唐玉婷

【摘 要】廣西建工集團(tuán)第五建筑工程有限責(zé)任公司將一種新型的針對(duì)強(qiáng)巖溶發(fā)育谷地與丘陵谷地輸水工程的靜力爆破施工技術(shù)應(yīng)用到古償河原水輸水工程中，取得較好的施工效果。文章以古償河原水輸水工程的靜力爆破施工為研究對(duì)象，闡述了靜力爆破施工技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，可為今后類似工程的施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】強(qiáng)巖溶發(fā)育;輸水工程;靜力爆破

【中圖分類號(hào)】P642.25;X43 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）06-0070-03

0 前言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的不斷推進(jìn)，許多邊遠(yuǎn)山區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)戶戶通水通電，居民的生活質(zhì)量大大提升。但是，在廣西的個(gè)別山區(qū)，受喀斯特地貌的影響，其強(qiáng)巖溶發(fā)育谷地與丘陵谷地地質(zhì)條件給輸水工程帶來極大的困難。輸水區(qū)域石山環(huán)抱，附近有村莊民房，局部有高壓電塔，若采用爆破施工，有可能引起重大地質(zhì)災(zāi)害及地下溶洞崩塌;若采用非爆破式挖掘破碎技術(shù)，大型機(jī)械又無法開進(jìn)崎嶇山路;若采用人工作業(yè)，則施工進(jìn)度緩慢，無法滿足生產(chǎn)要求。針對(duì)處于喀斯特環(huán)境的強(qiáng)巖溶發(fā)育谷地與丘陵谷地地質(zhì)條件的輸水工程，采用全新的靜力爆破施工技術(shù)可以有效地解決上述問題。

1 工程概況

廣西柳州市柳東新區(qū)水廠古償河原水輸水工程位于廣西柳州市鹿寨縣，取水點(diǎn)在古償河，位于柳州市鹿寨縣桂柳高速與G323國道交匯處附近～洞光村東部600 m處，場地宏觀地貌屬強(qiáng)巖溶發(fā)育谷地與丘陵谷地地貌（如圖1所示），E3+900～E11+650為丘陵谷地地貌。丘陵谷地一般呈形態(tài)出現(xiàn)，丘頂標(biāo)高為217.00～238.00 m，谷地標(biāo)高一般為103.00～143.00 m，巖溶谷地標(biāo)高一般為103.00～119.00 m，設(shè)計(jì)的管線主要沿強(qiáng)巖溶發(fā)育谷地與丘陵谷地通過，谷地地帶坡度平緩，坡度一般為1°～3°。

2 施工方法選擇

2.1 施工方法選擇

兩岸為喀斯特強(qiáng)巖溶發(fā)育地區(qū)與丘陵谷地，有樁號(hào)（E0-E50～E11+650）E段的管線。施工范圍的巖石新鮮，質(zhì)硬性脆，鉆探巖芯多呈柱狀，巖層基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ、IV類。因場地狹小，所以無法采取機(jī)械破碎法施工，而且單位面積上石方方量較小，采用火工炸藥爆破需要采用安全措施，并且需上報(bào)公安及安監(jiān)部門審批，審批程序復(fù)雜、周期長。本施工爆破作業(yè)點(diǎn)采用常規(guī)露天爆破，施工過程中不能有效保證周圍環(huán)境安全，屬于不允許出現(xiàn)飛石的高壓輸電線及密集民宅旁的破碎施工。為此，經(jīng)參建各方會(huì)議決定，采用靜力爆破法施工。

2.2 靜力爆破的特點(diǎn)

（1）操作簡單，易于管理，在購買、運(yùn)輸、保管方面無任何限制，可按普通貨物進(jìn)行管理。

（2）在破碎施工中不會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)、噪聲、污染及飛石等。同時(shí)，施工使用的靜力爆破劑不屬于危險(xiǎn)品，可以隨時(shí)使用。

2.3 適用范圍

（1）場地條件特殊，無法使用巖石破碎機(jī)械設(shè)備，不允許或不適宜使用炸藥，但是又需要破除巖石的工程。

（2）不允許出現(xiàn)飛石的鐵路線路、通信光纜、高壓輸電線旁及公共場所等施工環(huán)境。

（3）不允許強(qiáng)烈震動(dòng)的巖石破碎施工，例如文物搶救保護(hù)工程、危急邊坡險(xiǎn)情的處理、密布既有管線周圍地下工程。

（4）不允許出現(xiàn)聲響的破碎施工等。

（5）要求完整性的工程，例如保留部分巖石完整，要求結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與原工程一致。

（6）貴重巖石開采，名貴石料切割。

3 工藝原理

3.1 基本工藝原理

在對(duì)巖石進(jìn)行人工造孔后，靜力爆破劑發(fā)生膨脹，促使巖石脹裂，最后產(chǎn)生裂縫。使用風(fēng)鎬對(duì)其破除，最終達(dá)到施工破碎的目的。

3.2 破碎機(jī)理

（1）使用本技術(shù)時(shí)，需使用靜力爆破劑進(jìn)行破碎作業(yè)，靜力爆破劑的成分及原理與炸藥完全不一樣，本方法提及的破碎劑在被破碎體內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)存在大量的物理變化，包含特殊晶粒發(fā)生變形、體積發(fā)生變化、溫度逐漸升高，伴隨著體積的增大，對(duì)孔壁的膨脹壓力也逐步增大，導(dǎo)致介質(zhì)最終因龜裂而完全解體。

（2）巖石屬于脆性介質(zhì)，它的抗拉強(qiáng)度在5～10 MPa，本技術(shù)使用的無聲破碎劑膨脹壓力較大，為30～50 MPa，是巖石最大抗拉強(qiáng)度的5倍以上，在靜力爆破劑發(fā)生作用時(shí)，它周圍的介質(zhì)因一系列受力情況的改變而產(chǎn)生拉應(yīng)力，該拉應(yīng)力屬于周向拉應(yīng)力，此應(yīng)力值隨著反應(yīng)的增強(qiáng)而不斷增大，最終達(dá)到介質(zhì)的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)超過抗拉強(qiáng)度時(shí)，介質(zhì)預(yù)留的孔中會(huì)產(chǎn)生裂隙，因?yàn)榕蛎泬毫Σ粩嘣龃蟮倪^程比較緩慢，所以會(huì)慢慢導(dǎo)致裂隙逐步擴(kuò)展，一步一步地成為相對(duì)較大的新裂縫，最終介質(zhì)被完全破壞，達(dá)到施工目的。

3.3 化學(xué)原理

將施工中需要使用到的特殊硅酸鹽、氧化鈣等物質(zhì)為作為本反應(yīng)的主要原料，同時(shí)配合其他的反應(yīng)材料，例如有機(jī)及無機(jī)的添加劑等，制成靜力爆破劑，它的化學(xué)反應(yīng)公式如下：

CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×104 J

在以上化學(xué)反應(yīng)式中，主要物質(zhì)氧化鈣遇水變成氫氧化鈣時(shí)，它的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生較大變化，即由立方晶體轉(zhuǎn)變成為復(fù)三方偏三角面體，形狀完全改變，這種晶體與晶體之間的轉(zhuǎn)化，會(huì)引起原來晶體的體積發(fā)生較大的膨脹，最終擠破巖石，達(dá)到施工目的。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)測定，晶體自由膨脹時(shí)，反應(yīng)后的體積可增長3倍以上，同時(shí)表面積變大100倍以上，還能釋放出大量熱量，每摩爾可達(dá)到6.5×104 J。如果將它注入事先設(shè)置好的空隙內(nèi)，由于膨脹反應(yīng)受到孔壁的狹小空間的約束，其壓力會(huì)迅速增高，達(dá)到50 MPa以上，巖石介質(zhì)在這種壓力的作用下，將無法抵抗，其內(nèi)部受力情況會(huì)發(fā)生巨大改變，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的徑向壓縮應(yīng)力和切向的拉伸應(yīng)力。人工造孔如圖2所示。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程圖

工藝流程圖如圖3所示。

4.2 操作要點(diǎn)

（1）在進(jìn)行破碎作業(yè)之前，施工隊(duì)組應(yīng)對(duì)巖石有一定的了解，如巖石額性質(zhì)、節(jié)理、工期要求、工程量、破碎程度、氣候條件、走向和地下水情況等，都要一一進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。其中，本試驗(yàn)所用到的鉆孔參數(shù)、鉆孔分布及最終的破碎順序等都需要根據(jù)破碎物體的實(shí)際情況（巖石屬性）確定。

（2）設(shè)計(jì)布眼。布眼工作開始前，要先確定巖石的情況，確保巖石滿足施工時(shí)需具備一個(gè)臨空面的要求，同時(shí)在作業(yè)鉆孔過程要注意對(duì)方向的把控，與臨空面保持平行，存在的自由面越多，則說明一定單位內(nèi)的破石量越大，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越高。如果施工中巖石硬度大，則孔距及排距就要小一些，兩個(gè)條件互為相反，它們的關(guān)系見表1。

（3）鉆孔。巖石的鉆孔直徑對(duì)施工能否順利進(jìn)行至關(guān)重要，破碎效果也取決于此，如果鉆孔過小，藥劑放得太少，會(huì)影響藥劑反應(yīng)的效果;但是如果鉆孔太大，孔口又很難填滿藥劑。本工程施工中使用直徑為38～42 mm的鉆頭，為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以40 mm為宜。使用前，必須清理干凈鉆孔內(nèi)的余水和余渣，孔口旁要保持干凈整潔。

（4）鉆孔深度和裝藥深度。處理孤立的巖石時(shí)，鉆孔深度要嚴(yán)格控制，對(duì)體積非常龐大的巖石，或者遇到特殊情況時(shí)，必須分步破碎，而且要進(jìn)行事先評(píng)估，對(duì)鉆孔的深度要慎重選擇。一般根據(jù)不同的施工要求，在1～2 m是比較理想的鉆孔深度。裝藥深度若能達(dá)到孔深的100%為最佳，一定要確保填滿。

（5）裝藥。如果施工中遇到向下及向下傾斜的眼孔，由于形狀已經(jīng)無法改變，可以在反應(yīng)藥劑中摻入25%左右的水，同時(shí)攪拌均勻，在拌成藥劑呈現(xiàn)流質(zhì)狀態(tài)后，應(yīng)趁藥劑沒有高速反應(yīng)前迅速倒入事先已經(jīng)開好的孔內(nèi)，同時(shí)要確保藥劑都在孔內(nèi)且處于完全密實(shí)的狀態(tài)。無論藥劑是粗顆粒還是細(xì)顆粒，都要注意配比：粗顆粒藥劑水灰比需調(diào)節(jié)到25%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)如流動(dòng)性等較好，細(xì)顆粒藥劑制成的水灰比為 32%左右時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)較好。

在遇到水平方向或向上方向的鉆孔時(shí)，建議選擇其他尺寸的器械（使用比鉆孔直徑略小的為宜），可以在高強(qiáng)長纖維紙袋中裝入一定量的特殊藥劑，將其放入盆中，同時(shí)及時(shí)倒入純凈水對(duì)其完全浸泡，等1 min左右，等待藥卷完全濕潤，取出該藥卷從孔底開始進(jìn)行深加工，最后逐條裝入，并用小棍子捅緊，直至密實(shí)地裝填到孔口不能再填入為止。與此同時(shí)，可攪拌藥劑，并配制一定比例的灰漿將其壓入孔內(nèi)，最后孔口用濕潤的黃泥封堵完畢，保證藥劑不流出即為合格。

每次裝填藥劑后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)觀察數(shù)據(jù)，確定溫度符合要求，溫度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致施工失敗。在整個(gè)施工的灌裝過程中，要時(shí)刻注意對(duì)于已經(jīng)開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的藥劑，不能再裝入孔內(nèi)，否則會(huì)發(fā)生安全事故。藥劑反應(yīng)過程中，要加入拌合水保證其反應(yīng)順利，直至灌裝結(jié)束，整個(gè)過程控制在6 min為宜。

（6）藥劑反應(yīng)時(shí)間的控制。如果藥劑溫度高，反應(yīng)時(shí)間快，所需反應(yīng)時(shí)間短，反之時(shí)間長。我們?cè)趯?shí)際施工時(shí)，藥劑的反應(yīng)時(shí)間是可以控制的。具體方法有兩種：第一種是加入抑制劑，即在拌合水中加入特殊的抑制劑，使其反應(yīng)變慢。另一種方法是在施工中嚴(yán)格控制拌合水和藥劑的溫度。如果工程在氣溫較高的夏季進(jìn)行，必須對(duì)藥劑嚴(yán)格看管，確保其低溫存放，避免曝曬。拌合水溫度在15 ℃以下為宜。抑制劑加入量最少為0.5%，最大為6%。冬季施工時(shí)，拌合水的溫度最高不能夠過50 ℃，反應(yīng)時(shí)間視具體工況而定，一般為30～60 min。

5 結(jié)語

采用靜力爆破施工技術(shù)，能對(duì)強(qiáng)巖溶發(fā)育谷地與丘陵谷地的山石進(jìn)行開挖，具有安全、高效及不受場地制約的特點(diǎn)，特別適合在廣西及類似的喀斯特地貌地區(qū)的山石爆破施工中使用。廣西建工集團(tuán)第五建筑工程有限責(zé)任公司成功地將該項(xiàng)技術(shù)使用在輸水工程的管線開挖過程中，為以后類似工程的施工積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]郭偉，張海波，高俊合.靜力爆破施工工法[EB/OL].http：//jz.docin.com/p-378421308.html，2019-05-24.

[2]潘小龍.簡述工程爆破新技術(shù)——靜力爆破[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2009（7）.

[3]楊國梁，楊軍，姜琳琳.框-筒結(jié)構(gòu)建筑物的折疊爆破拆除[J].爆炸與沖擊，2009（4）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]