靜態(tài)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(qū)，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(fā)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(fā)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(qū)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(tài)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(jiān)理工程師否決)，所以只能采用靜態(tài)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(shù)的確定

圖1 儲門槽最大欠挖斷面圖

2.1 原參數(shù)試驗

項目部采購的靜態(tài)破碎劑[2]的原設計參數(shù)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(shù)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(shù)(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(qū)域造孔完畢，用風管將孔吹干凈，將膨脹劑按規(guī)范調好注入，經過1 d發(fā)現(xiàn)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(shù)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(xiàn)場技術參數(shù)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(tài)破碎劑造孔參數(shù)表

注：H為物體計劃破碎高度。

的巖石都鑿開，發(fā)現(xiàn)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(shù)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(fā)現(xiàn)反應時間和膨脹劑的稠度有關[4]，最終發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(qū)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(fā)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(fā)生變化后觀察裂縫的數(shù)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(tài)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(tài)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(wěn)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(tài)爆破的技術參數(shù)，將反應時間控制在30 min左右，為欠挖處理節(jié)約了大量的時間。