復(fù)雜條件下震后危巖爆破排險(xiǎn)技術(shù)研究

(華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院 北京 065201)

西舍路鎮(zhèn)位于楚雄市西南角，該地道路崎嶇，地勢(shì)極其險(xiǎn)要，公路均從陡峭山體上開(kāi)挖而來(lái)。周?chē)写罅康木用褡∷?，此公路是通往附近村莊的交通要道，客流量較大。由于山體表面巖石長(zhǎng)年受到雨水及當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，風(fēng)化較為嚴(yán)重，時(shí)常有巖石墜落，多處危巖給當(dāng)?shù)亟煌◣?lái)極大的安全隱患。加之地震的影響，通往該地公路多處上部邊坡的山體巖石松動(dòng)，政府部門(mén)及相關(guān)公安部門(mén)立即展開(kāi)了處理危巖工作。鑒于采用爆破方法取得的成功案例諸多，如柏楊湖大橋3#橋臺(tái)后沿陡坡危巖的爆破排險(xiǎn)，勝利互通立交陡坡危石爆破排險(xiǎn)以及國(guó)道209線神宜路落步河危巖爆破排險(xiǎn)設(shè)計(jì)[1-3]。根據(jù)實(shí)地勘察情況，采用爆破的方法可以快捷高效的排除松動(dòng)巖石帶來(lái)的危害。

一、工程概況

通往西舍路鎮(zhèn)的要道地處半山腰，危巖區(qū)位于道路上部邊坡，地貌類(lèi)型為陡緩相間的河谷岸坡地貌，岸坡整體上陡下緩，上部均為陡崖；坡度大于60°，局部呈直立；中下部為河谷階地緩坡，坡度20°～35°。

危巖區(qū)位于陡崖中上部及頂部位置，受災(zāi)區(qū)位于斜坡下部陡緩交界及整個(gè)緩坡部位；工程區(qū)所在的斜坡整體切割較為強(qiáng)烈，發(fā)育較多的“V”型小溝。所威脅的村寨位于陡坡下部較緩位置。危巖區(qū)即公路上方區(qū)域分布標(biāo)高在1294～1343m，坡角大于60°的懸崖陡壁，呈西北向東南方向延伸，與下方居民區(qū)相對(duì)高差約468m，水平距離約410m。危巖帶長(zhǎng)約70m，危巖帶寬30～60m，根據(jù)巖體內(nèi)側(cè)豎向裂縫推測(cè)厚度約為5～l0m，危巖帶總體積約為217萬(wàn)m3。根據(jù)《滑坡崩塌泥石流災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查規(guī)范》為中型崩塌。

危巖帶內(nèi)分布著大量的危巖體，工程區(qū)內(nèi)主要有3個(gè)最大的危巖體，分別位于左側(cè)、中部和右側(cè)，該三個(gè)危巖體亦是本次爆破所要清理的對(duì)象。(祥見(jiàn)圖1)

圖1 工程布置剖面圖

危巖呈不規(guī)則塊狀，在危巖后壁追蹤卸荷裂隙貫通形成破裂面，危巖體底部與基座接觸面存在較厚泥質(zhì)充填，且危巖體底部豎向裂隙較為發(fā)育，將巖體切割呈塊狀，自下而上呈現(xiàn)巖塊墜落的現(xiàn)象，從而局部形成凹腔，目前凹腔發(fā)育尚且不深，但該危巖體處在斷崖交界匯水位置，長(zhǎng)期在雨水作用下結(jié)構(gòu)面層間結(jié)合力度大大降低，使危巖體上部易滑移造成傾倒破壞，隨時(shí)有大量巖體頃刻滾落的危險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)方案的提交形式多樣化，可以手繪，可以建模渲染，也可以寫(xiě)出自己的想法并加以圖示，只要能夠清晰表達(dá)自己的想法即可。設(shè)計(jì)方案的信息欄帶有方案編號(hào)、設(shè)計(jì)師代號(hào)、引用對(duì)象等信息，打分欄供實(shí)驗(yàn)管理者寫(xiě)入統(tǒng)計(jì)得到的方案平均得分。方案張貼在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的軟木墻上供所有參與者觀察和參考引用(如圖2)。

二、爆破技術(shù)方案

由于危巖區(qū)主要有三大危巖體，根據(jù)危巖體所處的情況不同，采用不同的方案進(jìn)行爆破。

為控制爆破后產(chǎn)生的危害效應(yīng)，降低施工難度，減短施工工期等，需結(jié)合當(dāng)?shù)氐貏?shì)創(chuàng)造有利的爆碴運(yùn)動(dòng)方向，有效利用巖層產(chǎn)狀，將爆區(qū)劃分為3個(gè)爆區(qū)，并按爆區(qū)編號(hào)分次起爆。如圖3所示，爆區(qū)2和3為爆區(qū)重點(diǎn)部位，也是爆破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須對(duì)這兩個(gè)爆區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)爆破，準(zhǔn)確控制，以獲得設(shè)計(jì)的爆破效應(yīng)。

(一)淺孔爆破方案

1.淺孔爆破可行性分析

當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，邊坡易形成應(yīng)力集中或是在垮塌面形成多條橫縱相間的裂縫，加之巖石本身的內(nèi)應(yīng)力或雨水侵蝕、人類(lèi)工程活動(dòng)的影響下極易破壞山體的完整性，形成大量危巖體，這時(shí)可通過(guò)爆破方式進(jìn)行卸載，最常見(jiàn)的是利用淺孔爆破施工技術(shù)，自上而下把松動(dòng)的邊坡修成臺(tái)階狀或緩坡?tīng)?。?jīng)觀測(cè)如危巖體暫時(shí)穩(wěn)定則可在左側(cè)危巖體的頂部直接進(jìn)行鉆爆作業(yè)，如危巖體隨時(shí)都有垮塌的可能則只能從穩(wěn)定的母巖上按技術(shù)設(shè)計(jì)的坡頂線上鉆爆作業(yè)。在危巖體極不穩(wěn)定的情況下，需要先對(duì)危巖體進(jìn)行一定的加固工作，保證了作業(yè)人員的安全后，才能實(shí)施鉆爆工序。

針對(duì)爆區(qū)1頂部凹凸不平，不具備打深孔條件，可用淺孔爆破進(jìn)行工作面找平，為下階段的深孔爆破打下基礎(chǔ)。

2.淺孔爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)爆破器材的選擇

采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，裝填(32mm乳化炸藥，起爆藥包設(shè)置在炮孔底部。打孔用手動(dòng)鑿巖機(jī)或小功率的風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行打孔。

(2)爆破參數(shù)的確定

炮孔采用垂直鉆孔，三角形方式布置，打孔徑d=40mm，孔距a=1.5m，排距b=1.0m，利用小型鉆孔設(shè)備自上而下垂直鉆孔，逐層爆破；最小抵抗線方向選擇在危巖體兩側(cè)方向，即下方村落的側(cè)向方向。(詳見(jiàn)圖2)

(3)起爆網(wǎng)絡(luò)

起爆雷管選用MS9段導(dǎo)爆管雷管，孔外接力雷管選用MS3段導(dǎo)爆管雷管，起爆雷管采用8#瞬發(fā)電雷管。嚴(yán)格控制排間毫秒延期、最大段起爆裝藥量和淺孔爆破循環(huán)進(jìn)尺，以降低爆破振動(dòng)對(duì)危巖體的破壞，防止裂隙的擴(kuò)張。(詳見(jiàn)圖3)

圖2 淺孔炮孔布置圖

圖3 排間毫秒延期起爆網(wǎng)路

(二)深孔加預(yù)裂爆破方案

1.深孔加預(yù)裂爆破可行性分析

當(dāng)需要處理的危巖體方量較大時(shí)，處理的垂直高度在8～20m、水平寬度在3～10m，臨空面較好，沒(méi)有裂縫或裂縫發(fā)展緩慢，只需卸載就可以確保邊坡穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)觀察，中部和右側(cè)危巖體在短期內(nèi)不會(huì)崩塌且簡(jiǎn)易潛孔鉆機(jī)可運(yùn)送到工作面，由于山坡陡峭，如果不采取有效措施，爆破勢(shì)必對(duì)坡后巖體構(gòu)成破壞，并留下隱患。為此，采取預(yù)裂爆破的方法，在主炮孔之前沿開(kāi)挖邊線布置一排預(yù)裂孔，以減弱主爆區(qū)應(yīng)力波向邊坡巖體的傳播，同時(shí)阻斷爆破裂隙向邊坡內(nèi)部發(fā)展，以達(dá)到保護(hù)開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定。

2.深孔加預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)爆破器材的選擇

鉆孔設(shè)備為潛孔鉆，深孔爆破時(shí)采用間隔和連續(xù)混合裝藥相結(jié)合，裝填(70mm乳化炸藥，深孔爆破時(shí)為提高網(wǎng)路的可靠性和確保炸藥能穩(wěn)定爆轟，孔內(nèi)需設(shè)置兩個(gè)起爆藥包，分別位于炮孔深度的1/4和3/4位置處；預(yù)裂爆破時(shí)采用(32mm乳化炸藥進(jìn)行不耦合裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)采取底部加強(qiáng)裝藥，底部至1.5m高度處q底線=1.2kg/m；中部正常間隔裝藥；上部減弱裝藥，q上線=0.2kg/m；孔口0.8～1.5m處不裝藥，進(jìn)行填塞。(詳見(jiàn)圖4)

(2)爆破參數(shù)的確定

深孔爆破時(shí)炮孔采用傾斜鉆孔，呈三角形布置，孔徑d=90mm，孔距a=0.8m，排距b=3.5m，炮孔傾斜角度θ=70°，超深h=1.0m，炮孔長(zhǎng)度L=11.5m；預(yù)裂爆破時(shí)炮孔采用垂直鉆孔，孔徑d=90mm，孔距a=0.8。

3.起爆網(wǎng)絡(luò)

起爆網(wǎng)路選用35ms/500ms塑料導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)雷管，其地表延期為35ms，孔內(nèi)延期為500ms，實(shí)施逐孔起爆；起爆雷管采用8#瞬發(fā)電雷管。主爆區(qū)采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，孔內(nèi)設(shè)置兩個(gè)起爆藥包，炮孔底部反向起爆，頂部用正向起爆，最后排采用導(dǎo)爆索起爆網(wǎng)路，用一根主導(dǎo)爆索將各預(yù)裂孔的導(dǎo)爆索串聯(lián)起來(lái)，電雷管激發(fā)，預(yù)裂孔先于主炮孔100～125ms起爆。(詳見(jiàn)圖5)

圖4 深孔加預(yù)裂裝藥結(jié)構(gòu)

圖5 逐孔起爆網(wǎng)路

三、爆破安全設(shè)計(jì)

(一)爆破振動(dòng)控制

工程爆破雖然能給我們解決很多問(wèn)題，但是也不缺乏會(huì)帶來(lái)一些次生危害，但這種危害大多是可控的，例如爆破地震震動(dòng)就可根據(jù)薩道夫斯基地震衰減公式來(lái)加以防控，并且該公式已經(jīng)被編入《爆破安全規(guī)程》作為工程爆破的一項(xiàng)重要指標(biāo)[4-5]。其公式具體為：

式中：V—實(shí)測(cè)速度，cm/s；Q—最大段藥量，kg；R—測(cè)點(diǎn)距爆心距離，m；K—藥包特定系數(shù)；α—衰減指數(shù)，具體參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 爆破振動(dòng)控制參數(shù)

計(jì)算得知對(duì)一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物的振動(dòng)速度為0.03cm/s，沒(méi)有超過(guò)爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)。

(二)爆破沖擊波防護(hù)

空氣沖擊波是一種炸藥爆炸時(shí)對(duì)外界產(chǎn)生的能量效用，當(dāng)其強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)對(duì)周?chē)撕徒ㄖ锂a(chǎn)生一定的破壞。不同條件、不同規(guī)模的爆破產(chǎn)生的沖擊強(qiáng)度也千差萬(wàn)別。但沖擊波最直接的控制應(yīng)該從爆破中心與人、建筑物和設(shè)備的距離來(lái)嚴(yán)格控制一次起爆的最大藥量，當(dāng)最大藥量不能減少時(shí)，便從傳播過(guò)程中來(lái)削減能量[6]。

由于該工程場(chǎng)地開(kāi)闊，周?chē)諘?，且為松?dòng)爆破，控制好裝藥量，做好孔口堵塞，在滿足個(gè)別飛散物和爆破振動(dòng)安全的情況下，可不予考慮爆破沖擊波的危害。

(三)滾石的控制

危巖體在臨近公路、居民區(qū)的陡峭山坡上進(jìn)行爆破作業(yè)，要特別注意滾石控制，通過(guò)調(diào)整起爆順序，改變爆破作用方向，使可能產(chǎn)生的滾石偏離主要設(shè)施；同時(shí)在公路下側(cè)陡壁上壘砌一面巖墻，為了加固巖墻，在內(nèi)側(cè)每隔1.5m打一根地錨，在外側(cè)每隔2m用一根直徑50mm的鋼鐵棍成45°角支撐。除此之外，需在巖墻內(nèi)側(cè)用沙袋堆積一個(gè)緩沖平臺(tái)，以防止?jié)L石直接沖破巖墻進(jìn)入民房區(qū)。

四、結(jié)論

由于爆區(qū)是在道路上部邊坡，爆渣不可避免的影響來(lái)往車(chē)輛及行人的正常通行，因此需要大型出渣設(shè)備密切配合，合理規(guī)劃施工與放行時(shí)間。整個(gè)爆區(qū)將淺孔爆破和深孔加預(yù)裂爆破相結(jié)合，優(yōu)化參數(shù)后能有效控制震動(dòng)效應(yīng)和飛石的產(chǎn)生。對(duì)西舍路道路危巖處理的成功可得出如下結(jié)論：

(1)震后最常出現(xiàn)山體滑坡，橋梁隧道變形，建筑物受剪切破壞等，這一系列現(xiàn)象最容易導(dǎo)致連鎖破壞和次生災(zāi)害。在處理時(shí)，需要對(duì)危巖體進(jìn)行范圍的劃分，根據(jù)不同的危巖體的情況采用不同的爆破方法，從而減少爆后安全隱患的發(fā)生。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察情況，設(shè)計(jì)采用合理的爆破參數(shù)，充分慮巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)特征變化，判定好爆后巖體的大致運(yùn)動(dòng)軌跡，減少爆破巖石大塊，避免大塊飛石對(duì)居民房屋造成破壞。

(3)危巖體處在極不穩(wěn)定狀態(tài)，秉持著保護(hù)施工人員人身安全的原則，對(duì)個(gè)別危巖需要預(yù)先做好加固措施，且治理工作務(wù)必須在短時(shí)間內(nèi)完成。爆破作業(yè)安排合理可行并與進(jìn)度計(jì)劃相協(xié)調(diào)，還應(yīng)充分考慮氣候以及交叉施工對(duì)工期的影響。

(4)針對(duì)道路震后為保證快速有效的排除險(xiǎn)情，除了工程爆破外，還需利用大型機(jī)械的開(kāi)挖與搬運(yùn)能力。因此，兩者的結(jié)合是系統(tǒng)、高效、科學(xué)作業(yè)的重要保障。