深孔快速脹裂爆破在復雜環境地災治理工程中的應用

劉軼倫，方 宏

(江蘇省礦業工程集團有限公司，江蘇 徐州 221000)

黨的十八大以來，國家加大環境保護的力度，全國各地積極響應習近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的理念，眾多被關停的小型露天采石場陸續開始生態修復和地質災害治理工作[1-2]。 以某礦山治理工程為例，該處礦山經過多年無序開采后被依法關停，山體開采面上存在大量危石、傘巖等隱患。 緊鄰該礦山宕口的坡腳處新建住宅小區，當小區施工至67#樓主體和69#樓地基時，距離小區30 m，高差23 m 的山體上有一處傘巖急需處理。針對此情況，通過現場詳細查勘、方案比選，擬采用深孔快速脹裂的爆破方法進行處理。

1 工程概況

該處傘巖經過前期機械開挖、修筑上山道路后，形成臨空一側較高、靠山體一側較低的內低外高地形，加上表面有較大的裂隙發育，因此，隨時有崩塌的可能。 施工地段和傘巖實地情況如圖1、圖2 所示。

圖1 施工小區的周邊環境

圖2 待治理的傘巖實景

傘巖以下原山體的坡度角為52°左右，前期治理時滑落堆積的渣土形成的坡度角為45°左右。 下部連接的是該治理工程僅有的一條進出場施工便道，便道西側為正在施工的67#樓，傘巖與67#樓的直線距離約為30 m，高差約為23 m。 施工區域的平面圖和剖面圖如圖3、圖4 所示。

圖3 平面示意圖

圖4 剖面示意圖

2 工程難點

經現場查勘和分析，施工有3 個難點，分別為:①待治理的傘巖已經有較大的裂隙發育，經擾動很容易發生崩塌；②該處傘巖距離近，高差大，若產生落石，則會沿山體坡度滾落，很可能損傷67#樓的墻體結構；③待治理的傘巖南側和西側均有一定坡度。 目前，69#樓已完成基坑開挖，正在立模準備打墊層，因此，南側尚有足夠安全的落石滾落區域。但是，混凝土澆筑施工快，一旦完成澆筑，勢必會壓縮落石滾落空間，加大施工安全風險。 經協商，小區建設單位同意推遲1 ～2 d 澆筑混凝土。

3 方案選擇

該處傘巖的結構特點為山狀內低外高，西側區域比東側區域高0.5 ～1.0 m，大致形成如圖5所示的兩塊區域。 其中，西側區域平均長度約為10 m，平均寬度約為6 m，需要下挖的深度約為6 m，體積約為360 m3，該處巖體較破碎，部分巖體懸空，形成傘巖；東側區域平均長度約為12 m，平均寬度約為6 m，靠近山體，巖體未經擾動，完整性較好。

圖5 傘巖結構特點分區圖

根據這兩個區域的特點，擬將東側區域視為深孔臺階爆破，爆破方向向北，西側區域有6 m 的寬度，可為東側區域提供較大的抵抗線，避免巖石往西側過度拋擲。 同時，東側區域爆破產生的能量對西側巖體具有一定的破碎和松動作用，為便于后期西側巖體的開挖，可將西側區域視為一處大塊巖石的破碎區域，采用大孔徑鉆孔、小藥卷延長藥包、分層裝藥的形式對西側巖體進行破碎[3-7]。

4 爆破參數設計

4.1 炸藥單耗

深孔臺階爆破的單耗一般在350 ～400 g/m3，臨空面條件較好時取下限。 該處傘巖東、西、南三側均為巖石，北側為平臺可作為臨空面，但是，為降低東側區域對西側區域的爆破影響，避免過度擾動造成西側區域大面積坍塌。 因此，炸藥單耗應適當降低，綜合施工經驗，最終選定炸藥單耗q為300 g/m3。

爆破法破碎大塊石的單耗一般在150 g/m3以內，因西側區域北、西、南三側均有較好的臨空面，會受到東側區域爆破的影響，且此處是關鍵位置，必須做到爆破后巖石裂而不散，因此，選取單耗時宜小不宜大，經綜合考量，最終選定炸藥單耗為70 g/m3。

4.2 鉆孔直徑

采用履帶式潛孔鉆機，鉆孔直徑D為90 mm。

4.3 鉆孔傾角

為降低爆破后巖石往西側和南側拋擲的風險，鉆孔宜帶一定傾角，傾角方向同爆破方向，向北，鉆孔傾角α為80°。

4.4 布孔位置及孔網參數

該工程不要求在邊坡處采用光面或預裂爆破，因此，可根據邊坡放坡系數1 ∶0.75，在坡面位置合理布孔。 邊坡開口處至設計臺階的高差約為5.5 m，水平距離約為4.1 m，因此，可以在坡腳附近1 m 處布一列炮孔，在坡面中線偏下的位置布一列炮孔，兩列孔的間距控制在2.5 m 左右。 而在西側區域，雖東西寬度約為6 m，但視為大塊石的破碎，不宜過多布孔，布孔位置應該向東稍微偏移中線，保證西側有足夠的抵抗線，因此，在距離西側4 m 處布一列炮孔。 根據現場南北方向實際長度，標定具體孔位如圖6、圖7 所示。

圖6 布孔平面示意圖

圖7 布孔剖面示意圖

4.5 臺階高度

根據現場測量，第Ⅰ列炮孔在西側區域，該處臺階高度為6 m；第Ⅱ列炮孔在東側區域，不在邊坡坡面范圍內，整體地面標高南高北低，臺階高度H為5.5 ～6.0 m 不等；第Ⅲ列炮孔東側區域的邊坡坡面范圍內，根據標定的位置測得臺階高度H為3.5 m。

4.6 鉆孔深度

1)第Ⅰ列炮孔作用是對大塊石的破碎，鉆孔深度L一般為該處臺階高度的3/4，即4.5 m。 通常，大塊石指脫離山體后形成的大塊孤石，四周均是臨空面，此處不完全符合。 如果單純按大塊石鉆孔深度爆破，會留下難處理的底根。 因此，為減少底根，鉆孔深度應適當增加，最終定為5 m。

2)第Ⅱ列炮孔位于三列炮孔的中間，起到主要的爆破破碎作用，因距離設計邊坡坡腳1 m 處，合理的超深不會影響坡面的完整性。 因此，鉆孔深度定為6.0 ～6.5 m。

3)第Ⅲ列炮孔作用是處理邊坡范圍內的巖體，為保證爆破后的坡面平整性，超深不宜過大，鉆孔深度定為3.8 m。

4.7 單孔裝藥量

1)西側區域

西側區域內只有第一列炮孔，該處視為爆破法對大塊石的破碎，炸藥量的計算宜采用體積公式Q總=qV，其中，V為西側區域的體積。 經計算:Q總=70×360=25 200 g=25.2 kg。 共4 個炮孔，平均每個炮孔的單孔裝藥量為6.3 kg。

2)東側區域

東側區域內有兩列炮孔，該處視為深孔臺階爆破，可直接采用單孔裝藥量計算公式Q=qabH，其中，a為孔距，b為排距。 各孔具體裝藥量見表1。

表1 東側區域單孔裝藥量

4.8 裝藥結構

1)西側區域

西側區域采用藥卷長度為30 cm、直徑為32 mm、300 g/卷的2#巖石乳化炸藥。 為保證破碎效果，采用分層裝藥結構，用透明膠帶將炸藥固定在竹條上，每層用2 發MS-11 導爆管雷管起爆，炮孔底部應適當加強裝藥。 具體裝藥結構如圖8所示。

圖8 西側區域裝藥結構示意圖(單位:mm)

2)東側區域

東側區域采用藥卷長度為40 cm、直徑為70 mm、2 000 g/卷的2#巖石乳化炸藥，連續不耦合裝藥方式。 具體參數見表2(圖中L為孔深，L1為裝藥長度，L2為填塞長度)

表2 東側區域裝藥長度和填塞長度

4.9 起爆網路

孔外采用微差導爆管網路，孔內全部使用MS-11 導爆管雷管，孔外采用雙發MS-3 導爆管雷管簇連接，具體起爆網路如圖9 所示，延期時間見表3。

表3 起爆網路延期時間

圖9 起爆網路

第三列炮孔作為起爆網路中的第一段別，具有預裂炮孔的作用，為第二列炮孔提供一個新的自由面，同時能降低第二列炮孔爆破對西側巖體的過度破碎。Ⅱ-1炮孔作為單獨的第二段別，起導向作用，確保后續段別爆破方向與設計一致。 剩余的Ⅰ-1 與Ⅱ-2 為第三段別，Ⅰ-2 與Ⅱ-3 為第四段別，Ⅰ-3 與Ⅱ-4 為第五段別，Ⅰ-4 與Ⅱ-5 為第六段別，使第一和第二兩列對應的炮孔同時起爆，起到互相作用的效果。

5 安全防護措施

為降低爆破后可能形成大量落石損壞周邊建(構)筑物的風險，爆破前采取以下安全防護措施，安全防護示意圖如圖10 所示。

圖10 安全防護示意圖

1)在進出場道路西側堆積1.5 ～2.0 m 高的擋石堆，起到攔截落石，保護67#樓主體結構的作用；

2)清理堆積坡面至巖石坡面，清理出的渣土松鋪于傘巖下方的進出場道路上，起到對落石緩沖的作用。

6 結語

采用深孔快速脹裂爆破后，該處傘巖位置的山體得到了快速安全的治理，爆破后的巖體取得了相對理想的破碎效果，達到了預期裂而不散的目標。雖然傘巖下部因裂隙存在且無支撐而崩落部分巖石，但是落點被嚴格限制在了擋石堆內，滿足了施工要求。