靜態爆破技術在水電工程中的推廣及應用

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，裝機容量24萬kW。廠區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素混凝土結構，圍堰混凝土工程量為646 m3，圍堰兩端連接尾水上下游護岸。

由于尾水混凝土圍堰緊臨發電廠房，若使用常規爆破進行施工，將會產生較大的震動、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生影響，通過對施工現場的具體情況進行調查并經過技術經濟比對分析，最終研究決定采用安全的靜態爆破+炮錘式挖掘機破碎法施工技術進行施工。

2 靜態爆破技術

2.1 靜態破碎法的發展及現狀

最早的靜態破碎技術及靜態破碎劑可追溯到1968年的日本。國內的靜態爆破及理想的靜態破碎劑自20世紀80年代初以來也先后研制成功。但由于市場、原材料、技術、體制等諸多原因，靜態破碎及靜態破碎產品沒有得到進一步的開發和廣泛應用。近兩年來，隨著炸藥的使用越來越多的受到限制，以及生態、環保等各方面的要求，靜態破碎劑越來越受到人們的青睞，并逐步廣泛地應用于各種工程實踐中。

2.2 靜態破碎法的優、缺點

(1)不屬于危險物品。傳統的爆破技術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，而靜態破碎劑只有在一定的化學條件下才會發生預定的化學反應而實現爆破目的，安全、易管理。無聲破碎劑屬建材類產品，產品標準歸類于《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、爆炸品管理法規限制。

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

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

(4)需破則破，需留則留。結合所使用的破碎劑性能，按照相關要求，設計適當的參數即可達到有計劃地分裂、切割巖石和混凝土的目的。

(5)反應時間可控。最大膨脹力可在15 min內出現，反應時間還可在15 min至12 h之間調節。

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

(7)靜態破碎劑的使用范圍具有一定的局限性。與傳統爆破劑——炸藥相比，靜態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驗影響較大。一般在不允許使用爆破方法的環境中才顯露出其優越性。由于靜態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)和高聳結構。

3 靜態爆破施工方案

3.1 靜態爆破法

首先確定當地氣溫、藥劑溫度、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)、防護眼鏡、橡膠手套、備用潔凈水和毛巾。

(1)設計布孔。

布眼前，首先要確定至少有一個以上的自由面(臨空面)，鉆孔方向應盡可能做到與自由面平行；切割巖石或混凝土時同一排鉆孔應盡可能保持在一個平面上。自由面越多，單位破石量就越大，經濟效益就更高。破碎方案確定后，使用鉆機鉆孔。關于孔徑、孔距、孔深和破碎的設計，應根據被破碎物的具體情況而定。如混凝土結構，有無鋼筋、鋼筋直徑、排列情況；巖石結構的性態、節理、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，根據施工經驗，筆者提出了以下鉆孔數據，供參考(表1)。

(2)鉆 孔。

表1 靜態破碎劑布孔設計參數表

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系。鉆孔過小，不利于藥劑充分發揮效力；鉆孔太大，易沖孔。根據以往經驗，本工程采用鉆孔直徑為φ42。

圖2 第一層布孔平面示意圖

②鉆孔內的積水和余渣應用高壓風吹洗干凈，孔口旁應干凈、無土石渣。用木桿和棉絲將孔內的存水吸盡，并向孔內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)拌成流質狀態(湖狀)，待其均勻后灌入鉆孔內，倒滿為止，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，應逐條捅實。將粗顆粒藥劑的水灰比調節到0.22～0.25時靜態破碎劑的流動性較好；將細粉末藥劑水灰比調節到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。混凝土開裂后，向裂縫內加水以支持藥劑持續完全反應，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，操作人員的協調配合很重要。應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，主灌裝手負責取藥的量和攪拌，副灌裝手負責確保將藥劑搗實，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、灌裝過程中應基本保持同步并保持相對距離進行(以免相互影響和沖孔而發生安全事故)，每孔內藥劑的最大膨脹應基本保持同期出現，有利于混凝土的破碎。

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

(4)藥劑反應時間的控制。

藥劑反應的快慢與溫度有直接的關系，溫度越高，反應時間越快；反之則慢。實際操作中，控制藥劑反應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)反應時間過快易發生沖孔傷人事故，可采用延緩反應時間的抑制劑，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%。冬季加入促發劑并提高拌和水溫度。拌和水的溫度不可超過50 ℃。將反應時間控制在30～60 min較好，條件較好的施工現場可根據實際情況縮短反應時間，以利于施工。

3.2 炮錘式挖掘機破碎

一次靜態爆破完成后，對于爆破產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開始出現裂縫，其后縫隙會越來越寬(膨脹時間最長為48 h)。在現場灌裝過程中，切不可將已經發燙和開始冒氣的藥劑裝入孔內。從藥劑加入拌和水到灌裝結束，整個過程的時間不應超過5 min；操作時應注意觀察裝填孔，發現氣體冒出、有“嘶嘶”聲時，噴孔可能立刻就要發生，要立即停止裝藥。

(3)必要時人為創造自由面。

自由面是被破碎的巖石、混凝土等材質與空氣接觸的面，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，常常人為地創造自由面。在長期的實踐中，人們總結了一條簡單的經驗：自由面多，破碎效果好。本工程圍堰結構的自由面狀況較好，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，是不可預見和不可完全控制的因素。沖孔產生的原因較多，大致有以下幾種：①操作人員操作不當，操作時間太長，包括藥劑已經發熱、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。氣溫高時，拌和藥劑、鉆孔壁溫度控制不當、抑制劑藥量不夠，致使藥劑反應過快等；③布孔設計不當；孔距及抵抗線過大；④鉆頭選擇不當，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，沖入眼內可能會對角膜造成嚴重損害。為防止傷人事故的發生，操作人員必須戴符合國家安全標準生產的防沖防塵PVC勞保眼鏡等勞保用品進行操作，并在裝好藥5 h內，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，遠離灌裝點。觀察裂隙發展

情況時應更加小心。此外，施工現場應專門準備好清水和毛巾，沖孔時藥劑濺入眼內或皮膚上應立即用清水沖洗，嚴重者立即送醫院清洗治療。

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

(8)嚴禁將破碎劑加入后裝入容器內(入直口玻璃、啤酒瓶等)，否則非常危險。

5 結 語

靜態爆破開挖是一種新型的開挖方式，在甲巖水電站工程應用中，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行破碎或拆除作業，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，適宜用于機關學校、公共場所及住宅旁的破碎施工以及禁止出現點燃明火的炸藥庫、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拆除，水利、橋墩、隧道等靜態破碎施工的工程，保留部分巖石和混凝土完整性以及結構強度要求不能受到任何損害的破碎拆除。靜態爆破施工技術是常規炸藥爆破的一種發展、延伸，經濟和社會效益明顯，值得推廣和應用。