靜態破碎劑在非洲堅硬巖石欠挖處理中的應用

后 兵， 張 奎 圣

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概述

蘇布雷項目位于西非科特迪瓦境內，地處低緯度地區，屬于熱帶季風氣候，全年平均溫度約26.5 ℃左右。蘇布雷電站為薩桑德拉河上的第二座梯級電站，薩桑德拉河發源于幾內亞高原東部，自北向南流，在薩桑德拉港注入幾內亞灣。電站安裝3臺混流式機組(單機容量90 MW)和 1臺5 MW貫流式機組，總裝機容量為275 MW，年發電量1 038 GW?h，是科特迪瓦目前最大的水電站。廠房為壩后式地下廠房，基坑為堅硬的花崗巖(飽和抗壓強度120 MPa)，尾水檢修門儲門槽位于廠房下游右岸基坑臨邊區域。由于當時開挖工期緊，施工過程中欠挖處理不到位(臨邊最大欠挖超過190 cm)，直至工程施工中期，儲門槽周圍結構已經開始混凝土澆筑，若再實施動態爆破處理欠挖將會對混凝土結構產生影響(哪怕再小的爆破都會被監理工程師否決)，所以只能采用靜態破碎方案[1]。尾水儲門槽欠挖剖面見圖1、2。

2 最佳技術參數的確定

圖1 儲門槽最大欠挖斷面圖

2.1 原參數試驗

項目部采購的靜態破碎劑[2]的原設計參數見表1。所采用的鉆頭直徑均為40 mm。首先按照說明書上的參數進行了初步試驗。考慮到儲門槽所處巖石為花崗巖，屬于極硬質巖石，故選擇第二行參數(中、硬質巖石破碎),初選孔距為40 cm，用手風鉆造孔，深度選擇1 m，將一小片區域造孔完畢，用風管將孔吹干凈，將膨脹劑按規范調好注入，經過1 d發現沒有多大變化，只是在面層產生了一條很細的裂紋。初次試驗是完全按照說明書的參數進行的，然而效果并不理想。

圖2 儲門槽平均欠挖斷面圖

2.2 現場技術參數的調整

2.2.1 孔距的確定

再次試驗時將孔距調整為35 cm，深度依舊選擇1 m，造孔、吹孔、裝藥。然而，最終效果仍不明顯，可能是由于巖石確實較硬，經過多次試驗后，最終將孔距調整為15 cm時產生的裂紋較明顯，并且還是在有臨空面的一側，而遠離臨空面的地方還是達不到開裂的效果。采用風鎬將有裂紋

表1 靜態破碎劑造孔參數表

注：H為物體計劃破碎高度。

的巖石都鑿開，發現只有面層40 cm有裂紋，40 cm以下無反應，所造的孔為1 m深，破碎效果只能達到40～50 cm左右。

2.2.2 孔深的確定

通過一組試驗，在距臨空面20 cm的地方造一排孔，數量為14個，間距為15 cm，孔深依次遞增，分別為40 cm、50 cm、60 cm、70 cm、80 cm、90 cm、100 cm，同一孔深相鄰造兩個孔，裝上破碎劑，經過8 h，待反應完全結束，整塊巖石被豎切割開來[3]，隨后將開裂的巖石鑿開，試驗效果見圖3，觀察到有效作用深度的情況見圖4，最后確定50 cm為最佳孔深。

圖3 試驗效果圖

2.3 膨脹劑水灰比調試試驗

按照說明書要求配置的藥劑作用時間比較長，往往在5 h以上。按照這種方式處理，工期上是不滿足要求的。項目部采取的應對措施是進行試驗，不斷調整水灰比,發現反應時間和膨脹劑的稠度有關[4]，最終發現將膨脹劑調制的很稠呈糊狀并攪拌均勻后裝入炮孔內，經過20～30 min即開始有反應，巖石有裂隙產生，有些孔內的藥效太猛直接向上噴射出來，粉末四濺。最后發現，破碎劑向上噴射出的孔基本沒有產生裂隙或裂隙很小。初步推斷是由于膨脹力來不及向四周擴散而直接向上釋放的緣故。

圖4 有效深度曲線圖

2.4 封堵試驗

由于破碎劑向上噴射出的孔試驗效果并不好，故考慮待孔內裝完藥后將其封堵后進行最后的封堵試驗。(1)造孔。從欠挖區邊界開始造孔，以保證有足夠的臨空面，將孔距調整為15 cm，孔深設計為0.5 m。(2)清孔。將手風鉆造好的孔用高壓風管清理干凈并確保孔內無積水。(3)配置藥劑。按照0.5∶1的配比，將膨脹劑先倒入皮桶內，再向內加入一定量的清水，將其調制呈糊狀，攪拌要迅速且均勻，攪拌過程中可能會伴隨輕微發熱。(4)裝藥并堵塞。將配置好的藥劑迅速裝入孔內，配置過程中操作人員必須帶上防護用品，裝藥完畢采用事先加工好的木楔將孔封堵。(5)試驗結果。在藥劑裝入后的20 min左右開始產生反應，巖石開始產生裂紋，待裂紋不再發生變化后觀察裂縫的數量與深度，試驗效果良好，基本能滿足施工要求。

3 操作注意事項

(1)膨脹劑初始狀態為粉末狀，類似于面粉，故在攪拌時應避免被吸入體內，操作人員需帶上防護眼鏡、口罩和橡膠手套。

(2)需用清水攪拌，否則可能影響水灰比。

(3) 洗孔一定要干凈，否則會影響破碎效果，如果是處理巖壁處的欠挖，巖壁的裂隙可能會向下滲水，因此，必須將孔內的積水清除干凈。

(4)裝藥時可利用漏斗，將膨脹劑快速地注入并用木棒檢查其是否完全注滿。

(5)裝完藥后用自制的木楔子將孔堵上，封緊。

4 結 語

蘇布雷水電站尾水儲門槽開挖時欠挖，后期采用靜態破碎劑膨脹擠壓法進行處理，先采用破碎劑將巖石擠壓出裂隙，然后再用風鎬沿著巖石裂隙鑿碎[5]，在不影響周邊混凝土結構穩定性的情況下，成功地對欠挖進行了處理，并且通過調整孔距、孔深、膨脹劑水灰比等試驗得到了一組適用于非洲堅硬巖石靜態爆破的技術參數，將反應時間控制在30 min左右，為欠挖處理節約了大量的時間。