淺議隘口水庫(kù)與國(guó)道零距離的石料場(chǎng)開采施工與安全防護(hù)

孫洪濤，龐三余

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

1 概述

隘口水庫(kù)工程主要由高86.2 m的瀝青混凝土心墻堆石壩、寬16 m開敞式溢洪道、高55.10 m岸邊斜臥式取水塔及引水隧洞等組成。根據(jù)招標(biāo)文件要求，壩體填筑所需的各種石料及砂石加工廠生產(chǎn)混凝土所需的砂石骨料，均采自干洞石料場(chǎng)，共計(jì)石料開采量約200萬(wàn)m3。

由于料場(chǎng)緊臨國(guó)道，既需滿足國(guó)道通行的需要，又需滿足大壩填筑高強(qiáng)度石料開采的需求，兩者之間矛盾重重，給施工造成較大困難。其難點(diǎn)主要如下：

(1)G326國(guó)道為秀山至銅仁、懷化的主要交通通道，根據(jù)重慶市交通管制相關(guān)條令，國(guó)道限行最多不超過(guò)2 h。在如此零距離及高差的環(huán)境下進(jìn)行石料開采，若有大量石渣滾落致使國(guó)道交通中斷，限行2 h清理、排險(xiǎn)時(shí)間明顯不足。

(2)料場(chǎng)開采范圍較廣、高差較大，開采需求量較大，特別是壩體填筑高峰期，月填筑強(qiáng)度超過(guò)30萬(wàn)m3，日填筑量即需達(dá)1萬(wàn)多方，施工期間料場(chǎng)大規(guī)模開采與國(guó)道通行間存在較大的矛盾。

2 石料場(chǎng)開采規(guī)劃及主要施工方法

2.1 石料場(chǎng)開采規(guī)劃

石料場(chǎng)開采方案的選擇是保護(hù)國(guó)道通行的重點(diǎn)，主要目的是為了控制爆渣大量滾落國(guó)道，阻塞交通。施工中基于開采量的需求和國(guó)道防護(hù)的需要，采取在臨國(guó)道側(cè)設(shè)置預(yù)留巖體防護(hù)帶，在預(yù)留巖體防護(hù)下進(jìn)行石料開采。

為此將干洞料場(chǎng)規(guī)劃為四個(gè)區(qū)開采：預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)、預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)、石料開采Ⅰ區(qū)、石料開采Ⅱ區(qū)。石料開采Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)為主爆區(qū)，為在預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)保護(hù)下進(jìn)行開采。預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)相對(duì)為Ⅱ區(qū)的主爆區(qū)，為在預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)保護(hù)下對(duì)預(yù)留巖體帶先行“瘦身”后，再采取松動(dòng)爆破的方式進(jìn)行預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)的分層挖除。

預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)采用深孔梯段預(yù)裂爆破方式，梯段高度約6 m，每層預(yù)留高約6 m、頂寬約3.5 m、1∶0.3邊坡的巖體防護(hù)墻；預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)為預(yù)留巖體防護(hù)帶臨國(guó)道外側(cè)開采區(qū)，采用淺孔臺(tái)階控制爆破方式爆除，分為3 m一個(gè)臺(tái)階，兩層爆至與預(yù)留Ⅰ區(qū)先行開采面相平；石料開采Ⅰ區(qū)采用深孔梯段爆破方式開采，梯段高度約12 m；石料開采Ⅱ區(qū)采用深孔梯段+預(yù)裂爆破方式開采，梯段高度約10 m～12 m，每層設(shè)1∶0.3永久性邊坡，寬約1.5 m馬道。具體料場(chǎng)分區(qū)開采見(jiàn)干洞料場(chǎng)開采規(guī)劃示意圖1。

圖1 干洞料場(chǎng)開采規(guī)劃示意圖

2.2 預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)施工

預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)為石料主開采Ⅰ區(qū)爆破時(shí)的防護(hù)體，為預(yù)留巖體帶的主體部分，其開采爆破在預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)的保護(hù)下進(jìn)行。施工時(shí)同樣考慮深孔梯段爆破的方式，但需控制其爆破規(guī)模，開采梯段按6 m高設(shè)置，是整體爆除預(yù)留巖體帶的第一步。

預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)開挖時(shí)，為減小深孔臺(tái)階梯段爆破對(duì)臨國(guó)道邊坡上危石、孤石震動(dòng)影響，開挖邊線距國(guó)道邊坡最小距離控制在1倍抵抗線約3.5 m左右，也即后續(xù)預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)防護(hù)體臺(tái)階頂寬約為3.5 m；同時(shí)臨國(guó)道側(cè)采取預(yù)裂爆破的方式減震。預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)梯段爆破高度6 m，臨施工作業(yè)區(qū)坡比按1∶0.3預(yù)留。該部分施工主要采用高風(fēng)壓液壓鉆孔造孔(孔徑為115 mm、垂直孔)，預(yù)裂孔采用潛孔鉆100 B造孔(鉆孔角度約73°)，底盤抵抗線W約為30 d，取3.5 m。預(yù)裂孔采用導(dǎo)爆索間隔不耦合裝藥，孔內(nèi)用黃泥或細(xì)沙做部分回填堵塞，在主爆孔之前起爆。

2.3 預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)施工

預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)分為兩部分：一部分為山體頂部山脊部分的開挖，另一部分為預(yù)留巖體帶臨近邊坡部分的開挖(即預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)開挖后剩余部分)。兩部分開挖采取的方式相同，均采取松動(dòng)爆破的方式，爆破參數(shù)亦相同。

由于預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)為山體頂部及為臨國(guó)道側(cè)邊坡的開挖，工作面較小，無(wú)法采用大型機(jī)械作業(yè)，只能采用YT-28手風(fēng)鉆造孔，淺孔臺(tái)階爆破法開挖，每層臺(tái)階高度設(shè)定為3 m。即預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)開挖后，分兩層完成預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)的開挖。同樣的，石料開采Ⅰ區(qū)一個(gè)梯段開挖完成后，預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)分兩層、預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)分四層完成相應(yīng)開采作業(yè)面以上部分的預(yù)留巖體帶。

預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)開挖時(shí)，在水平面上布置2排垂直鉆孔或順巖層走向的傾斜孔，梅花型布孔；另在背326國(guó)道側(cè)傾斜自由面上布置一排斜孔，以控制巖體向爆破施工作業(yè)方向崩落。

分層預(yù)留巖體拆除后需用反鏟倒運(yùn)大塊石至距邊坡較遠(yuǎn)的施工作業(yè)面后再進(jìn)行統(tǒng)一解爆處理。該區(qū)預(yù)留巖體拆除爆破參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 干洞石料場(chǎng)預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)淺孔臺(tái)階松動(dòng)爆破參數(shù)表

飛石安全距離：RF=40 d/2.54，其中RF為個(gè)別飛石安全距離，d為孔徑42 mm，代用式中RF=40×4.2/2.54=66 m。

爆破震動(dòng)安全距離：

R震=KaQ1/3

式中：R震為爆破震動(dòng)對(duì)建筑物安全距離m；K為建筑物基礎(chǔ)土壤系數(shù)，回填土壤取15；a為爆破作用系數(shù)，微量裝藥取1.2。

經(jīng)計(jì)算，一次起爆藥量產(chǎn)生的爆破震動(dòng)對(duì)建筑物安全距離見(jiàn)表2。

表2 一次起爆藥量產(chǎn)生的爆破震動(dòng)對(duì)建筑物安全距離表

2.4 石料開采Ⅰ區(qū)施工

石料開采Ⅰ區(qū)為在預(yù)留巖體帶保護(hù)下的主開采區(qū)。該區(qū)在料場(chǎng)頂部山脊開采完畢，并形成較為寬闊的工作面后，在規(guī)劃的預(yù)留巖體帶進(jìn)行開采。施工中主要控制好鉆孔方向、布孔排向、間排距等，以控制爆渣向背離國(guó)道側(cè)崩落。開采方法為深孔梯段爆破，臺(tái)階高度設(shè)置為12 m，可不考慮預(yù)裂爆破。其主要爆破參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 干洞石料場(chǎng)石料開采Ⅰ區(qū)主爆孔參數(shù)表

2.5 石料開采Ⅱ區(qū)施工

石料開采Ⅱ區(qū)為石料場(chǎng)開采至550 m高程后，需形成永久邊坡時(shí)的料場(chǎng)主開采區(qū)。此間，永久邊坡以外部分山體即可作為開采區(qū)的防護(hù)帶，鉆爆開挖時(shí)按照石料開采Ⅰ區(qū)的鉆爆參數(shù)進(jìn)行?？紤]其永久邊坡的成型即對(duì)國(guó)道邊坡的震動(dòng)，石料開采時(shí)采取預(yù)裂爆破技術(shù)，其預(yù)裂爆破參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 干洞石料場(chǎng)石料開采Ⅱ區(qū)預(yù)裂爆破參數(shù)表

3 臨國(guó)道邊坡安全防護(hù)

干洞料場(chǎng)的開采最大的危險(xiǎn)因素主要在于開采施工對(duì)其下方326國(guó)道人員及車輛通行所造成的威脅。經(jīng)認(rèn)真分析開采施工作業(yè)過(guò)程，危及下方國(guó)道通行的情況大致可分為兩種：一是石方爆破過(guò)程中所造成的飛石及危石滾落；二是爆破后至下次實(shí)施爆破前，機(jī)械開采裝料過(guò)程中所造成的石塊順山坡滾落。針對(duì)這兩種危險(xiǎn)因素，需分別從控制爆破石料拋擲方向及爆破參數(shù)方面和加強(qiáng)臨國(guó)道側(cè)邊坡安全防護(hù)方面，共同進(jìn)行防護(hù)。

石料場(chǎng)開采防爆破飛石、滾石除采取預(yù)留巖體防護(hù)帶外，對(duì)臨國(guó)道側(cè)邊坡主要采取多級(jí)防護(hù)帶的方式進(jìn)行坡面滾石防護(hù)。邊坡防護(hù)帶主要采用三種形式：一是袋裝土壘防護(hù)埂防護(hù)，二是木欄防護(hù)，三是鋼網(wǎng)簡(jiǎn)易被動(dòng)防護(hù)。具體如下：

(1)EL595 m～EL630 m間邊坡林木稀少，每隔6 m高差采用袋裝土壘防護(hù)埂動(dòng)態(tài)防護(hù)，埂高2.0 m、埂寬1.0 m，隨開挖高程的下降而隨之撤除。

(2)EL550 m～EL595 m間邊坡因地制宜，選擇山坡上已有的樹木，將相鄰兩棵樹樁間用鋼管進(jìn)行連結(jié)形成橫欄，防護(hù)欄間按垂直高差20 m設(shè)置。橫欄防護(hù)高1.8 m，第一道橫欄離地面控制在20 cm左右，橫欄間距按0.4 m～0.6 m設(shè)置，兩棵樹樁的間距控制在3 m左右。木欄防護(hù)骨架形成后，在橫欄上綁護(hù)竹架排。對(duì)于林木稀疏區(qū)域仍采用袋裝土壘防護(hù)埂防護(hù)。

(3)在距國(guó)道垂直高度約15 m左右，相對(duì)較緩的坡面處設(shè)置由鋼柱、鋼筋網(wǎng)、拉錨系統(tǒng)組成被動(dòng)鋼網(wǎng)防護(hù)。其底部采用Φ25@4000 mm錨桿固定，錨桿入巖2.0 m，上部用Φ108鋼管做鋼柱，L=4 m。底部與鋼柱之間采用鋼板螺栓連接；鋼筋網(wǎng)采用Φ6.5@200 mm×200 mm制作，拉錨系統(tǒng)由固定錨桿(Ф25，L=2 m)及拉錨繩(Ф10鋼絲繩)組成。

4 G326國(guó)道的防護(hù)

4.1 限制通行

由于爆破飛石難以控制，加之上部作業(yè)與下部高差較大，為確保國(guó)道行人及車輛的安全，除爆破期間相關(guān)人員、車輛撤離外，在邊坡上部機(jī)械作業(yè)時(shí)，也需對(duì)下方車輛及行人實(shí)行限時(shí)通行的相關(guān)辦法。

(1)料場(chǎng)開采爆破時(shí)間嚴(yán)格按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行，根據(jù)相關(guān)報(bào)審的爆破時(shí)間，中午11：30～12：30，下午17：30～18：30，而相應(yīng)的開采警戒時(shí)間則控制在：中午11：00～13：00，下午17：00～19：00，期間將采取限制通行的辦法。爆破后，邊坡危石清除完畢，確保安全后方能恢復(fù)通行。

(2)爆破機(jī)械清渣期間，為確保下方國(guó)道行人、車輛的安全，采取限時(shí)通行的辦法，自機(jī)械清渣開始實(shí)施警戒2 h，并盡可能避開早上、中午、下午學(xué)生放學(xué)的集中通行時(shí)間。

4.2 國(guó)道安全防護(hù)棚

在干洞料場(chǎng)下方國(guó)道上方約200 m范圍內(nèi)搭設(shè)封閉式安全防護(hù)鋼棚。防護(hù)棚底部基礎(chǔ)采用在原路面兩側(cè)基礎(chǔ)上澆筑C25混凝土墩，兩側(cè)混凝土墩之間凈距6.7 m，縱向混凝土墩間距為5 m；并采用φ325鋼管做立柱，鋼管立柱底部與混凝土墩之間采用鋼板及φ22插筋焊接，頂部采用鋼板焊接，并與頂部I28工字鋼焊接；臨干洞料場(chǎng)邊坡一側(cè)采用竹架排及φ50鋼管搭設(shè)網(wǎng)面；安全防護(hù)棚頂部采用I28b、I14工字鋼作骨架，上鋪竹架排。為便于安全防護(hù)棚的維護(hù)，I28b工字鋼、I14工字鋼、竹架排彼此之間采用鉛絲綁扎。同時(shí)，在防護(hù)通道兩段設(shè)警示、警告標(biāo)志牌，提醒過(guò)往行人及施工人員注意安全，在爆破作業(yè)時(shí)禁止通行。

5 結(jié)語(yǔ)

隘口水庫(kù)石料場(chǎng)緊臨國(guó)道側(cè)，地形較為復(fù)雜。由于料場(chǎng)石料開采爆破采取了控制性措施和對(duì)其高邊坡采取了多級(jí)立體防護(hù)方式，一是保證了大壩填筑高強(qiáng)度石料開采供應(yīng)的需要，二是料場(chǎng)開采的三年中，未出現(xiàn)傷及人員、車輛事故和爆破石渣滾落堆積阻塞中斷國(guó)道交通事件，其施工方法及措施可供類似工程參考借鑒。