綠春壩隧道高邊坡危巖體處理

張德尚

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南洛陽(yáng) 471009)

0 引言

渝利鐵路綠春壩隧道進(jìn)口端山頂存在大量危(懸)石，隧道施工過(guò)程中存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，如果不徹底地清除，會(huì)給將來(lái)鐵路的運(yùn)營(yíng)留下風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)卮迕竦恼{(diào)查，該區(qū)域山頂經(jīng)常塌落滾石，曾發(fā)生山頂滾石砸死在山間砍柴的村民和砸壞房屋的重大安全事故，已危及下方江馬公路行人及行車(chē)安全。為避免今后滾石傷人毀物事件的發(fā)生，有必要討論在復(fù)雜環(huán)境條件下邊坡危石處理技術(shù)及安全防護(hù)措施。本文從控制危石處理過(guò)程中可能出現(xiàn)飛石、滾石等情況的角度出發(fā)，進(jìn)行優(yōu)選確定施工爆破方案，重點(diǎn)介紹露天臺(tái)階傾斜深孔爆破技術(shù)及安全防護(hù)措施。

1 工程概況

渝利鐵路綠春壩隧道洞頂危巖體整治區(qū)位于山脊上，與地面相對(duì)高差達(dá)140 m～250 m，靠綠春壩村一側(cè)邊坡上部為陡立的巖壁，坡度70°～90°，中下部為巖塊掉落形成的巖堆堆積區(qū)，坡度30°～60°，坡前平緩地帶集中分布有大量民房及耕地，村民背靠陡崖而居，三建中學(xué)靠山側(cè)圍墻距陡崖約300 m，靠龍河一側(cè)為傾斜向下的山脊，坡度約45°，龍河左岸局部有少量農(nóng)房及耕地;危巖體山體背后為順層緩坡，坡度約30°～60°。江馬公路從坡腳通過(guò)，沿公路布設(shè)高壓線、通信電纜，公路內(nèi)側(cè)分布民房、敬老院、預(yù)制廠。地理?xiàng)l件及施工環(huán)境造成綠春壩危巖體整治爆破開(kāi)挖及邊坡防護(hù)施工危險(xiǎn)性較大。綠春壩危巖體非爆、爆破區(qū)段劃分示意圖見(jiàn)圖1。

2 施工工藝介紹

總體施工方法:沿山脊頂部散落危石及部分倒懸體采用人工清撬+劈裂機(jī)或靜態(tài)非爆施工。倒懸體部分若節(jié)理、卸荷裂隙發(fā)育，則采取從倒懸體后一次性潛孔爆破將倒懸體清除，以避免機(jī)械、人員在其上部施工存在整體滑塌風(fēng)險(xiǎn)。倒懸體后坡面間大部分巖體采取小爆破控爆施工。邊坡面部位采取光爆施工，以增加坡面平整度及巖體整體性。

3 爆破方案選擇

從現(xiàn)場(chǎng)地形環(huán)境來(lái)看，山腳下為村莊和江馬公路，分布大量民房，均距爆破點(diǎn)在300 m范圍內(nèi)，這給爆破飛石安全防護(hù)帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，要有效地控制爆破飛石和坡面滾石是確保施工安全和工期要求的先決條件。

3.1 爆破方式對(duì)比

3.1.1 淺眼爆破

采用SY-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，孔徑42 mm，孔深2 m～5 m。1)優(yōu)點(diǎn):使用較靈活，換孔方便(2人可完成)。2)缺點(diǎn):卡鉆耗材嚴(yán)重，鉆孔效率不高，炮孔利用率低，補(bǔ)炮時(shí)間多，耗時(shí)長(zhǎng)，爆料塊度大挖機(jī)難挖掘。3)安全管理:爆破頻率高(約2次/d～3次/d)，安全警戒避炮時(shí)間長(zhǎng)，工效低，村民意見(jiàn)大難管理，飛石較多難控制，安全風(fēng)險(xiǎn)極高不可控。

3.1.2 深孔爆破

采用履帶式(風(fēng)動(dòng))潛孔鉆機(jī)，孔徑90 mm，孔深5 m～15 m。1)優(yōu)點(diǎn):鉆孔快、效率高、耗材小、炮孔利用率高，爆量大，松動(dòng)效果好，爆粒塊度適中，挖掘時(shí)省力，工作效率高，炸藥單耗省0.35 kg/m3。2)缺點(diǎn):鉆機(jī)重，移位時(shí)較費(fèi)力費(fèi)時(shí)(5人可完成移動(dòng))。3)安全管理:爆破頻率不高約1次/周，避炮安全警戒易管理、可有效控制飛石(飛石不遠(yuǎn))、安全風(fēng)險(xiǎn)小可控。

3.2 深孔爆破優(yōu)勢(shì)

深孔爆破作業(yè)主要優(yōu)越性表現(xiàn)在:深孔具有均勻裝藥，各炮孔炸藥微差分段起爆，具有爆破的作用力均勻，震動(dòng)小，爆破量大，爆破效果好，炮孔利用率高，爆破次數(shù)減少，飛石不遠(yuǎn)，對(duì)安全警戒管理較容易。爆堆相對(duì)集中，爆破后的邊坡基本沒(méi)有浮石等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用多孔微差爆破的深孔爆破技術(shù)，改變了傳統(tǒng)爆破方式的弊端，從根本上提高了爆破安全系數(shù)，可以有效預(yù)防和控制爆破事故的發(fā)生。

本方案重點(diǎn)為解決爆破飛石和坡面滾石的安全問(wèn)題并處理其與施工進(jìn)度指標(biāo)之間的關(guān)系。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可操作性和經(jīng)濟(jì)效益等對(duì)比分析，不斷地優(yōu)化調(diào)整施工方案。最終采用“露天臺(tái)階傾斜深孔爆破技術(shù)”來(lái)進(jìn)行組織施工。

4 爆破技術(shù)控制

4.1 臺(tái)階傾斜深孔爆破技術(shù)要點(diǎn)

在露天深孔的孔向有垂直深孔與傾斜深孔兩種。雖然垂直深孔打鉆比較方便，而垂直深孔從爆破效果看問(wèn)題比較多，如:

1)易產(chǎn)生根底，不利裝碴且導(dǎo)致二次爆破，增加爆破費(fèi)用;2)不易于爆堆高度的控制，不利于提高采裝效率;3)臺(tái)階頂部易出現(xiàn)突懸部分，即所謂的倒坡，不但影響第一排孔抵抗線的量測(cè)，而且雨天有坍塌的危險(xiǎn)，直接危及機(jī)械和施工人員的安全等;4)垂直深孔不便于設(shè)計(jì)邊坡成型質(zhì)量的控制，因此現(xiàn)場(chǎng)采用傾斜深孔的布孔方式進(jìn)行施工。

4.2 臺(tái)階構(gòu)成要素

臺(tái)階構(gòu)成要素主要有:臺(tái)階高度H、前排鉆孔的底盤(pán)抵抗線W1、孔邊距 B、鉆孔超深 h、排距 b、孔距 a、孔深 L(H+h)、炮孔傾角A、堵塞長(zhǎng)度L1等。

臺(tái)階深孔傾斜爆破構(gòu)成要素及技術(shù)指標(biāo)如圖2，表1所示。

表1 臺(tái)階傾斜深孔爆破技術(shù)指標(biāo)表

4.3 炮孔布置形式

4.3.1 布設(shè)原則

為減輕爆破震動(dòng)的影響，要確定爆破方向，改變爆破地震波傳播方向，盡量使爆破主地震波傳播方向朝非保護(hù)對(duì)象的方向。

4.3.2 孔位的布設(shè)

1)孔位布設(shè)通常分為單排布孔和多排布孔兩種形式。當(dāng)開(kāi)挖工作面較長(zhǎng)或較多、臺(tái)階高度較大、單排孔爆破能確保有一定的方量且滿足裝運(yùn)要求時(shí)，在安全允許的條件下可采用單排布孔。

2)在工作面少、臺(tái)階高度較低、單排孔爆破的爆落方量不能滿足挖掘要求時(shí)，多采用多排布孔形式。多排布孔又分為矩形和三角形(或稱(chēng)梅花形)兩種形式。從能量均勻分布的觀點(diǎn)看，以等邊三角形布孔最為理想。

為滿足施工進(jìn)度指標(biāo)要求(爆破開(kāi)挖量在800 m3/d)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多次爆破后，最終采用三角形(梅花形)多排布孔方式施工。

4.4 鉆孔機(jī)具和布孔的技術(shù)指標(biāo)

1)現(xiàn)場(chǎng)采用3臺(tái)簡(jiǎn)易支架式潛孔鉆機(jī)和1臺(tái)履帶式液壓潛孔鉆機(jī)進(jìn)行爆破眼孔的鉆設(shè)。2)孔徑90 mm，臺(tái)階高度按每茬炮15 m計(jì)算，爆破孔的設(shè)置孔距3 m～3.5 m，排距2.5 m;光面爆破孔距小于1.2 m，排距1.8 m。3)為了準(zhǔn)確布孔，必須精確測(cè)出并定位兩孔間的孔距、排距。確保單孔炸藥量的準(zhǔn)確性，現(xiàn)場(chǎng)采用全站儀測(cè)出精確的孔位坐標(biāo)(X，Y)及孔位高差，以此計(jì)算傾斜角度和鉆孔深度以及總爆破方量和炸藥用量。具體是現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每次鉆孔都做到測(cè)量定位，對(duì)每個(gè)光面爆破孔放出所對(duì)應(yīng)的發(fā)線方向點(diǎn)，在鉆孔時(shí)按“四個(gè)確?！钡募夹g(shù)要點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能有效地控制坡面的成型和超欠挖，以保證爆破質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)坡度(即:眼孔定位要準(zhǔn)確、擺鉆方向要正確、起鉆角度(坡度)要精確、鉆孔深度要明確)。

4.5 裝藥結(jié)構(gòu)

4.5.1 連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)

施工簡(jiǎn)單，但由于孔的上部不裝藥段(即堵塞段)較長(zhǎng)，這一部分巖體爆破后容易出現(xiàn)大塊，特別是臺(tái)階較高、坡面較陡、上部巖石堅(jiān)硬時(shí)，大塊率較高。這種裝藥結(jié)構(gòu)適用于臺(tái)階較低、孔深小、表面巖石比較破碎或風(fēng)化嚴(yán)重、上部抵抗線較小的深孔爆破。

4.5.2 間隔裝藥結(jié)構(gòu)

采用間隔裝藥可以改善爆破質(zhì)量，提高裝藥高度，減少孔口不裝藥部分的長(zhǎng)度，降低大塊率。采用間隔裝藥時(shí)，應(yīng)該把大部分炸藥裝在臺(tái)階爆破阻力最大處，孔中不裝藥部分要選擇在距臺(tái)階坡面最近之處(即抵抗線小的地方)，或爆炸氣體可能沿裂隙逸出的地方。

在間隔裝藥中，上部藥包頂至孔口的垂直距離不能小于孔邊距。間隔裝藥段不宜過(guò)多，在臺(tái)階高度小于15 m時(shí)可分2段～3段，中間不裝藥部分的長(zhǎng)度為1 m～2 m，一般情況下，為了提高裝藥高度，進(jìn)行間隔裝藥時(shí)分兩段間隔即可，下部裝藥量要大于上部裝藥量。

在多孔爆破中，還可采用孔間交錯(cuò)間隔裝藥，即每孔間隔裝藥的不裝藥部分位置互相交錯(cuò)。間隔裝藥的中間不裝藥部分一般用砂、巖粉等堵塞，不用搗固，只要倒入即可，但要注意控制好堵塞段的長(zhǎng)度。上下裝藥段可以用導(dǎo)爆索串聯(lián)起來(lái)，也可以分別用兩個(gè)雷管同時(shí)起爆。間隔裝藥的中間不裝藥部分也可以不堵塞，也就是空氣間隔裝藥。

4.6 多排孔微差爆破

過(guò)去普遍使用單排孔齊發(fā)爆破，效果較差?？筛某晌⒉畋朴址Q(chēng)毫秒爆破。它是在深孔內(nèi)以毫秒級(jí)的時(shí)間間隔，按一定順序起爆的一種起爆方法。這種方法具有降低爆破地震效應(yīng)、改善破碎質(zhì)量、降低炸藥單耗、減小后沖、爆堆比較集中等明顯優(yōu)點(diǎn)。

若排數(shù)適宜，可有效地為后爆孔增加新的自由面、應(yīng)力波的相互迭加作用和巖塊之間的碰撞作用，使被爆巖體獲得良好的破碎，并相應(yīng)提高了炸藥能量的利用率。本工程排數(shù)取3排～5排，通常取4排。排數(shù)過(guò)多，一是震動(dòng)大，二是爆破效果差;排數(shù)過(guò)小，重復(fù)作業(yè)多，不經(jīng)濟(jì)且爆破效果相對(duì)較差。

4.7 微差時(shí)間的選取

確定合理的微差爆破間隔時(shí)間，對(duì)改善爆破效果與降低地震效應(yīng)具有重要作用。在確定間隔時(shí)間時(shí)主要考慮巖石性質(zhì)、布孔參數(shù)、巖體破碎和運(yùn)動(dòng)的特征等因素。微差間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則可能造成先爆孔破壞后爆孔的起爆網(wǎng)絡(luò)，微差間隔時(shí)間過(guò)短則后爆孔可能因先爆孔未形成新的自由面影響爆破質(zhì)量。

根據(jù)工程中的施工經(jīng)驗(yàn)，本工程選擇毫秒非電雷管段差延時(shí)取25 ms～75 ms，最佳值為50 ms。段數(shù)有1段～17段，延期時(shí)間達(dá)2 300 ms。根據(jù)工程不同作業(yè)條件從中選取。本工程應(yīng)警戒范圍300 m附近有居民建(構(gòu))筑物，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比，為減小爆破飛石的危害，只能逐排孔起爆，且為保證足夠的爆破效果，段數(shù)均控制在1段～17段。

4.8 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及連接

隨著開(kāi)挖工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大區(qū)多排孔微差爆破愈加顯示其優(yōu)越性，為保證達(dá)到良好的爆破質(zhì)量，必須正確選擇起爆方案。起爆方案是與深孔布置方式和起爆順序緊密結(jié)合的，根據(jù)巖石性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度、構(gòu)造特點(diǎn)、對(duì)爆堆要求和破碎程度等因素進(jìn)行選擇。現(xiàn)場(chǎng)起爆方案為梅花形布孔，排間微差起爆，見(jiàn)圖3。

5 安全防護(hù)措施

為保證施工安全，項(xiàng)目部制定有嚴(yán)格的安全防護(hù)措施。每次爆破前均設(shè)立安全警戒，張貼“施工公告”，提示周邊村民、車(chē)輛、行人配合警戒工作，同時(shí)發(fā)出警戒信號(hào)。通過(guò)對(duì)施爆區(qū)域進(jìn)行劃分，在施爆區(qū)域設(shè)置6個(gè)警戒點(diǎn)。在起爆前30 min，各警戒點(diǎn)均安排一名工作人員上崗執(zhí)勤，警戒人員必須手持紅旗和喊話筒(或口笛)，以便顯示標(biāo)志和傳達(dá)信號(hào)。設(shè)置在公路上的警戒人員要放置移動(dòng)式安全警示牌，封閉警戒區(qū)域，及時(shí)疏導(dǎo)過(guò)往行人、車(chē)輛遠(yuǎn)離警戒區(qū)，并隨時(shí)與爆破人員進(jìn)行聯(lián)系，報(bào)告警戒情況。在未接到解除警戒指令前，警戒人員應(yīng)堅(jiān)守崗位，不準(zhǔn)非檢查人員進(jìn)入爆破警戒范圍。每次起爆前10 min，指揮人員應(yīng)與起爆點(diǎn)、各警戒點(diǎn)使用對(duì)講機(jī)保持通訊聯(lián)絡(luò)，隨時(shí)協(xié)調(diào)指揮施工現(xiàn)場(chǎng)人員、機(jī)械撤離危險(xiǎn)區(qū)域外。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)爆破技術(shù)方案的不斷優(yōu)化和完善，臺(tái)階傾斜深孔爆破對(duì)該工點(diǎn)危巖整治工程的爆破質(zhì)量有了很大改善和有效控制、提高了機(jī)械設(shè)備裝運(yùn)效率，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［1］張新洲.高陽(yáng)寨隧道高陡邊坡處理［J］.隧道建設(shè)，2012，32(1):115-120.

［2］張國(guó)文.虹梯關(guān)隧道進(jìn)口段危巖體形成機(jī)理及處治方案［J］.山西建筑，2012，38(21):191-192.