重庆市巴南区体育中心综合整治工程项目石方总量约为11.7万m³。由于该工程周围有居民区,且东、西、北侧紧邻市区主道路,不具备炸药爆破施工条件;岩石单轴抗压强度较大,无法采用破碎机进行凿打破碎,并且石方破碎施工阶段正处重庆雨季,阴雨天气较多且气温偏高,不适合采用传统膨胀爆破剂进行静态爆破施工,综合比较石方破碎开挖各项工艺特点,该工程采用液压岩石静态爆破施工工艺,圆满完成了石方爆破开挖施工任务,并且取得了良好的社会和经济效益。

通常被破碎的岩石抗压强度很高,但抗拉强度低,液压岩石静态爆破施工工艺是利用岩石抗拉强度低的特性,以高压油为能量源,由液压动力站的泵站输出的超高压油又经增压器的机械放大后驱动分裂棒内的油缸产生巨大推动力,使分裂机推动劈裂棒中的液压顶,并向外伸出,直至胀裂岩石,液压力瞬间超高压,达到30 000k N分裂力,在2min内即可将岩石内部坚硬岩石分裂,并使物体按预定方向分裂,达到胀裂破碎开挖的目的。

液压岩石分裂机工作原理为电动机带动油泵转动,泵从油箱中吸油供油,液压泵吸出的美孚液压油经增压棒增压至10MPa后又经增压器机械放大至100MPa,100MPa的超高压美孚液压油经直径为2cm的油管传送至岩石分裂棒内,进入分裂棒的液压油驱动分裂棒内的油缸产生巨大推动力,推动分裂棒中的液压顶向外伸出,直至胀裂岩石。

液压静态爆破常用的液压岩石分裂棒直径为18cm。液压岩石分裂棒进行静态爆破之前需先使用岩石钻孔机进行钻孔施工。为实现机械效率最大化,当液压岩石分裂棒直径选用18cm时,设计钻孔点位孔距应为1.5m,排距应为3m,孔深应为1.3m,钻孔角度应为35°。具体钻孔点位设计详见石方爆破钻孔点位布置(见图1,2)。

采用钻孔机进行钻孔前需先根据石方爆破钻孔点位布置进行测量定位,定出每天需要进行施工区段内的钻孔点位,并做好标记。

选用直径为18cm的岩石分裂棒,为保证施工质量,施工现场需引进2台225型岩石钻孔机。岩石需要分层进行破碎,钻孔深度为1.3m,角度为35°。钻孔施工时,石方支护边坡范围内石方开挖,需先距离边坡或支护桩2m开始进行第1排钻孔施工。待每层岩石破碎在边坡及支护桩2m范围内形成临空面后,边坡区域按照边坡角度进行钻孔,支护桩区域在桩间进行钻孔,钻孔角度为90°。当石方破碎施工至最后1层岩石时,需根据现场实际剩余石方厚度确定钻孔深度,确保预留300mm岩层采用破碎锤、松土器配合人工进行破碎,如图3所示。

选用直径为18cm的岩石分裂棒,需4根分裂棒为1组单排布置,同时放入岩孔中进行岩石预裂,这样胀裂就会形成一个断面,有利于大型短臂松土器将岩石拖拽分离出来。

采用钻孔机配合人工将分裂棒放入预先钻好的岩孔,开动液压泵站,液压泵站发出动力,通过油管传给分裂棒,液压泵站提供超高压液压油到分裂棒上,分裂机推动动力使分裂棒两侧液压顶向两边扩张,从而使岩石从内部分裂而分离开。开机等待2min,岩石将从内部裂开约2cm缝隙,拔出分裂棒。将4根分裂棒放入相邻4个岩孔中。重复以上施工步骤。分裂机进行岩石静爆预裂操作要点如下。

采用端头系紧钢丝绳的岩石钻孔机吊起岩石分裂棒。吊起前必须确保钢丝绳已经系紧,吊起过程中为防止岩石分裂棒摆动幅度过大,需人工配合吊运分裂棒。配合工人严禁站在钻孔机大臂半径范围内,如图4a所示。

岩石分裂棒被吊运到岩孔上方时,人工配合机械将分裂棒插入岩孔,并确保分裂棒插到岩孔底,如图4b所示。

分裂棒插入岩孔后,开动液压泵站,开动后液压动力站的泵站输出的超高压油又经增压器机械放大后驱动分裂棒内的油缸产生巨大推动力,使分裂机推动分裂棒中的液压顶,并向外伸出,直至胀裂岩石。

开动液压泵站2min后,液压岩石分裂棒液压顶受到超高压液压油的巨大推动力,使液压顶向两侧伸出,使岩石从内部分裂开,从而达到岩石预裂的效果,如图4c所示。

岩石胀裂后,吊起分裂棒,吊起前必须确保钢丝绳已经系紧,吊起过程中为防止岩石分裂棒摆动幅度过大,需人工配合吊运分裂棒。吊起后,进入下一循环,如图4d所示。

岩石经过分裂棒预裂之后,岩石内部会产生约2cm缝隙,产生缝隙之后,采用大型短臂松土器对岩石进行分离拖拽,将内部已经分裂开的岩石拖拽分离起来,翻起放到一边,如图4e所示。

大型短臂松土器拖拽翻起的岩石,采用破碎锤进行分解,将大块岩石分解成方便外运的小块岩石,如图4f所示。

经过破碎锤分解后的小块岩石,采用挖掘机将小块岩石装车,运出场外。

液压静态爆破与膨胀爆破剂相比钻孔直径大、钻孔间隔大、裂缝更大、效果更好、更易于破碎解小,等待时间短、不间断重复作业,不受雨水和温度影响,无岩浆和强碱性危害,安全环保,具有很高的经济效益。①工期采用液压静态爆破施工工艺比起切割机施工方法至少节约工期40d;综合降雨及高温天气影响,采用液压静态爆破施工工艺比传统膨胀爆破剂至少节约工期30d。②经济效益比起切割机所产生的大量机械费和人工费,液压静态爆破可以在很小的投入下完成石方静态爆破任务,经测算,与切割机相比共节约费用30.1万元。液压静态爆破施工工艺与传统膨胀爆破剂静态爆破施工工艺相比共节约费用5.2万元。

与普通切割机相比,液压静态爆破施工工艺机械化作业、降低人工劳动强度,降低水电费将近10倍,噪声和污染均得到较大改善。与传统膨胀爆破剂相比,液压静态爆破施工工艺噪声小,无岩浆和强碱性危害,安全环保、无污染。

液压静态爆破施工工艺在不能使用炸药进行石方破碎开挖的情况下具有明显优势。面对岩石单轴抗压强度较大,无法采用破碎机进行凿打破碎及传统膨胀爆破剂进行静态爆破施工的工程,采用液压岩石静态爆破可以很好地完成石方爆破开挖施工任务。该工艺在保证安全环保要求的同时,又缩短了施工工期,极大地降低了工程成本。