文/宛志寰

1 前言

在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展的大背景下，城市隧道等交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需求日益增長。在城市隧道開挖過程中，復(fù)雜的地質(zhì)條件、嚴(yán)苛的施工環(huán)境等不利情況頻繁出現(xiàn)，施工噪音、機(jī)械振動等受到嚴(yán)格限制。傳統(tǒng)的機(jī)械破除方式施工效率低、施工噪音大，常規(guī)的爆破方式產(chǎn)生的振動、沖擊、飛石等影響難以消除。相對而言，靜力爆破具有對環(huán)境擾動小、爆破藥劑無污染的優(yōu)勢。因此，將靜力爆破施工技術(shù)應(yīng)用在隧道基坑開挖過程中，可實(shí)現(xiàn)工程效益的優(yōu)化與提升。

2 靜力爆破的破碎機(jī)理

靜態(tài)黏結(jié)劑也被稱為靜態(tài)動力劑，是一種粉末建筑材料，是用特殊硅酸鹽、氧化鈣和某些復(fù)合催化劑按一定比例混合而制成，使用時無須使用炸藥就能打破巖石和混凝土等易碎材料。其動力支撐的原理如下：靜態(tài)黏結(jié)劑與水按一定比例混合后，由于靜態(tài)黏結(jié)劑中的氧化鈣與水的水合反應(yīng)，注入加農(nóng)炮孔后，產(chǎn)生的氫氧化鈣體積可膨脹3～4 倍；與此同時，當(dāng)膨脹壓力超過孔壁的拉伸強(qiáng)度時，會釋放每孔6.5×104j的熱量，從而在孔壁上施加30MPa 至50MPa 的膨脹壓力。在孔壁切向拉伸應(yīng)力的作用下，孔壁產(chǎn)生徑向上升的裂紋，而裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致相互連接，導(dǎo)致巖石斷裂，具有典型的脆性斷裂。因此，靜力破碎機(jī)理是基于巖石等易碎材料的物理性質(zhì)。

3 基坑開挖技術(shù)特點(diǎn)

基坑開挖過程技術(shù)運(yùn)用特點(diǎn)如下:

第一，具有區(qū)域性特點(diǎn)。如果地質(zhì)條件、水文信息和環(huán)境特點(diǎn)存在差異，那么對于基坑開挖提出的要求各不相同。即使同一城市當(dāng)中的工程建設(shè)，地質(zhì)條件也各有不同。因此，基坑開挖之前，需要對施工區(qū)進(jìn)行全面考察，按照地質(zhì)條件完成施工計(jì)劃和方案的制定，保證施工技術(shù)應(yīng)用符合區(qū)域?qū)嶋H情況。

第二，具有臨時性特點(diǎn)?；娱_挖施工階段，臨時性特點(diǎn)體現(xiàn)在基坑支護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中。該系統(tǒng)所屬連續(xù)結(jié)構(gòu)，和永久性支護(hù)系統(tǒng)相對比，在安全系數(shù)、穩(wěn)定系數(shù)等方面呈現(xiàn)出不足。所以，基坑開挖階段，應(yīng)該注意對支護(hù)系統(tǒng)全程監(jiān)測，并建立應(yīng)急措施，保證對意外事故能夠及時處理[1]。

第三，影響環(huán)境?；娱_挖會導(dǎo)致周圍環(huán)境受到破壞，同時，開挖施工階段，還會使地下水位發(fā)生變化，地基應(yīng)力場也可能發(fā)生變化。受多種因素影響，基坑會出現(xiàn)不同程度的變形，周圍土體也會受力不均衡，對于地下管道、周圍環(huán)境也會產(chǎn)生不同程度影響。

4 土方開挖基本原則

在挖掘土方前，按照基坑的開挖深度、支撐形式、開挖幾何尺寸、基坑規(guī)模、基坑加固條件和平衡、對稱、分布、分層的原則提出可操作的、詳細(xì)的開挖與支撐施工參數(shù)與施工程序。最為重要的施工參數(shù)為一層開挖的深度以及對應(yīng)的開挖層數(shù)，還包括擋墻被動體在完成土地開挖但未進(jìn)行支撐時暴露的高度、寬度與時間。土方開挖應(yīng)遵循先撐后挖的原則，嚴(yán)令禁止超挖。

5 隧道基坑開挖靜力爆破技術(shù)應(yīng)用

5.1 工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境

南京沿山大道一期錦繡路隧道工程場地隸屬丘崗─坳溝地貌單元，主要地層為：一層為近期人工堆填的雜填土和素填土；二層為Q4 沖積形成的新近沉積黏性土；三層為Q3 及以前沖積形成的黏性土（下蜀土）；四層為沖積形成的卵礫石混粉質(zhì)黏土；五層為白堊系上統(tǒng)浦口組（K2P）強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、中風(fēng)化砂巖。

以樁號K1+995 為界，分界點(diǎn)北側(cè)中風(fēng)化基巖埋深較深，隧道基礎(chǔ)位于黏土層及強(qiáng)化風(fēng)巖層；分界點(diǎn)以南中風(fēng)化基巖埋深較淺，深度約為2～5m，隧道基礎(chǔ)位于中風(fēng)化基巖。巖體強(qiáng)度約50MPa 左右，屬于次堅(jiān)石。

錦繡路隧道西側(cè)沿線埋設(shè)電力隧道，東側(cè)零星分布建筑物及構(gòu)筑物。電力隧道走向基本與現(xiàn)狀沿山大道平行，結(jié)構(gòu)外尺5.65×3.6m，平均埋深5.6m，與錦繡路隧道平均凈距離約為6.2m。東側(cè)浦廠二村住宅小區(qū)位于規(guī)劃錦繡路交叉口北側(cè)，與錦繡路隧道結(jié)構(gòu)邊線最小距離約為23m。

5.2 錦繡路隧道工程概況

沿山大道一期交通及環(huán)境提升工程全線總長4550m，設(shè)置一條車行長隧道為錦繡路隧道。隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面采用雙向六車道，隧道暗埋段長度1260m，北側(cè)敞開段長度140m，南側(cè)敞開段長度160m。

隧道敞開段主體結(jié)構(gòu)采用U 槽結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)外輪廓寬度27.7～38.2m，采用明挖順作法施工，開挖深度1.19～8.88m 不等。暗埋段采用雙跨矩形框架+中間廊道結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)外輪廓尺寸28.7×7.95m，采用明挖順作法施工，開挖深度8.43～11.37m 不等。

錦繡路隧道敞開段基坑寬度27.7～38.2m，開挖深度1.19～8.88m；暗埋段基坑寬度28.7m，開挖深度8.43～11.37m。本工程場地內(nèi)主要分布有粉質(zhì)黏土及風(fēng)化巖，且地下水較少。根據(jù)基坑開挖深度及周邊環(huán)境，本工程支護(hù)樁形式主要分為放坡開挖和垂直支護(hù)。

北側(cè)敞開段開挖深度范圍內(nèi)主要為風(fēng)化巖，采用1∶0.5 放坡開挖；南側(cè)敞開段開挖深度范圍內(nèi)主要為填土及黏性土，采用1∶1 放坡開挖。暗埋段開挖范圍內(nèi)主要為填土及黏性土，支護(hù)樁采用φ1000@1400 灌注樁；暗埋段開挖范圍內(nèi)主要為風(fēng)化巖，支護(hù)樁采用φ800@1600 灌注樁。

5.3 土方石工程爆破技術(shù)的應(yīng)用

5.3.1 鉆孔布置

根據(jù)基坑平面布置形式，選擇由首道混凝土支撐、連系梁、冠梁所圍合的三個相鄰矩形區(qū)塊作為一個預(yù)裂單元。為了降低振動擾動對圍護(hù)樁等的影響，預(yù)先設(shè)置掏槽眼、崩落眼和周邊定向致裂眼。首先通過中部掏槽眼預(yù)先致裂巖體，產(chǎn)生臨空面，臨界掏槽眼進(jìn)一步擴(kuò)大臨空面；然后通過崩落眼進(jìn)一步開挖掘進(jìn)隧道巖體至基坑樁基礎(chǔ)安全半徑范圍；最后通過周邊定向預(yù)裂眼確定石方開挖輪廓線，并保證邊沿平整。

5.3.2 裝藥與堵塞

炸藥填充必須注意以下兩個方面:第一，在裝載前必須采取相應(yīng)的清理措施，以清理垃圾，如泥、石粉等。應(yīng)確保鉆孔中沒有碎片，從而確保爆炸的順利進(jìn)行。此外，必須相應(yīng)地清理鉆孔，以避免出現(xiàn)諸如爆炸物濕度等問題，這些問題不僅可能影響爆炸效果，而且可能導(dǎo)致安全事故。因此，如有必要，也可以在鉆孔底部鋪上油紙。如果是散裝炸藥，應(yīng)多次裝載，然后壓縮[2]。如果使用藥箱，則應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo)放置藥箱，以確保正確安裝引線。在裝載炸藥后，使用細(xì)石粉堵塞裝載炸藥留下的間隙，同時注意長度控制不應(yīng)低于最小電阻線。裝藥時，應(yīng)控制人員進(jìn)出現(xiàn)場，嚴(yán)格禁止非有關(guān)人員隨意進(jìn)出，明確區(qū)分安全區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)，并設(shè)置相應(yīng)的警戒線和標(biāo)志，以提高裝藥安全。工作人員必須具備充分的技術(shù)知識，嚴(yán)格控制其行為，并確保有效地履行職責(zé)。相鄰踏板不能在上部踏板爆炸時執(zhí)行其他操作。

5.3.3 在施工過程中控制除塵措施

鉆井過程中產(chǎn)生的粉塵是產(chǎn)生粉塵的主要方式。工程石材部分動力運(yùn)行中的鉆孔機(jī)是先進(jìn)的集成液壓鉆孔機(jī)，該模型比傳統(tǒng)高壓鉆孔機(jī)具有較大優(yōu)勢。一是液壓傳動功率輸出穩(wěn)定，鉆孔速度均勻，孔壁光滑。二是大型吸塵裝置與鉆具一同使用，鉆孔清洗方法由原來的吹孔法改為吸孔法，孔內(nèi)的石粉由吸塵器吸入吸塵裝置，并且爆炸時，炮孔附近的巖石被擠壓變形產(chǎn)生小顆粒，但爆炸力主要作用于巖石體，造成大量斷裂，從而使山體碎裂。在施工過程中，可采用下列爆破方法減少粉塵的產(chǎn)生：一是均勻布孔，控制單孔藥物用量和初級起爆粉用量，增加炸藥能量的使用；二是采用微差射技術(shù)；三是根據(jù)巖石的性質(zhì)選擇合適的炸藥，并努力與巖石波浪的阻抗相匹配；四是由于石爆一般位于開闊地帶，產(chǎn)生的少量粉塵在自然條件下會迅速擴(kuò)散，粉塵由霧氣噴射，不會導(dǎo)致單位面積空氣質(zhì)量急劇下降。

在爆炸結(jié)束時和現(xiàn)場解除警戒后，計(jì)劃安排噴砂機(jī)在爆炸后將零件澆筑成石塊，以減少在大型顆粒碎石連接過程中以及在火炮機(jī)器裝載石塊過程中產(chǎn)生的灰塵。

6 結(jié)語

總之，在基坑土石方開挖過程中，由于會受到周邊環(huán)境以及巖石硬度等因素的制約，需要對靜力爆破技術(shù)加以應(yīng)用。靜力爆破方法不產(chǎn)生震動，沒有飛沙走石，爆破過程不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，具有對環(huán)境無污染和對周邊環(huán)境無干擾的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。另外，爆破技術(shù)具有一定的危險(xiǎn)性，對此，相關(guān)施工單位不但要落實(shí)好相應(yīng)的技術(shù)控制，還要實(shí)行安全管理，在整個爆破流程中對其進(jìn)行監(jiān)督，杜絕安全事故的發(fā)生。