深孔快速脹裂爆破在復(fù)雜環(huán)境地災(zāi)治理工程中的應(yīng)用

劉軼倫，方 宏

(江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221000)

黨的十八大以來(lái)，國(guó)家加大環(huán)境保護(hù)的力度，全國(guó)各地積極響應(yīng)習(xí)近平總書(shū)記“綠水青山就是金山銀山”的理念，眾多被關(guān)停的小型露天采石場(chǎng)陸續(xù)開(kāi)始生態(tài)修復(fù)和地質(zhì)災(zāi)害治理工作[1-2]。 以某礦山治理工程為例，該處礦山經(jīng)過(guò)多年無(wú)序開(kāi)采后被依法關(guān)停，山體開(kāi)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(qū)，當(dāng)小區(qū)施工至67#樓主體和69#樓地基時(shí)，距離小區(qū)30 m，高差23 m 的山體上有一處傘巖急需處理。針對(duì)此情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)查勘、方案比選，擬采用深孔快速脹裂的爆破方法進(jìn)行處理。

1 工程概況

該處傘巖經(jīng)過(guò)前期機(jī)械開(kāi)挖、修筑上山道路后，形成臨空一側(cè)較高、靠山體一側(cè)較低的內(nèi)低外高地形，加上表面有較大的裂隙發(fā)育，因此，隨時(shí)有崩塌的可能。 施工地段和傘巖實(shí)地情況如圖1、圖2 所示。

圖1 施工小區(qū)的周邊環(huán)境

圖2 待治理的傘巖實(shí)景

傘巖以下原山體的坡度角為52°左右，前期治理時(shí)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(jìn)出場(chǎng)施工便道，便道西側(cè)為正在施工的67#樓，傘巖與67#樓的直線(xiàn)距離約為30 m，高差約為23 m。 施工區(qū)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(diǎn)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘和分析，施工有3 個(gè)難點(diǎn)，分別為:①待治理的傘巖已經(jīng)有較大的裂隙發(fā)育，經(jīng)擾動(dòng)很容易發(fā)生崩塌；②該處傘巖距離近，高差大，若產(chǎn)生落石，則會(huì)沿山體坡度滾落，很可能損傷67#樓的墻體結(jié)構(gòu)；③待治理的傘巖南側(cè)和西側(cè)均有一定坡度。 目前，69#樓已完成基坑開(kāi)挖，正在立模準(zhǔn)備打墊層，因此，南側(cè)尚有足夠安全的落石滾落區(qū)域。但是，混凝土澆筑施工快，一旦完成澆筑，勢(shì)必會(huì)壓縮落石滾落空間，加大施工安全風(fēng)險(xiǎn)。 經(jīng)協(xié)商，小區(qū)建設(shè)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)為山狀內(nèi)低外高，西側(cè)區(qū)域比東側(cè)區(qū)域高0.5 ～1.0 m，大致形成如圖5所示的兩塊區(qū)域。 其中，西側(cè)區(qū)域平均長(zhǎng)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(cè)區(qū)域平均長(zhǎng)度約為12 m，平均寬度約為6 m，靠近山體，巖體未經(jīng)擾動(dòng)，完整性較好。

圖5 傘巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分區(qū)圖

根據(jù)這兩個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)，擬將東側(cè)區(qū)域視為深孔臺(tái)階爆破，爆破方向向北，西側(cè)區(qū)域有6 m 的寬度，可為東側(cè)區(qū)域提供較大的抵抗線(xiàn)，避免巖石往西側(cè)過(guò)度拋擲。 同時(shí)，東側(cè)區(qū)域爆破產(chǎn)生的能量對(duì)西側(cè)巖體具有一定的破碎和松動(dòng)作用，為便于后期西側(cè)巖體的開(kāi)挖，可將西側(cè)區(qū)域視為一處大塊巖石的破碎區(qū)域，采用大孔徑鉆孔、小藥卷延長(zhǎng)藥包、分層裝藥的形式對(duì)西側(cè)巖體進(jìn)行破碎[3-7]。

4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 炸藥單耗

深孔臺(tái)階爆破的單耗一般在350 ～400 g/m3，臨空面條件較好時(shí)取下限。 該處傘巖東、西、南三側(cè)均為巖石，北側(cè)為平臺(tái)可作為臨空面，但是，為降低東側(cè)區(qū)域?qū)ξ鱾?cè)區(qū)域的爆破影響，避免過(guò)度擾動(dòng)造成西側(cè)區(qū)域大面積坍塌。 因此，炸藥單耗應(yīng)適當(dāng)降低，綜合施工經(jīng)驗(yàn)，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?xún)?nèi)，因西側(cè)區(qū)域北、西、南三側(cè)均有較好的臨空面，會(huì)受到東側(cè)區(qū)域爆破的影響，且此處是關(guān)鍵位置，必須做到爆破后巖石裂而不散，因此，選取單耗時(shí)宜小不宜大，經(jīng)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(jī)，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(cè)和南側(cè)拋擲的風(fēng)險(xiǎn)，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(wǎng)參數(shù)

該工程不要求在邊坡處采用光面或預(yù)裂爆破，因此，可根據(jù)邊坡放坡系數(shù)1 ∶0.75，在坡面位置合理布孔。 邊坡開(kāi)口處至設(shè)計(jì)臺(tái)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(xiàn)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(cè)區(qū)域，雖東西寬度約為6 m，但視為大塊石的破碎，不宜過(guò)多布孔，布孔位置應(yīng)該向東稍微偏移中線(xiàn)，保證西側(cè)有足夠的抵抗線(xiàn)，因此，在距離西側(cè)4 m 處布一列炮孔。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)南北方向?qū)嶋H長(zhǎng)度，標(biāo)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(tái)階高度

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，第Ⅰ列炮孔在西側(cè)區(qū)域，該處臺(tái)階高度為6 m；第Ⅱ列炮孔在東側(cè)區(qū)域，不在邊坡坡面范圍內(nèi)，整體地面標(biāo)高南高北低，臺(tái)階高度H為5.5 ～6.0 m 不等；第Ⅲ列炮孔東側(cè)區(qū)域的邊坡坡面范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定的位置測(cè)得臺(tái)階高度H為3.5 m。

4.6 鉆孔深度

1)第Ⅰ列炮孔作用是對(duì)大塊石的破碎，鉆孔深度L一般為該處臺(tái)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(huì)留下難處理的底根。 因此，為減少底根，鉆孔深度應(yīng)適當(dāng)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(shè)計(jì)邊坡坡腳1 m 處，合理的超深不會(huì)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(nèi)的巖體，為保證爆破后的坡面平整性，超深不宜過(guò)大，鉆孔深度定為3.8 m。

4.7 單孔裝藥量

1)西側(cè)區(qū)域

西側(cè)區(qū)域內(nèi)只有第一列炮孔，該處視為爆破法對(duì)大塊石的破碎，炸藥量的計(jì)算宜采用體積公式Q總=qV，其中，V為西側(cè)區(qū)域的體積。 經(jīng)計(jì)算:Q總=70×360=25 200 g=25.2 kg。 共4 個(gè)炮孔，平均每個(gè)炮孔的單孔裝藥量為6.3 kg。

2)東側(cè)區(qū)域

東側(cè)區(qū)域內(nèi)有兩列炮孔，該處視為深孔臺(tái)階爆破，可直接采用單孔裝藥量計(jì)算公式Q=qabH，其中，a為孔距，b為排距。 各孔具體裝藥量見(jiàn)表1。

表1 東側(cè)區(qū)域單孔裝藥量

4.8 裝藥結(jié)構(gòu)

1)西側(cè)區(qū)域

西側(cè)區(qū)域采用藥卷長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，用透明膠帶將炸藥固定在竹條上，每層用2 發(fā)MS-11 導(dǎo)爆管雷管起爆，炮孔底部應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)裝藥。 具體裝藥結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 西側(cè)區(qū)域裝藥結(jié)構(gòu)示意圖(單位:mm)

2)東側(cè)區(qū)域

東側(cè)區(qū)域采用藥卷長(zhǎng)度為40 cm、直徑為70 mm、2 000 g/卷的2#巖石乳化炸藥，連續(xù)不耦合裝藥方式。 具體參數(shù)見(jiàn)表2(圖中L為孔深，L1為裝藥長(zhǎng)度，L2為填塞長(zhǎng)度)

表2 東側(cè)區(qū)域裝藥長(zhǎng)度和填塞長(zhǎng)度

4.9 起爆網(wǎng)路

孔外采用微差導(dǎo)爆管網(wǎng)路，孔內(nèi)全部使用MS-11 導(dǎo)爆管雷管，孔外采用雙發(fā)MS-3 導(dǎo)爆管雷管簇連接，具體起爆網(wǎng)路如圖9 所示，延期時(shí)間見(jiàn)表3。

表3 起爆網(wǎng)路延期時(shí)間

圖9 起爆網(wǎng)路

第三列炮孔作為起爆網(wǎng)路中的第一段別，具有預(yù)裂炮孔的作用，為第二列炮孔提供一個(gè)新的自由面，同時(shí)能降低第二列炮孔爆破對(duì)西側(cè)巖體的過(guò)度破碎。Ⅱ-1炮孔作為單獨(dú)的第二段別，起導(dǎo)向作用，確保后續(xù)段別爆破方向與設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的炮孔同時(shí)起爆，起到互相作用的效果。

5 安全防護(hù)措施

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

圖10 安全防護(hù)示意圖

1)在進(jìn)出場(chǎng)道路西側(cè)堆積1.5 ～2.0 m 高的擋石堆，起到攔截落石，保護(hù)67#樓主體結(jié)構(gòu)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(jìn)出場(chǎng)道路上，起到對(duì)落石緩沖的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

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(duì)理想的破碎效果，達(dá)到了預(yù)期裂而不散的目標(biāo)。雖然傘巖下部因裂隙存在且無(wú)支撐而崩落部分巖石，但是落點(diǎn)被嚴(yán)格限制在了擋石堆內(nèi)，滿(mǎn)足了施工要求。