袁润权 黄凯平
广东省第二建筑工程有限公司 广东省汕头市 515000
摘要：随着我国经济的迅猛发展和科学技术水平的不断提高，大量房屋建筑、公路桥梁及城市轨道交通工程开工兴建，其中涉及大量的土石方开挖施工。石方开挖一般采用爆破方式，但是在城市居住区，或者在燃气管道附近等特殊的施工环境，普通爆破因扰民或存在极大安全隐患而不被允许：对于城市市区，巨大的冲击波对周围建、构筑物会造成很大的安全隐患；飞石会危及邻近居民或街道上行人安全；粉尘则给城市居民的生活带来很大不便。
关键词：大孔径、快速成孔、高效、静态破碎
传统静态破碎技术虽然在一定程度上可以解决上述问题，但由于其采用32-50mm的小孔径成孔技术，施工速度缓慢、施工成本过高，不仅无法满足工程进度要求，同时由于造价过高，也难以被业主或承包商接受。
某综合医院住院楼工程有二层地下室，底板标高-10米。由于地下花岗岩基岩埋深较浅，在基坑的西北侧有岩石出露，方量计4800立方米。按总进度计划，这些石方必须在二个月之内完成破碎、外运。项目部一开始采用小孔径静态爆破开挖，但施工进展缓慢，即使投入全部的人力、机具，每天完成工作量仅为20立方米，按此进度，完成所有石方破碎需要8个月时间，远远无法工期需要。另外，采用小孔径静态爆破，施工成本高达560元/m3，也给项目成本管理造成极大压力。
面对上述困难，如何充分现代科技的发展成果，对地下基岩进行高效、安全、快速破碎开挖，是本项目的施工技术关键之一。结合项目管理单位多年的经验积累和收集的技术信息，在该项目中成立了“岩石大孔径高效静态破碎技术”课题攻关小组，目的在于根据施工合约要求，按期、保质、安全地完成施工任务，为企业创造效益，同时，对大孔径快速成孔高效静态破碎技术进一步总结、完善，并期待在今后的承建项目中进一步应用推广。
二、关键技术的探索
1．静态破碎过程中产生膨胀效应的主要原因是由于破碎剂中的主要成分CaO与水发生反应产生Ca(OH)2，根据晶体破碎剂的膨胀破碎机理，静态破碎剂与水作用后发生体积膨胀，在有约束的条件下，由于这种膨胀受到限制而产生膨胀力。
2．环境温度和拌合用水的温度同时影响着静态破碎剂的水化速度。CaO的水化反应速度常数与温度的指数成正比，温度的升高会导致反应速度的急剧加快。
3．有关实验表明，静态破碎剂的膨胀压力随着炮孔直径的加大而升高，静态破碎剂浆体的体积是与孔径的二次方成正比，内径越大药量越多，破碎剂水化作用而带来的温度上升值也增大，从而促进了CaO的水化反应和Ca(OH)2 晶体的成长，从而形成更大的膨胀力，起到更好的破碎效果。
4．摒弃小孔径凿岩机、采用大型成孔设备有助于提高施工效率、降低工程成本。优化膨胀剂配方、水剂比以及施工拌合水温度，同时采取适当的堵孔措施，防止膨胀剂喷孔失效。
三、传统静态破碎技术的局限
1．传统静态破碎技术采用32-50mm的小孔径成孔技术，日最大破石量有限，造成施工速度缓慢，难以满足工程进度要求；钻孔直径大于50mm时容易发生冲孔，导致孔内的破碎剂喷出，发生冲炮现象，影响工程安全生产；同时由于造价过高，也难以被业主或承包商接受。
2．要进行大孔径（指50mm以上）的静态破碎，必须对破碎剂进行改良，开发大孔径的静态破碎剂，同时研究出适宜的水剂比和温度条件，防止冲炮现象。
3．孔口采取有效措施进行覆盖封堵，宜采用合适的堵孔工具。
四、关键技术创新
1.采用大孔径成孔
1)因钻孔直径大于50mm时容易发生喷孔，孔内膨胀剂喷出导致膨胀压力急剧减小而造成破裂失效，故传统静态破碎技术的孔径多为32-50mm。
2)本工法采用潜孔钻?70、?80、?90、?100大孔径成孔。
2.采用专用膨胀剂
1)当膨胀浆液水剂比一定时，其产生的膨胀压力随钻孔直径的增大而增大，易导致喷孔，但不同直径的钻孔达到最大膨胀压力所需的时间基本相同。
2)要进行大孔径（50mm以上）静态破碎，必须遏制喷孔现象，需要对膨胀剂进行配方优化，同时采用适当的水剂比，并控制好施工时的温度条件。
3)大孔专用膨胀剂膨胀力大，最大可达到120MPa。反应时间短，最大膨胀力可在15分钟内出现，反应时间还可在15分钟至12小时之间调节。
3.采用高效成孔设备
1)传统静态破碎技术一般采用?40小钎头钻孔，机械工作效能低下，工人劳动强度大，需要投入大量人力，为劳动密集型作业，工效低、进度慢，施工成本居高不下,进度无法满足项目要求。
2)小孔径炮眼成孔采用手持式凿岩机。一台手持式?40凿岩机每个工作日钻孔量仅40m～50m,每米眼仅能负担0.2m×0.4m×1.0m=0.08m3的方量，日最大破石量最大仅0.08×50=4m3。
3)大孔径快速成孔高效静态破碎技术采用高速潜孔钻机钻孔，采用高速潜孔机钻孔比传统方法提高工效10倍以上。对微风化花岗石采用相同静态膨胀布孔参数,一台?100潜孔钻每个工作日钻孔量达500米以上，可替代10-15台?40手持式钻机。
4.配备专用的粉尘收集装置
1)小孔径凿岩机作业时会产生大量粉尘和高分贝噪音，不仅对周边环境造成极大影响，对作业人员更是有直接的伤害，容易罹患矽肺等职业病。
2)采用大孔径潜孔钻机成孔，不仅作业时噪音大大降低，而且由于机械的优化设计，有专门的装置收集钻孔时产生的粉尘，因此能大大减少的粉尘的排放量，有利于保护环境、减少扰民。
五、技术成果评价
1.传统静态破碎技术采用32-50mm的小孔径成孔技术，日最大破石量有限，造成施工速度缓慢，难以满足工程进度要求；钻孔直径大于50mm时容易发生冲孔，导致孔内的破碎剂喷出，发生冲炮现象，影响工程安全生产；同时由于造价过高，也难以被业主或承包商接受。
2.大孔径快速成孔高效静态破碎技术是在传统静态破碎技术的基础上,通过对膨胀剂热膨胀化学制剂配方的创新,将施工机械由?40小钎孔钻孔改用?60～?120高速潜孔钻机钻孔，然后在孔洞灌装药剂，通过化学药剂反应引起块石胀裂，达到破碎石块的目的。该技术可大大节省施工工期，大幅度降低工程成本，从而提高市场竞争力，创造良好的经济效益和社会效益，比传统小孔径破碎法有明显优势。
3.大孔径快速成孔高效静态破碎技术与传统静态破碎技术相比：
1)将施工机械由?40小钎孔钻孔改为?60～?120高速潜孔钻机钻孔，钻孔工效比传统方法提高10倍以上。
2)对膨胀剂热膨胀化学制剂配方进行创新,从而产生更高的膨胀压力，起到更好的破碎效果。
3)作业时噪音大大降低，减少扰民。
4)高速潜孔机械有专门的装置收集钻孔时产生的粉尘，极大减少了粉尘的排放量，有利于保护环境，减少作业人员的职业病患病率。
六、应用前景
1.大孔径快速成孔静态破碎法是在不允许使用炸药爆破以及使用机械或传统小孔径静爆方式费用较高、效率较低的状况下，进行岩石破裂拆解施工的高效率工艺，具有操作简单安全、速度快工期短、成本低效率高等优点，其社会效益是不可估量的。
2.液压破碎锤机械破碎法施工成本为600元/m3以上（同时进度缓慢），常规静态破碎法成本为400-500元/m3以上，采用大孔径高效静态破碎法施工成本仅为200-250元/m3。以1000m3的工程量计，可节约成本25万元，其经济效益相当可观。
3.工期短：一把手持式?40钻机每工作日最大破石量仅4m3，一台?100潜孔钻每工作日破碎量达40-60m3以上，可替代10-15台?40手持式钻机，因此可大大提高施工速度，对工期进度有明显促进作用。
参考文献：
静态破碎的物理与数值试验[J]. 唐烈先,唐春安,唐世斌,崔英浩,宋力.??岩土工程学报.?2005(04)