靜態(tài)爆破技術(shù)在水電工程中的推廣及應(yīng)用

高 建

(中國水利水電第十工程局有限公司 二分局，四川 都江堰 611830)

1 工程概述

甲巖水電站位于云南省祿勸縣境內(nèi)，裝機容量24萬kW。廠區(qū)尾水混凝土全年圍堰頂寬0.7 m，堰體底寬2.625 m，堰底承臺寬6.2 m、高0.8 m，圍堰總高10 m，長約34 m，堰體為C20素混凝土結(jié)構(gòu)，圍堰混凝土工程量為646 m3，圍堰兩端連接尾水上下游護(hù)岸。

由于尾水混凝土圍堰緊臨發(fā)電廠房，若使用常規(guī)爆破進(jìn)行施工，將會產(chǎn)生較大的震動、空氣沖擊波、飛石等。為避免對廠房各建筑物及機電安裝等產(chǎn)生影響，通過對施工現(xiàn)場的具體情況進(jìn)行調(diào)查并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比對分析，最終研究決定采用安全的靜態(tài)爆破+炮錘式挖掘機破碎法施工技術(shù)進(jìn)行施工。

2 靜態(tài)爆破技術(shù)

2.1 靜態(tài)破碎法的發(fā)展及現(xiàn)狀

最早的靜態(tài)破碎技術(shù)及靜態(tài)破碎劑可追溯到1968年的日本。國內(nèi)的靜態(tài)爆破及理想的靜態(tài)破碎劑自20世紀(jì)80年代初以來也先后研制成功。但由于市場、原材料、技術(shù)、體制等諸多原因，靜態(tài)破碎及靜態(tài)破碎產(chǎn)品沒有得到進(jìn)一步的開發(fā)和廣泛應(yīng)用。近兩年來，隨著炸藥的使用越來越多的受到限制，以及生態(tài)、環(huán)保等各方面的要求，靜態(tài)破碎劑越來越受到人們的青睞，并逐步廣泛地應(yīng)用于各種工程實踐中。

2.2 靜態(tài)破碎法的優(yōu)、缺點

(1)不屬于危險物品。傳統(tǒng)的爆破技術(shù)通常以烈性炸藥作為主要破碎劑，其在購買、運輸、貯存、操作等過程中都具有一定的危險性，而靜態(tài)破碎劑只有在一定的化學(xué)條件下才會發(fā)生預(yù)定的化學(xué)反應(yīng)而實現(xiàn)爆破目的，安全、易管理。無聲破碎劑屬建材類產(chǎn)品，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)歸類于《水泥制品》中，代號為：JC506-92，為非易燃易爆危險品，在購買、運輸、保管、使用中安全可靠，不受國家危險品、爆炸品管理法規(guī)限制。

(2)施工過程安全。在傳統(tǒng)的爆破工藝施工中，炸藥爆破時會產(chǎn)生強烈的震動、空氣沖擊波、飛石、噪音、有毒氣體和粉塵等危害，而靜態(tài)爆破法施工不會產(chǎn)生上述危害。

(3)施工簡單、易操作。在靜態(tài)爆破法施工過程中，將破碎劑用水拌合后灌入炮孔即可，無須堵塞；不需專業(yè)工種，操作方便，工作效率、經(jīng)濟(jì)性好，操作人員培訓(xùn)時間很短。

(4)需破則破，需留則留。結(jié)合所使用的破碎劑性能，按照相關(guān)要求，設(shè)計適當(dāng)?shù)膮?shù)即可達(dá)到有計劃地分裂、切割巖石和混凝土的目的。

(5)反應(yīng)時間可控。最大膨脹力可在15 min內(nèi)出現(xiàn)，反應(yīng)時間還可在15 min至12 h之間調(diào)節(jié)。

(6)保質(zhì)期長。在包裝無破損，存儲地干燥，基本恒溫(16 ℃～32 ℃)的條件下，保質(zhì)期為18個月。

(7)靜態(tài)破碎劑的使用范圍具有一定的局限性。與傳統(tǒng)爆破劑——炸藥相比，靜態(tài)破碎劑的能量不如炸藥大，施工中鉆孔多，破碎效果受氣溫及施工人員的經(jīng)驗影響較大。一般在不允許使用爆破方法的環(huán)境中才顯露出其優(yōu)越性。由于靜態(tài)破碎法的特殊施工工藝，該方法亦不適用于多孔體(或存在裂隙)和高聳結(jié)構(gòu)。

3 靜態(tài)爆破施工方案

3.1 靜態(tài)爆破法

首先確定當(dāng)?shù)貧鉁亍⑺巹囟?、拌合水溫度、混凝土體溫度、容器溫度是否與要求相符合；檢查藥劑包裝是否破損。操作前需準(zhǔn)備以下材料：藥劑、潔凈拌和水、盛水桶、拌和盆和水瓢、桶棍(水平灌裝)、防護(hù)眼鏡、橡膠手套、備用潔凈水和毛巾。

(1)設(shè)計布孔。

布眼前，首先要確定至少有一個以上的自由面(臨空面)，鉆孔方向應(yīng)盡可能做到與自由面平行；切割巖石或混凝土?xí)r同一排鉆孔應(yīng)盡可能保持在一個平面上。自由面越多，單位破石量就越大，經(jīng)濟(jì)效益就更高。破碎方案確定后，使用鉆機鉆孔。關(guān)于孔徑、孔距、孔深和破碎的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)被破碎物的具體情況而定。如混凝土結(jié)構(gòu)，有無鋼筋、鋼筋直徑、排列情況；巖石結(jié)構(gòu)的性態(tài)、節(jié)理、被破碎物的大小等；孔距與排距(抵抗線距離)布置，孔距與排距的大小與巖石硬度、混凝土強度及布筋有直接的關(guān)系，硬度越大、混凝土強度越高、布筋密、鋼筋粗時，孔距與排距越小，反之則大。對于孔距與排距的布置，根據(jù)施工經(jīng)驗，筆者提出了以下鉆孔數(shù)據(jù)，供參考(表1)。

(2)鉆 孔。

表1 靜態(tài)破碎劑布孔設(shè)計參數(shù)表

注：表中F為巖石硬度；H為擬爆破高度。

本工程圍堰破碎分層布孔情況見圖1、2。

(2)鉆 孔。

圖1 堰體體型斷面及分層、布孔示意圖

①鉆孔的直徑與破碎效果有直接的關(guān)系。鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。根據(jù)以往經(jīng)驗，本工程采用鉆孔直徑為φ42。

圖2 第一層布孔平面示意圖

②鉆孔內(nèi)的積水和余渣應(yīng)用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁應(yīng)干凈、無土石渣。用木桿和棉絲將孔內(nèi)的存水吸盡，并向孔內(nèi)裝填少許破裂劑干粉，用于吸潮。

③鉆孔深度和裝藥深度。鉆孔深度為目標(biāo)破碎體的80%～90%；對于大體積需要分步破碎的混凝土塊，鉆孔深度可達(dá)到4 m左右。裝藥深度為孔深的100%。

(3)裝 藥。

①對于向下和橫向的眼孔，可在藥劑中加入22%～32%(重量比)左右的水(具體加水量由顆粒大小決定)拌成流質(zhì)狀態(tài)(湖狀)，待其均勻后灌入鉆孔內(nèi)，倒?jié)M為止，每m、直徑42 mm的孔需要膨脹劑約2.1 kg，即每m3混凝土使用膨脹劑約23.3 kg。用藥卷裝填鉆孔時，應(yīng)逐條捅實。將粗顆粒藥劑的水灰比調(diào)節(jié)到0.22～0.25時靜態(tài)破碎劑的流動性較好；將細(xì)粉末藥劑水灰比調(diào)節(jié)到32%時流動性較好，亦可以不通過捅實過程向下灌裝搗實較方便，根據(jù)具體情況，采用“由上至下，分層破碎”的施工方式，以方便人工操作。

②裝藥完成后約3～5 h為混凝土開裂時間，裂縫大約為2～3 cm寬?；炷灵_裂后，向裂縫內(nèi)加水以支持藥劑持續(xù)完全反應(yīng)，可獲得更好的效果。

③對于本工程較大體積的素混凝土破碎施工，操作人員的協(xié)調(diào)配合很重要。應(yīng)采用多分灌裝小組的方式，每小組由主副兩名灌裝手組成。取藥攪拌時，主灌裝手負(fù)責(zé)取藥的量和攪拌，副灌裝手負(fù)責(zé)確保將藥劑搗實，采取隔孔裝填的方式灌入破裂劑，完成后用舊麻袋覆蓋孔口，防止沖孔傷人。每次的拌藥量不能超過實際能夠完成的工作量。各灌裝小組在取藥、加水、拌藥、灌裝過程中應(yīng)基本保持同步并保持相對距離進(jìn)行(以免相互影響和沖孔而發(fā)生安全事故)，每孔內(nèi)藥劑的最大膨脹應(yīng)基本保持同期出現(xiàn)，有利于混凝土的破碎。

④在每次裝填的過程中，對于已經(jīng)開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的藥劑(表現(xiàn)為開始冒氣和溫度快速上升)不允許裝入孔內(nèi)。從藥劑加入拌和水到灌裝結(jié)束的過程時間不超過5 min。

(4)藥劑反應(yīng)時間的控制。

藥劑反應(yīng)的快慢與溫度有直接的關(guān)系，溫度越高，反應(yīng)時間越快；反之則慢。實際操作中，控制藥劑反應(yīng)時間太快有兩種方法：一種是在拌和水中加入抑制劑；另一種方法是控制拌和水、干粉劑和混凝土的溫度。如果氣溫較高，破碎前應(yīng)將被破碎物遮擋，將藥劑存放在低溫處避免其爆曬。將拌和水溫控制在15 ℃以下。藥劑(卷)反應(yīng)時間過快易發(fā)生沖孔傷人事故，可采用延緩反應(yīng)時間的抑制劑，將抑制劑放入浸泡藥劑(卷)的拌和水中，加入量為拌和水的5%～6%。冬季加入促發(fā)劑并提高拌和水溫度。拌和水的溫度不可超過50 ℃。將反應(yīng)時間控制在30～60 min較好，條件較好的施工現(xiàn)場可根據(jù)實際情況縮短反應(yīng)時間，以利于施工。

3.2 炮錘式挖掘機破碎

一次靜態(tài)爆破完成后，對于爆破產(chǎn)生的一些相對較大的混凝土塊，采用炮錘式挖掘機將其破碎到需要的大小，然后用挖掘機與自卸汽車配合，裝運棄渣到指定地點。

4 注意事項

(1)每次裝填藥劑時都要觀察確定巖石孔壁、藥劑、拌和水、攪拌桶的溫度是否符合要求。

(2)一般在裝填漿體后30～60 min開始出現(xiàn)裂縫，其后縫隙會越來越寬(膨脹時間最長為48 h)。在現(xiàn)場灌裝過程中，切不可將已經(jīng)發(fā)燙和開始冒氣的藥劑裝入孔內(nèi)。從藥劑加入拌和水到灌裝結(jié)束，整個過程的時間不應(yīng)超過5 min；操作時應(yīng)注意觀察裝填孔，發(fā)現(xiàn)氣體冒出、有“嘶嘶”聲時，噴孔可能立刻就要發(fā)生，要立即停止裝藥。

(3)必要時人為創(chuàng)造自由面。

自由面是被破碎的巖石、混凝土等材質(zhì)與空氣接觸的面，又叫臨空面。自由面在工程破碎中起著非常重要的作用，有了自由面，破碎后的巖石才能向這個面破壞和移動。在工程中，為了控制破碎效果，常常人為地創(chuàng)造自由面。在長期的實踐中，人們總結(jié)了一條簡單的經(jīng)驗：自由面多，破碎效果好。本工程圍堰結(jié)構(gòu)的自由面狀況較好，有利于控制破碎效果。

(4)必須戴好安全帽、防護(hù)眼鏡，穿好勞保工作服、工作鞋和橡膠手套。施工人員未戴好勞保用品，屬安全違章，是不可預(yù)見和不可完全控制的因素。沖孔產(chǎn)生的原因較多，大致有以下幾種：①操作人員操作不當(dāng)，操作時間太長，包括藥劑已經(jīng)發(fā)熱、冒氣但仍在灌裝，裝填不密實有空氣隔層等；②溫度控制不當(dāng)。氣溫高時，拌和藥劑、鉆孔壁溫度控制不當(dāng)、抑制劑藥量不夠，致使藥劑反應(yīng)過快等；③布孔設(shè)計不當(dāng)；孔距及抵抗線過大；④鉆頭選擇不當(dāng)，鉆孔直徑過大；⑤孔壁光滑等。

(5)沖孔時藥劑溫度較高且有腐蝕性，沖入眼內(nèi)可能會對角膜造成嚴(yán)重?fù)p害。為防止傷人事故的發(fā)生，操作人員必須戴符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的防沖防塵PVC勞保眼鏡等勞保用品進(jìn)行操作，并在裝好藥5 h內(nèi)，不得接近裝好的藥眼上方俯視(即撲看)。

(6)在藥劑灌入鉆孔到混凝土開裂前，不可將面部直接面對已裝藥的鉆孔。藥劑灌裝完成后，蓋上麻袋或棕墊，遠(yuǎn)離灌裝點。觀察裂隙發(fā)展

情況時應(yīng)更加小心。此外，施工現(xiàn)場應(yīng)專門準(zhǔn)備好清水和毛巾，沖孔時藥劑濺入眼內(nèi)或皮膚上應(yīng)立即用清水沖洗，嚴(yán)重者立即送醫(yī)院清洗治療。

(7)在破碎工程施工中需要改變和控制反應(yīng)時間，必須依照規(guī)定加入抑制劑或促發(fā)劑，并按要求配制使用，嚴(yán)禁擅自加入其它任何化學(xué)物品。

(8)嚴(yán)禁將破碎劑加入后裝入容器內(nèi)(入直口玻璃、啤酒瓶等)，否則非常危險。

5 結(jié) 語

靜態(tài)爆破開挖是一種新型的開挖方式，在甲巖水電站工程應(yīng)用中，爆破取得了良好的效果。特別適用于不宜于采用炸藥爆破的場合進(jìn)行破碎或拆除作業(yè)，其使用安全、效率高、無飛塵、無噪聲、不需要中斷交通、停工停產(chǎn)，適宜用于機關(guān)學(xué)校、公共場所及住宅旁的破碎施工以及禁止出現(xiàn)點燃明火的炸藥庫、危險品倉庫、軍火庫旁的破碎拆除施工；不允許和不適宜出現(xiàn)強烈震動的破碎施工，如建筑物保留拆除、邊坡險情處理、地下工程中挖掘和排除巨石；不允許和不適宜出現(xiàn)巨大聲響和噪聲的破碎施工，如城市深夜的破碎施工等；城市大型混凝土基礎(chǔ)拆除，水利、橋墩、隧道等靜態(tài)破碎施工的工程，保留部分巖石和混凝土完整性以及結(jié)構(gòu)強度要求不能受到任何損害的破碎拆除。靜態(tài)爆破施工技術(shù)是常規(guī)炸藥爆破的一種發(fā)展、延伸，經(jīng)濟(jì)和社會效益明顯，值得推廣和應(yīng)用。