌孔可不用覆蓋，裂縫出現后，可用水澆縫，以加速膨脹壓力的發生和裂縫的擴大。

2.3.2 安全控制措施

破碎劑要嚴格保管，不得與其他材料混裝、混用。裝運破碎劑不得用有約束的容器，以免雨水侵入，發生噴出、炸裂或出現響聲。破碎劑要存放于干燥和通風良好的室內，嚴防受潮變質。破碎劑要隨配隨用，一次不宜拌制過多，攪拌好的漿體應盡快裝到炮孔內，并應在10 min內用完，時間過長，將明顯降低流動度和破碎效果。如流動度喪失，不可繼續加水拌合使用。裝填炮孔前應檢查炮孔干濕程度，對吸水性強的干燥炮孔，應先以凈水濕潤孔壁，然后裝填，以免大量吸收漿體水分，影響水化作用和降低破碎效果。裝填炮孔時，操作人員要帶防護眼鏡，在灌漿到裂縫出現前，不得在近距離直視孔口，以防發生噴出現象，傷害眼睛。破碎劑漿體稍有腐蝕性，工作完畢，應及時洗手和臉，以防刺激皮膚。如藥液碰到皮膚要立即用水沖洗。

2.4 爆破效果

實施靜態爆破后，既有擋墻上產生了多條裂隙，裂而不散，利用挖掘機將裂開的擋墻巖體拖入遠離既有線的安全地帶，實施二次破碎后裝車運走，對既有線的運營未產生任何安全影響;同時，采用靜態破碎劑對堅硬的混凝土擋墻進行破碎，施工中無振動、無沖擊波、無飛石，保證了施工工期，取得了較好的效果。

3 結語

靜態爆破是近年來發展起來的一種新型、安全的爆破技術，它以其優越的性能在各個領域中得到迅速的推廣與應用，特別是在一些對爆破具有特殊限制的區域或行業更能體現出優越性。在緊鄰既有鐵路的復雜環境下，采用靜態爆破技術成功拆除上萬立方米的既有擋墻，未對既有鐵路和周邊環境造成安全影響，這為今后的同類爆破施工提供了良好的借鑒經驗。

［1］中華人民共和國勞動人事部.GB 6722—2003 爆破安全規程［S］.北京:中國標準出版社，2004.

［2］劉殿中.工程爆破實用手冊［M］.北京:冶金工業出版社，1999.

［3］李宏男，王炳乾，林皋.爆破地震效應若干問題的探討［J］.爆炸與沖擊，1996，16(1):62-67.

［4］CHARLIE W A，VEYERA G，DOEHRING D.Blast induced liquefaction potential and transient porewater pressure response of saturated sands［R］.Washingtion:Final Report to Air Force Office of Scientific Research Belling Air Force Based，1985.

［5］楊年華.成孔爆破法處理地基技術介紹［J］.爆破，1997，14(1):61-65.

［6］梁曉峰.靜態爆破技術在隧道開挖施工中的應用［J］.鐵道建筑，2010(2):44-46.