董小衛(wèi)

摘要：北京人遺址管理處第1地點(diǎn)（猿人洞）保護(hù)建筑工程石方開(kāi)挖過(guò)程中部分地段為堅(jiān)硬巖石，由于距離文物本體較近、周?chē)h(huán)境受限且普通破碎方法振動(dòng)較大，經(jīng)過(guò)方案對(duì)比采用了靜力爆破施工工藝，采取綜合性技術(shù)措施，取得了較好的效果，在文物安全、環(huán)境保護(hù)、工期和成本等方面得到了保證。

關(guān)鍵詞：文物保護(hù);環(huán)境污染;振動(dòng)

一、前言

現(xiàn)階段，工程上的巖石破碎方法眾多，其中使用頻率比較高的有以下幾種：人工破除法、靜力爆破法、爆破法等，這些方法有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在文物保護(hù)地區(qū)進(jìn)行石方開(kāi)挖是非常復(fù)雜繁瑣的工程，操作難度大，如果使用傳統(tǒng)的人工破碎不僅需要投入大量的人力資源，且開(kāi)挖效率也比較低，甚至可能延誤工期。機(jī)械破碎法是目前工程建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛的一種方法，適用于大塊石頭的二次破碎;然而此類方法有著較大的局限性，比如噪聲大，粉塵多，不利于環(huán)保，因此，并不適用于堅(jiān)硬石灰?guī)r的開(kāi)鑿[1]。與以上兩種方法相比，爆破法施工最為經(jīng)濟(jì)快速，但根據(jù)《文物保護(hù)法的》規(guī)定不允許使用此方法。綜合考慮只能選擇適宜在復(fù)雜環(huán)境條件下的靜力爆破法。該方法無(wú)震動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)有毒物產(chǎn)生，容易使用操作，具有經(jīng)濟(jì)和高效的特點(diǎn)。

二、工程概況

工程位于北京市西南房山區(qū)周口店鎮(zhèn)龍骨山北部，周口店遺址是舊石器時(shí)代早期的人類遺址，為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。周口店遺址第一地點(diǎn)（猿人洞）保護(hù)建筑為一單層鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼罩棚，網(wǎng)殼長(zhǎng)軸向跨度為83.0 m，橫向最大寬為50.0 m，保護(hù)區(qū)域約2878 m2，工程總建筑面積約3487 m2，空間網(wǎng)殼由圓鋼管相貫焊接而成，鋼管材質(zhì)Q345C，通過(guò)山頂和山腳兩排支座進(jìn)行支撐，基礎(chǔ)高差約35 m。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)罩棚基礎(chǔ)分山頂和山腳兩部分，基礎(chǔ)型式為抗推條形基礎(chǔ)。

山腳基礎(chǔ)總體均呈長(zhǎng)條弧線形。山腳為寬6.0 m，長(zhǎng)度約30 m，深度6～7 m和寬度6.0 m，長(zhǎng)度約8 m，深度為7～8 m的兩個(gè)長(zhǎng)條弧線形基礎(chǔ)。山頂基礎(chǔ)為寬4 m，長(zhǎng)度約20 m，深度4～5 m的長(zhǎng)條弧線形基礎(chǔ)[2]。

三、靜力爆破的原理

靜力爆破是一種新型的爆破手段，其核心思想是：首先在巖石上鉆孔，之后在其中灌注靜力爆破劑，爆破劑會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速膨脹，由此促使巖石產(chǎn)生裂縫。對(duì)于無(wú)法使用機(jī)械破碎或爆破手段的山體，靜力爆破法無(wú)疑是一種非常理想的選擇。靜力爆破劑又叫無(wú)聲破碎劑，它是一種經(jīng)過(guò)特殊工藝制備的無(wú)機(jī)化合物，其主成分是氧化鈣，當(dāng)該物質(zhì)與其他添加劑、水混合時(shí)，能夠在較短時(shí)間內(nèi)逐漸膨脹，其物理形態(tài)為粉狀。靜力爆破劑不屬于危險(xiǎn)品，在購(gòu)買(mǎi)、運(yùn)輸、保管時(shí)無(wú)需辦理相關(guān)的許可證，因此使用起來(lái)非常方便。靜力爆破劑的主成分為氧化鈣，另外還包含有鋁、鎂、鐵等物質(zhì)。在使用時(shí)，只需要在其中添加適當(dāng)?shù)乃?，然后灌注至孔道?nèi)，在水的作用下，該化合物溫度逐漸升高，并伴隨著膨脹力的產(chǎn)生，在該力力的作用下，孔壁介質(zhì)產(chǎn)生軸向應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)孔壁介質(zhì)抗拉強(qiáng)度時(shí)，孔道之間開(kāi)始產(chǎn)生裂隙，當(dāng)縫隙擴(kuò)大到一定程度時(shí)，會(huì)進(jìn)一步引起巖體破裂。一般在0.5 h后開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，需要指出的是，在采用這種方法時(shí)，孔徑、孔距應(yīng)平行于臨空面，這樣才能夠在最大程度上破碎山體[3]。

四、靜力爆破施工工藝和技術(shù)要求

（一）鉆孔施工

在巖石鉆孔主要采用空壓機(jī)和鑿巖機(jī)（見(jiàn)圖1）。

（二）攪拌方法

膨脹劑每袋為40 kg，加入1.6 kg左右的干凈水。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，水的重量可適當(dāng)增加，另外，不同規(guī)格的無(wú)聲膨脹劑，加入的水量也不同。水的重量不能過(guò)多也不能過(guò)少，否則都會(huì)影響破碎效果。在實(shí)際操作中，可以采用機(jī)器攪拌，也可采用手動(dòng)攪拌;如果采用前一種方式，則先倒入水后放入無(wú)聲膨脹劑，持續(xù)攪拌50 s左右直至其充分混勻。小型場(chǎng)合用人工攪拌，叫吧時(shí)間相應(yīng)的延長(zhǎng)，確?；旌衔餅椤爸唷睜顫{料。當(dāng)桶底出現(xiàn)結(jié)塊時(shí)，要采取措施及時(shí)處理。結(jié)塊放置時(shí)間越長(zhǎng)，其性能越弱，則不能達(dá)到爆破效果。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，要加入熱水?dāng)嚢?，如此才能縮短其水化時(shí)間[4]。

（三）灌孔

制備好漿體后，應(yīng)在十分鐘內(nèi)用完。放置的時(shí)間越久，其流動(dòng)性能越差，灌孔難度也就越大，

1. 對(duì)于垂直孔，倒入后要使用鐵絲插搗。此舉有兩個(gè)目的：（1）防止填的太滿，造成資源浪費(fèi)[5]。（2）確保填充密實(shí)，提高其爆破力。在這一操作過(guò)程中，孔口預(yù)留空隙應(yīng)為8 mm。

2. 對(duì)于水平孔，首先要將其拌成膠泥，然后搓成條塞入孔，這樣可以避免出現(xiàn)漿體倒流的情況，填滿孔洞后，用木棍搗壓密實(shí)。

3. 多排孔。主要用于大體積巖石的破碎。采用此種方式時(shí)，由于周邊的孔不受約束，而中間的孔受限制較大，故而灌入膨脹劑時(shí)要循序漸進(jìn)，不能同時(shí)灌孔。先灌邊沿一、二排孔，經(jīng)10～12 h以后，再灌三、四排孔，具體情況如下圖2所示。

4. 養(yǎng)護(hù)

在春秋、夏季，灌入填充劑后通常不覆蓋，對(duì)于出現(xiàn)裂紋的情況，可用水灌縫，以最大程度地縮短膨脹時(shí)間。如果是在冬季，則用熱水?dāng)嚢?，如果環(huán)境溫度過(guò)低，那么可以加入適量的CaCl2，即當(dāng)水的體積為1500 mL時(shí)，CaCl2的重量應(yīng)為80 g左右，之后倒入膨脹劑，為了使其溫度維持在一個(gè)比較恒定的狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行覆蓋[6]。

五、無(wú)聲膨脹劑的噴出

引起該現(xiàn)象的因素眾多，總的來(lái)說(shuō)有以下幾方面的原因：

（一）選擇的膨脹劑規(guī)格不適宜，這樣會(huì)容易出現(xiàn)膨脹劑噴出。

（二）環(huán)境溫度過(guò)高，比如夏季在中午灌孔。

（三）孔徑尺寸不符合要求。

（四）無(wú)聲膨脹劑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

該現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制是：無(wú)聲膨脹劑水化時(shí)產(chǎn)生大量的熱，而由于受到周?chē)矬w的制約，使得溫度在較短的時(shí)間內(nèi)快速上升，當(dāng)超過(guò)100 ℃時(shí)，未水化的水便沸騰，由此形成的蒸汽壓發(fā)展到一定程度時(shí)就會(huì)形成噴出。

六、施工注意事項(xiàng)

在施工過(guò)程中，需注意以下幾方面的問(wèn)題：

（一）藥劑反應(yīng)時(shí)間的控制

反應(yīng)時(shí)間會(huì)受到外部環(huán)境溫度的影響，兩者呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。在具體施工時(shí)，可采用兩種手段來(lái)控制反應(yīng)時(shí)間：首先在拌合水中加入適當(dāng)?shù)囊种苿?，這樣會(huì)在一定程度上延遲反應(yīng)時(shí)間。其次是控制拌和水、和巖石的溫度，這樣也能達(dá)到比較好的控制效果。夏季氣溫較高，破碎前要對(duì)施工地點(diǎn)和藥劑進(jìn)行覆蓋處理，防止其溫度過(guò)高。拌合水溫度應(yīng)當(dāng)不超過(guò)15 ℃。在實(shí)際操作過(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)因藥劑反應(yīng)時(shí)間過(guò)快而引起的沖孔現(xiàn)象，這會(huì)給威脅到操作者的生命安全，因此可用延緩反應(yīng)時(shí)間的抑制劑。冬季為了縮短藥劑反應(yīng)時(shí)間，提高施工效率，可加入促發(fā)劑和提高拌和水溫度。水溫應(yīng)在50 ℃以內(nèi)。通常反應(yīng)時(shí)間不低于30 min，不超過(guò)60 min，在某些情況下可適當(dāng)縮短反應(yīng)時(shí)間，以提高施工效率。

（二）質(zhì)量控制

主要包括如下幾個(gè)方面：

1. 靜力爆破劑的質(zhì)量控制

對(duì)于施工材料應(yīng)要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核，如果材料的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)則不予使用。

2. 打孔質(zhì)量控制

在施工過(guò)程中，要結(jié)合工程實(shí)際情況，編寫(xiě)實(shí)施性施工方案，在此基礎(chǔ)上來(lái)確定出孔的位置，孔的相關(guān)參數(shù)要符合規(guī)定。孔直徑應(yīng)不小于38 mm，不超過(guò)42 mm。

3. 裝藥的質(zhì)量控制

結(jié)合實(shí)際需要并經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，選用無(wú)聲破碎劑型號(hào)SCA-I。在具體的施工過(guò)程中，嚴(yán)防邊打孔邊裝藥，打孔、裝藥均要一氣呵成。此處還需要注意的是，禁止打孔完成后立即裝藥?？椎臏囟冉档筒⑦M(jìn)行清洗后才能裝藥。在操作的過(guò)程中，如果藥劑已經(jīng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，那么不宜繼續(xù)使用。

4. 藥劑反應(yīng)時(shí)間控制

時(shí)間應(yīng)當(dāng)不低于0.5 h時(shí)，不超過(guò)1 h，并結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況控制相關(guān)參數(shù)。

（三）安全措施

施工時(shí)，由于材料具有一定的危害性，因此作業(yè)人員要做好防護(hù)措施，戴防護(hù)手套和防護(hù)眼鏡。破碎過(guò)程中，操作者要距離現(xiàn)場(chǎng)一段距離，以防止出現(xiàn)安全事故。另外還需要注意的是，嚴(yán)禁鉆孔與注入破碎劑同步施工。如果在破碎過(guò)程中出現(xiàn)異常，那么要徹底解決問(wèn)題后才能繼續(xù)施工。灌入藥劑時(shí)面部不能與孔過(guò)近。出現(xiàn)裂隙時(shí)要與現(xiàn)場(chǎng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x。在實(shí)踐中，通常會(huì)出現(xiàn)藥劑濺人眼內(nèi)和皮膚上的情況，這會(huì)對(duì)人體健康帶來(lái)危害，因此在施工前要準(zhǔn)備清水，用水沖洗藥劑。特殊情況下要將傷者送醫(yī)院清洗治療[7]。各類添加劑的量應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)配備，同時(shí)避免擅自加人其他任何化學(xué)物品。藥劑與水混合后不能放入容量過(guò)小的容器中?？足@好后，要進(jìn)行清洗并進(jìn)行降溫處理才能倒入藥劑。藥劑在存放和運(yùn)輸過(guò)程中要避免受潮，使用時(shí)盡量一次性用完。另外還要注意，藥劑應(yīng)單獨(dú)存放。作業(yè)員應(yīng)當(dāng)熟悉作業(yè)流程，充分掌握藥劑使用方法[8]。

七、結(jié)語(yǔ)

由于施工環(huán)境的影響，結(jié)合本工程的實(shí)際情況并通過(guò)對(duì)比分析，確定了靜力爆破的施工工藝。

這種方式不僅安全可靠，而且能提高施工效率。施工成本得到了降低，且爆破效果良好，因此是文物保護(hù)施工中的理想選擇。

文物是今天社會(huì)物質(zhì)環(huán)境和文化精神環(huán)境的重要組成部分。對(duì)文物的保護(hù)是對(duì)歷史、文化的保護(hù)，是對(duì)社會(huì)共同記憶和利益的保護(hù)，也是對(duì)優(yōu)秀文化傳統(tǒng)的傳承。文物保護(hù)是一項(xiàng)公共事業(yè)，每個(gè)人都應(yīng)積極承擔(dān)其保護(hù)文物的責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

[1]周口店北京人遺址管理處.周口店遺址保護(hù)工程報(bào)告[M].文物出版社， 2013.

[2]中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院.中國(guó)文物保護(hù)與修復(fù)技術(shù)[M].科學(xué)出版社， 2009.

[3]文君.巖土工程施工對(duì)環(huán)境的污染與可持續(xù)發(fā)展[J].工程勘察， 2010（S1）：818-821.

[4]宗維君.靜力爆破施工工法的探討[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2012（6）.

[5]潘小龍.簡(jiǎn)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（07）.

[6]宗維君.靜力爆破施工工法的探討[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2012（06）.

[7]楊晟釗，林盛，李慧.復(fù)雜環(huán)境中深基坑的爆破開(kāi)挖[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2008（06）.

[8]劉武.周口店人類化石與中國(guó)古人類連續(xù)進(jìn)化學(xué)說(shuō)的形成和發(fā)展[J].化石， 2019（04）.