隧道塌方处理静态爆破施工技术及单价分析研究

隧道塌方处理静态爆破施工技术及单价分析研究摘要：
根据高速公路隧道塌方实际情况，从施工安全角度出发，研究决定对塌方段采用静态爆破施工技术进行开挖处理。

本文通过工程实例介绍了静态爆破施工技术在隧道岩土工程施工中的应用机理和工艺流程，为其应用的范围扩大总结经验和参数；并针对静态爆破开挖施工技术在隧道施工中的预算定额属于缺项，应用实测法对其单价组成进行分析，得出较为合理的预算定额单价，填补了该技术在隧道工程定额中的空白，为今后同类项目施工和相关新的定额编制提供交流与参考。

关键词塌方处理静态爆破施工技术单价分析
1工程概况及塌方段特点
某高速公路隧道是一座双洞分离式隧道，左右线均2.1km，隧道采用新奥法设计施工。

双车道设计，最大开挖高度10.3m，宽度13.28m，矢跨比1：1.29。

隧道内围岩复杂多变、破碎、节理裂隙发育，具有相当多的断层、涌水等不良地质。

水文地质主要是地层孔隙潜水和基岩裂隙水，地表水随季节变化影响较大。

K7+540～K7+575段原设计为V类（II级）支护段，在开挖过程时发现该段存在一断层，为确保施工安全和结构安全，将该段变更为III类（IV级）围岩加强段，但该段受地质构造影响相当严重，在很强的地层剪应力作用下，使巨型岩石被剪切成2组明显的“X”型节理断层，同时由于节理裂隙的导水作用，使得地层中的胶结物软化，失去应有的应力组合，尽管开挖过程中对该段进行了支护加强，但是在钢架和喷射混凝土组成的初期支护承载力超过其极限时，形成了塌方。

据观察量测，塌方段33m长，塌腔约14米宽、45m高，塌渣量约为6000m3。

塌渣呈湿状，以大块和巨型块状花岗岩为主，伴有块状遇水软化的粒砂岩，并夹少量胶结粘土，有较大的岩隙水。

2塌方处理及静态爆破方案确定
根据现场数据收集和考察，得出以下结论：（1）、从塌腔口及其对应里程山顶位臵可以判断，塌方没有冒顶，但是存在塌腔，并且长度和高度比较大。

（2）、塌体渣堆较松散，主要是较大块石堆积形成，中间肯定形成悬空空间。

（3）、由于地层剪应力释放完全，围岩变形绝对值较小，对后续塌方处理影响相对不大。

根据以上分析结果，研究决定如下塌方处理方案：不提前清除渣堆，不完全回填塌腔，加强腔内排水，必须进行饱和注浆加固，倒灌混凝土比渣体高2～3米，即可掘进及支护施工，整个塌方处理必须稳扎稳打确保施工安全，塌腔空洞采取洞顶灌注细沙和泡沫混凝土填实。

塌方
段处理的关键是采用何种开挖支护方法，以达到不对塌方段回填混凝土和原状围岩的再次扰动，确保施工的安全。

经过短台阶微震微差爆破施工工法和静态爆破施工工法的对比分析，研究决定采用静态爆破施工工法。

3静态爆破施工原理
运用静态破碎剂切割、破碎岩石，分裂混凝土的施工方法称为“静态爆破工法”。

静态破碎剂是一种不使用炸药就能使岩石、混凝土破裂的粉状工程施工材料。

它的主要成份是生石灰(即氧化钙)，还含有一些按一定比例掺入的化合物催化剂，是国际上流行的新型、环保、非爆炸施工材料。

静爆工法原理就是利用装在介质钻孔中的静态破碎剂加水发生水化反应，使破碎剂晶体变形，产生体积膨胀，从而缓慢的、静静地将膨胀压力（可达30Mpa—50Mpa，最大试验值可达120Mpa，岩石拉伸强度为5～10Mpa或混凝土拉伸强度为2～6Mpa）施加给孔壁，经过一段时间后达到最大值，将介质胀裂破碎。

4静态破碎工法适用范围及特点
4.1经典适用范围
静态破碎适用范围概括起来主要有下列几个方面：
1)、混凝土构筑物的破碎、拆除。

2)、岩石、矿石等的开采、石料切割。

3)、其它不便于炸药爆破的环境条件下混凝土拆除、岩石及矿石开采工程。

4.2适用范围的扩大试验及应用
静态破碎剂的适用范围不断扩大。

从简单的岩石、钢筋混凝土破碎到水平隧道的开挖；从单一的小批量的使用，到大方量高密度的岩石松动破碎；从单一的手工操作到与挖掘机、装载机配合大幅度提高工效的“联合作业”施工等等。

本文是静态破碎工法新应用之一：隧道塌方处理中开挖施工的应用。

4.3静态破碎工法的特点
1)、安全、易管理。

静态爆破剂为非爆炸危险品，无需办理常规炸药爆破所需要的各种许可证。

操作不需要特殊工种。

破碎剂与其它普通货物一样可以购买、运输、使用。

2)、环保材料。

使用中无声、无振动、无飞石、无毒气、无粉尘，是国际流行的环保产品。

3)、施工简单、易操作。

用水搅拌后灌入钻孔中或浸泡湿润后塞入孔中捣实即可。

4)、破碎精确度高。

设计适当的孔径、孔距、角度，能够达到“外科手术式”的破碎、分裂、切割岩石和混凝土。

5)、施工过程安全。

不存在炸药爆破时产生的震动、空气冲击波、飞石、噪音、有毒气体和粉尘的危害。

6)、在不适于炸药爆破环境条件下，更显其超众的优越性。

最新药卷型破碎剂，适用环境温度范围更广(－5℃～40℃)，使用更方便，效力更大。

5静态爆破参数指标
1)、钻孔要求。

采用手持气腿式钻机，孔径一般情况为38～50mm。

2)、破碎剂的选择。

选择药卷型破碎剂，其适用环境温度范围更广，药量节省，效力更大，破碎时间更短，缩短作业时间，提高施工效率。

3)、静态爆破剂孔网参数及单耗量设计经验值如表1。

表1.孔网参数及单耗量经验数据表
破碎物孔径（mm）孔距
（cm）
排距
（cm）
孔深
（m）
单耗量
（kg/m3）
单孔
用药量
砂石
38～50 40-50 45-60 0.8H 5-10
2.0～
2.5kg/m
大理石10-25 20-30 0.9H 8-15
花岗岩10-15 15-25 0.9H 10-20
混凝土15-30 20-40 0.8H 3-10
钢筋混凝土10-15 15-25 0.9H 15-25
4)、配合比。

采用药卷型破碎剂使用简便，只需在水中浸泡30～90秒钟，立即塞入钻孔中，用木棍层层捣实即可。

5)、药剂反应时间及药力控制。

反应最短时间控制在30～60分钟，有效作用时间控制在2～６小时,有效作用时间内药力控制在30Mpa以上，以利于加快施工进度。

6)、裂缝宽度。

达到2cm以上就可以开始进行清渣作业。

6静态爆破施工技术及工艺
6.1施工原则和工艺流程
全断面分次静态爆破遵循“掏槽先行、分区破碎、安全可靠”，“垂直岩面、弧形断面布臵、孔眼同一平面、与临空面平行”和“满孔装药、捣固密实、先内后外、确保安全”的施工原则。

6.2钻孔布臵、装药参数设计
6.2.1孔距与排距
孔距与排距的大小与被破物的硬度有直接关系，硬度越大，孔距与排距越小，反之越大；孔距与排距的大小与岩石破碎的效果及施工成本同样有直接关系，孔距与排距越大，破碎效果。