靜態(tài)爆破技術(shù)在臨近水庫大壩高邊坡開挖工程中的應(yīng)用

張文斌 龍永平

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410007）

1 工程概況

瀟水河道雙牌水庫大壩至霞燈村段整治一期工程岸坡位于雙牌大壩下游消力池右岸巖石邊坡內(nèi)，施工面全長約150 m，距離主壩未超過100 m。河道右岸邊坡陡峻，坡度大于60°；巖體為砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖和含云母的砂巖、石英巖，巖體層面傾角15°～50°，小于坡角，加上巖層古老，且受構(gòu)造運動影響，褶皺發(fā)育，節(jié)理裂隙密集，巖石破碎，巖體完整性差，巖性為（D2t）灰綠～紫紅色中層狀石英砂巖、粉砂巖夾薄層砂質(zhì)頁巖，砂質(zhì)頁巖夾層發(fā)育頻率為（3～4）條/m，夾層厚 （0.03～0.08）m。巖層表部強(qiáng)風(fēng)化厚（10.0～20.0）m，巖層產(chǎn)狀：N20°～30°E.SE∠9°，順向坡。結(jié)構(gòu)面組合對邊坡十分不利，若采用施工措施不當(dāng)，極易造成邊坡變形失穩(wěn)，出現(xiàn)山體滑坡。

瀟水河道雙牌水庫大壩至霞燈村段整治一期工程岸坡由于極靠近大壩，距大壩溢流面（30～50）m，若采用炸藥明爆施工，產(chǎn)生的震動，將嚴(yán)重影響雙牌水庫的正常運行；同時對工程范圍內(nèi)的山體穩(wěn)定也會造成極大的影響，造成山體滑坡或坍塌等重大安全隱患。綜合工程場地所處部位和地質(zhì)條件，為保證雙牌水庫大壩安全和確保開挖邊坡穩(wěn)定，本工程水上高邊坡開挖選擇高效無聲靜態(tài)爆破的方案。

2 無聲靜態(tài)爆破工作原理

高效無聲靜態(tài)爆破技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種破碎（或切割）巖石和混凝土的新方法，亦稱靜力迫裂和靜力破碎技術(shù)。高效無聲破碎劑（SCA）是將鋁、鈣、鐵、硅、硫、鈦等的氧化物磨細(xì),按比例混合，再加入相應(yīng)的有機(jī)物，形成的一種遇水膨脹的靜力破碎材料。其與水調(diào)成漿體灌入巖石或混凝土的鉆孔中，依靠本身水化產(chǎn)生的膨脹壓力將巖石或混凝土擠裂破碎。此方法的最大優(yōu)點是不產(chǎn)生爆破聲響、爆破飛石、爆破粉塵、爆破震動以及爆破所產(chǎn)生的有毒、有害氣體。因此，不會對周圍環(huán)境造成破壞和產(chǎn)生震動影響山體穩(wěn)定，特別適宜于臨近建筑物部位的爆破破碎或拆除作業(yè)。

3 靜態(tài)爆破方案設(shè)計及相關(guān)參數(shù)

靜態(tài)爆破鉆孔參數(shù)設(shè)計經(jīng)驗數(shù)結(jié)合邊坡巖體本身工程地質(zhì)條件、地形條件及開挖要求等因素合理地設(shè)計孔徑、孔深、孔距、排距等參數(shù)。可供選擇的主要施工參數(shù)見表1。

表1 主要施工參數(shù)

結(jié)合現(xiàn)場實際地質(zhì)條件情況本工程右岸岸坡巖層為砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖和含云母的砂巖、石英砂巖屬于中硬質(zhì)巖，故設(shè)計適應(yīng)于本工程的靜態(tài)爆破參數(shù)如下：

（1）臨空面距離（抵抗線）。靜態(tài)破碎鉆孔前首先要確定至少有1個以上自由面（臨空面），鉆孔做到與自由面平行；切割巖石鉆孔盡量保持直線。根據(jù)本工程的巖石等級以及風(fēng)化情況選定膨脹孔與臨空面距離為（巖石最小抵抗線）W=300 mm。

（2）孔徑。膨脹孔孔徑是決定無聲破碎效應(yīng)的重要因素，鉆孔過小，不利于藥效充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。根據(jù)本工程巖石層次等級，選定孔徑d=40 mm。

（3）孔間距。膨脹孔的間距與巖石的硬度有直接關(guān)系，硬度越大，孔布置間距越小，本工程為Ⅴ～Ⅹ級巖石，故孔間距選定B=300 mm。

（4）孔排距。膨脹孔的孔排距跟破碎體的自由臨空面的距離有直接關(guān)系，臨空抵抗線小，孔排距可適當(dāng)寬一點，根據(jù)現(xiàn)場地形選定孔排距R=（200～300）mm。

（5）孔深?？咨罡鶕?jù)現(xiàn)場石方與承臺或底板底高差確定，最小孔深控制在H=0.8 m以上，本工程孔深均控制在 H=（1.5～2.0）m。

（6）破碎層次。此施工項目是水上高邊坡的巖石開挖，設(shè)計開挖坡度i=1∶0.3，鉆孔施工時沿設(shè)計邊坡坡度鉆斜孔，呈梅花型布置，且在靜態(tài)破碎時分層剝削進(jìn)行開挖（附圖）。根據(jù)巖石硬度及靜態(tài)爆破劑的膨脹效果每層破碎不能超過0.6 m，寬度控制在5 m左右為一個靜態(tài)爆破面較優(yōu)。

附圖 開挖示意圖

（7）用藥量。當(dāng)孔徑為d=40mm，孔深為H=2m時，根據(jù)高效靜態(tài)膨脹劑的密度ρ=1.8 g/cm3及水灰比P=0.32∶1（水∶膨脹劑），單孔藥量計算式如下：

式中Q——靜態(tài)膨脹劑藥量；

ρ——高效靜態(tài)膨脹劑的密度；

V——炮孔體積；

d——孔徑；

P——水灰比；

H——孔深；

由上式得單孔膨脹劑藥量為Q=3.425 kg。

4 無聲靜態(tài)爆破施工技術(shù)要求

（1）施工工藝流程。施工前準(zhǔn)備→孔位布置→鉆孔→膨脹劑拌制→填充灌注→膨脹破碎→二次破碎清理。

（2）施工前準(zhǔn)備。確定施工風(fēng)水電到位及鉆孔施工設(shè)備到位；根據(jù)氣溫、藥劑溫度、拌水溫度、被破碎體溫度、是否與靜態(tài)爆破工藝要求相符合；裝孔操作前確定已準(zhǔn)備好以下材料物品：靜態(tài)破碎劑、潔凈水、水桶、拌和盆、桶棍、防護(hù)眼鏡、橡膠手套、備用潔凈水和毛巾。

（3）孔位布置。鉆孔前，現(xiàn)場施工人員按照設(shè)計的靜態(tài)破碎方案結(jié)合現(xiàn)場地形條件實測出各孔位，偏差不能大于5 cm，并進(jìn)行標(biāo)記。

（4）鉆孔。采用3 m3移動空壓機(jī)配合YT-28手持式風(fēng)鉆鉆孔，成孔直徑40 mm?，F(xiàn)場施工須嚴(yán)格控制鉆孔位置、深度，確保達(dá)到設(shè)計要求。終孔后，孔內(nèi)的余水和余渣用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁清理干凈無土石渣，并封好孔口，待裝膨脹劑。

（5）膨脹劑選擇。目前所生產(chǎn)的高效膨脹劑根據(jù)不同溫度發(fā)揮效果的反應(yīng)時間及反應(yīng)后的膨脹力度一般分為三類，根據(jù)永州市雙牌水庫的氣候情況，施工時夜間（下午裝藥夜間等待反應(yīng)）氣溫一般在（13～20）℃之間，采用HSCA-Ⅱ型膨脹劑（材料類型及應(yīng)用氣溫范圍詳見表2）。

表2 靜態(tài)破碎劑類型及應(yīng)用氣溫范圍

（6）膨脹劑拌制。高效無聲膨脹劑在裝入孔內(nèi)之前需進(jìn)行人工攪拌，按水與膨脹劑重量比0.32∶1下料拌制。拌制時，先分若干次把水倒入容器中加入相應(yīng)數(shù)量的膨脹劑，然后用人工攪拌工具或手提式攪拌機(jī)攪拌成具有流動性的漿體。在攪拌時須帶橡膠手套及防護(hù)眼罩，用力拌均勻。從藥劑加入水到灌裝結(jié)束，這個過程的時間不能超過10 min，否則容易沖孔。

膨脹劑反映的快慢與溫度有直接關(guān)系，溫度越高，反映時間越快，反之則慢。實際操作中控制膨脹劑反映時間太快有兩種，一種是在拌和水中加入抑制劑，另一種方法是控制拌和水、干粉劑和巖石的溫度。氣溫較高時，破碎前應(yīng)對被破碎物遮擋，膨脹劑存放低溫處避免爆曬，將拌和水溫控制在15℃以下，添加適量的抑制劑。氣溫較低時，燒溫水澆注破碎體，適當(dāng)提高拌和水溫。

（7）填充灌注。拌制膨脹劑漿液以及灌入孔內(nèi)須控制在10 min以內(nèi)，垂直孔可直接灌入漿液；斜孔須采用略小于孔徑的塑料或木制搗棍進(jìn)行搗實；水平孔可用比鉆孔直徑略小的高強(qiáng)長纖維紙袋裝入膨脹劑，按一個操作循環(huán)需要的藥卷數(shù)量，放在盆中倒入潔凈水完全浸泡，50 s左右藥卷充分濕潤、完全不冒氣泡時，取出藥卷從孔底開始逐條裝入并捅裝緊，密實地裝填到孔口；也可將破碎劑拌和后用灰漿泵壓入，孔口留5cm用黃泥封堵保證膨脹劑漿液不流出。

（8）膨脹等待。膨脹劑漿液填充灌注完成后，馬上采用彩條布或草墊進(jìn)行遮蓋，防止噴孔、雨水沖刷流入孔內(nèi)、地表水流入孔內(nèi)、同時還能起到保護(hù)孔內(nèi)藥劑溫度的養(yǎng)生作用。

（9）二次破碎清理：當(dāng)巖石邊坡沿鉆孔裝藥線開裂后，巖石內(nèi)只是產(chǎn)生裂開，邊坡孔底高程局部沒完全斷裂的部位，人工清渣時，還需用風(fēng)鎬在巖石破裂脆弱地帶進(jìn)行鑿縫破碎，進(jìn)行清理。

5 無聲靜態(tài)爆破施工實例

湖南省雙牌縣瀟水河道雙牌水庫大壩至霞燈村段整治一期工程水上高邊坡巖石開挖施工采用了高效無聲靜態(tài)爆破技術(shù)。從2011年9月18日開始施工至2011年11月3日歷經(jīng)47天，完成K0+019～K0+065范圍內(nèi)高程153 m以上破碎巖層的開挖（自上而下開挖），巖石開挖工程量：2 105.175 m3，開挖輪廓面、坡度均滿足設(shè)計要求。

高效無聲靜態(tài)爆破在本工程中的應(yīng)用成功的解決了前期邊坡開挖與水庫大壩安全、山體安全、已建水工建筑物安全的矛盾，保證了雙牌水庫大壩的正常運行；山體的穩(wěn)定性得以保障；邊坡上部已建水工建筑物安全無損。與炸藥明爆施工技術(shù)相比較，雖然高效無聲靜態(tài)爆破效率低、持續(xù)工期長，但是安全控制方面有效的排除了炸藥進(jìn)行明爆施工所存在的巨大安全隱患，使得大壩、山體、雙牌縣城得到了充分的保證。

但在施工過程中，必須做到：

（1）鉆施工中，同一排鉆孔的深度盡量控制在同一高程上，并與設(shè)計分層開挖高程一致，不要造成破碎后參差不齊等現(xiàn)象。

（2）與膨脹孔平行的臨空自由面的距離一定要控制在設(shè)計范圍內(nèi)。

（3）一定要控制好溫度，按當(dāng)日不同時段的溫度選擇膨脹劑。

（4）施工時，為確保安全，操作人員配戴防護(hù)眼鏡。充填漿體過程中，應(yīng)規(guī)定好行走線路，避免經(jīng)過已經(jīng)灌注好的炮眼時，發(fā)生沖炮現(xiàn)象傷害人體。

（5）膨脹劑有腐蝕性，施工完畢后就及時洗手和洗臉，碰到皮膚后要立即用水沖洗。

（6）在膨脹劑灌入孔內(nèi)到巖石開裂前，不可將面部直接面對已裝藥的鉆孔。膨脹劑灌裝完成后，蓋上麻袋或棕墊，遠(yuǎn)離裝灌點。觀察裂隙發(fā)展情況時必須更加小心。

（7）施工現(xiàn)場須準(zhǔn)備好清水和毛巾，沖孔時如膨脹劑濺入眼內(nèi)或皮膚上，立即用清水沖洗，情況嚴(yán)重者立即送醫(yī)院潔洗治療。

（8）破碎過程中，在可能預(yù)見的危險范圍內(nèi)不得有人，并隨時提醒附近人員，以免出現(xiàn)沖炮后碎片飛濺砸傷人體。

6 結(jié) 語

工程的實踐證明：在臨近重大、重要水利設(shè)施被施工標(biāo)的物受炸藥明爆施工限制，且將造成重大安全隱患的情況下，高效靜態(tài)無聲爆破施工技術(shù)是行之有效的，能有效解決明爆施工難以解決工程難題，在除險加固工程和重要地域的建筑物拆除具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

1 黃文錚,鄭力鵬.HSCA高效無聲破碎劑在古建筑修復(fù)工程中的應(yīng)用［J］.科學(xué)技術(shù)與工程,2011,15.1：671-1 815.

2 董全祥.靜態(tài)爆破技術(shù)在寶雞峽渠首左壩肩山體開挖中的應(yīng)用［J］.陜西水利,2001,2.

3 朱吉頂,許志中.靜態(tài)爆破技術(shù)在工程拆除中的應(yīng)用［J］.天津建設(shè)科技,2004,1.