黃德全,周 勇,陳劍鋒,劉良權(quán),羅 英,陶 軍

(1.重慶市地質(zhì)勘查局 107地質(zhì)隊(duì),重慶 401120;2.重慶市基礎(chǔ)工程公司,重慶 400012)

條形藥包硐室爆破技術(shù)在山體危巖排險(xiǎn)施工中的應(yīng)用

黃德全1,周 勇2,陳劍鋒1,劉良權(quán)1,羅 英1,陶 軍1

(1.重慶市地質(zhì)勘查局 107地質(zhì)隊(duì),重慶 401120;2.重慶市基礎(chǔ)工程公司,重慶 400012)

危巖體硐室爆破一次排險(xiǎn)量大,施工速度快,是大方量應(yīng)急排險(xiǎn)的首選爆破方案。本次巫山山體危巖硐室爆破排險(xiǎn),通過詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和地形地貌測(cè)繪,采取信息化指導(dǎo)施工,安全、快速地完成了應(yīng)急排險(xiǎn)任務(wù),一次排險(xiǎn) 2817萬 m3,歷時(shí) 46天,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。論述了本次爆破方案的設(shè)計(jì)、爆破參數(shù)的選擇以及施工技術(shù),介紹了爆破效果,總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。

危巖體;硐室爆破;應(yīng)急排險(xiǎn);信息化施工;爆破能量損失;爆破藥量

0 前言

我國(guó)硐室爆破技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展經(jīng)歷了 3個(gè)階段:20世紀(jì) 50～60年代集中藥包爆破技術(shù)探討和大量應(yīng)用階段;60～70年代定向筑壩技術(shù)在水電站和水庫(kù)建設(shè)中的大量應(yīng)用階段;80年代至今,條形藥包裝藥硐室爆破的大量應(yīng)用階段。在國(guó)內(nèi),有關(guān)條形藥包硐室爆破的研究始于 20世紀(jì) 70年代末,從 80年代到 90年代,條形藥包硐室爆破技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模逐漸擴(kuò)大,特別是 90年代后,沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)進(jìn)一步促進(jìn)了條形藥包硐室爆破技術(shù)的發(fā)展。其中規(guī)模和影響較大的工程有:1985年福建順昌石灰石礦的 1700 t剝離大爆破;1991年廣東惠州芝麻州 3100 t移山填海大爆破;1992年廣東珠海炮臺(tái)山 12000 t的移山填海大爆破。近年來,在石方路塹施工中,為控制主體石方爆破效果和路塹邊坡質(zhì)量,發(fā)展了條形藥包硐室加深孔預(yù)裂一次成型的綜合爆破技術(shù),爆破形成的邊坡穩(wěn)定、平整。這一切充分顯示出我國(guó)在條形藥包硐室爆破的工程應(yīng)用上走在了世界的前列。目前,隨著我國(guó)大型鉆機(jī)和開挖機(jī)具設(shè)備的發(fā)展和更新、爆破環(huán)境的日益復(fù)雜化以及爆破對(duì)周圍地區(qū)的影響控制程度要求的提高,大量土石方開挖工程目前已廣泛采用深孔爆破方法,而硐室爆破的應(yīng)用范圍受到限制。

地災(zāi)山體排險(xiǎn)爆破施工,是近幾年爆破工程所涉及的新領(lǐng)域,有著廣闊的市場(chǎng)范圍和應(yīng)用前景,特別是三峽庫(kù)區(qū)蓄水運(yùn)行后,誘發(fā)的大量地質(zhì)災(zāi)害需要應(yīng)用爆破施工技術(shù)予以快速排險(xiǎn),以便盡快恢復(fù)當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)和生活次序。通過在重慶武隆、巫山等典型地災(zāi)排險(xiǎn)爆破項(xiàng)目條形藥包硐室爆破技術(shù)的應(yīng)用,得到的大量經(jīng)驗(yàn)證明:要想條形藥包硐室爆破在地災(zāi)排險(xiǎn)爆破領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用,必須要解決以下兩方面的問題:(1)因硐室爆破技術(shù)中的藥室和導(dǎo)洞開挖需要人工、機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間在危巖體上作業(yè),其如何規(guī)避排險(xiǎn)施工中的安全風(fēng)險(xiǎn);(2)山體大量裂隙產(chǎn)生的爆破能量損失與常規(guī)硐室爆破藥量計(jì)算的修正量問題。本文就條形藥包硐室爆破技術(shù)在巫山山體排險(xiǎn)施工中,這兩方面問題的解決方法和措施的應(yīng)用方面作了一些嘗試。

1 工程概況

重慶市巫山縣篤坪鄉(xiāng)鶴溪村危巖位于縣城東南120多千米的篤坪鄉(xiāng)鶴溪村“三縣煤礦”右側(cè),地區(qū)海拔 2000余米,屬喀斯特地貌,危巖為灰?guī)r,呈近似水平層理的巨厚層狀,巖層的厚度在幾十厘米至幾米之間,層與層之間夾有灰、灰黑、黃褐色等薄層狀粘土和煤層。危巖帶寬度 120余米,高度 130～150 m。該危巖帶在地表水沿巖石裂隙或順斜坡向下流動(dòng)過程中,因剝蝕作用形成的溶溝將危巖帶分成 3個(gè)相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的危巖體,分別編號(hào)為 1、2、3號(hào)危巖體 (見圖 1)。2號(hào)危巖體居中,比相鄰的 2個(gè)危巖體高數(shù)米。3號(hào)危巖體已于 2009年 2月 3日因危巖裂隙發(fā)育和巖石自重引起部分崩塌,其危巖體頂部已脫離母巖向外傾斜,頂部裂隙最寬處 10余米。3號(hào)危巖體崩塌下來的巖石碰撞后的小石塊飛出 400余米砸爛了村民一臺(tái)洗衣機(jī),并打斷了一村民大腿,后因其流血過多而死亡。

圖 1 危巖體分布圖

周圍要求保護(hù)的永久建 (構(gòu))筑物較多,危巖東側(cè) 200 m處、東北方向 330 m處、西側(cè) 230 m處和西北方向 350 m處均有三縣煤礦的廠房設(shè)施,以及西北方向 270 m與 290 m處有兩棟民房,東北方向470 m處有一棟民房,在危巖體的正北方向 260 m處有一條寬度約 110～715 m的沖擊河溝,河溝的后側(cè)距離危巖體 400～450 m處散落有 4戶民房,其余環(huán)境寬闊,為山區(qū)丘陵地帶,人煙稀少。

1號(hào)危巖體體積約為 116775 m3,2號(hào)危巖體體積約為 106337 m3,3號(hào)危巖體體積約為 225454 m3,總體積約為 448566 m3。危巖主要危害對(duì)象是鶴溪村村民的生命財(cái)產(chǎn)和三縣煤礦礦區(qū)設(shè)施,其中村民16戶 (63人),在用巷道硐口及其附屬設(shè)施 6處,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 1500萬,危害對(duì)象等級(jí)劃分為二級(jí)。

本次爆破排險(xiǎn)的要求是:

(1)在 46天的時(shí)間里完成排除該危巖體 28萬m 3;

(2)爆破飛石控制在 100 m內(nèi);

(3)控制地震效應(yīng),盡可能保護(hù)周邊建 (構(gòu))筑物;

(4)動(dòng)用一次警戒力量一次爆破完成排險(xiǎn)。

2 爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

2.1.1 充分調(diào)查研究的原則

該危巖體因卸荷崩塌和地下老礦硐沉陷等多種因素作用,其與母巖體間形成的拉裂縫橫向發(fā)育較為寬大,向下貫通深度大,危巖體下根部破碎,且危巖體體內(nèi)拉裂隙發(fā)育,處于臨界平衡狀態(tài)。其前期地質(zhì)調(diào)查對(duì)于危巖體內(nèi)體的裂隙狀況和地形地貌的測(cè)繪相對(duì)比較粗糙,不能滿足爆破設(shè)計(jì)的要求。在進(jìn)行爆破排險(xiǎn)方案設(shè)計(jì)時(shí),必須重新進(jìn)行調(diào)查研究,弄清裂隙的分布狀況和貫通方向、深度,準(zhǔn)確測(cè)繪危巖體地形圖,并在擬定位置測(cè)繪出危巖體的水平剖面圖和垂直剖面圖,以便準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出藥室位置和炮孔位置。

2.1.2 硐室爆破和深孔爆破相結(jié)合的原則

硐室爆破需要進(jìn)行導(dǎo)硐施工和藥室開挖等工程施工。對(duì)于高聳的危巖體,導(dǎo)硐和藥室的開挖減小了危巖體的根部支撐斷面積,在導(dǎo)硐和藥室開挖爆破中的多次反復(fù)爆破震動(dòng),極易誘發(fā)危巖體突發(fā)性的失穩(wěn)崩塌,威脅施工作業(yè)人員的安全。在爆破方案的設(shè)計(jì)選擇上,要針對(duì)危巖處于穩(wěn)定、欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定 3種狀況分別設(shè)計(jì)。對(duì)于自然工況暫時(shí)處于穩(wěn)定、欠穩(wěn)定狀態(tài)而雷暴、地震工況不穩(wěn)定的危巖,直接在危巖體上開挖導(dǎo)硐采用硐室爆破的工藝技術(shù);對(duì)于自然工況處于不穩(wěn)定狀態(tài)的危巖,采取中深孔爆破的工藝技術(shù),中深孔的鉆鑿施工采取支架平臺(tái)或危巖體外側(cè)導(dǎo)洞接近的原則,以此避免人員在危巖體內(nèi)施工。

2.1.3 監(jiān)控量測(cè)信息化施工的原則

危巖體爆破排險(xiǎn)施工,監(jiān)控量測(cè)工作十分重要。沒有監(jiān)控量測(cè)工作,就沒有排險(xiǎn)施工的安全性。監(jiān)控量測(cè)應(yīng)采取全占儀和水準(zhǔn)儀對(duì)危巖體的高程和水平位移進(jìn)行精確量測(cè),對(duì)于臨界平衡的危巖體,尚應(yīng)安裝位移收斂?jī)x和自動(dòng)報(bào)警裝置,采用監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)施工。

2.2 方案選擇

根據(jù)危巖監(jiān)控測(cè)量情況 (參見圖 2～5),1號(hào)和2號(hào)危巖體水平向拉裂寬度不大,一般在 30～70 cm,垂直拉裂縫深度大,幾乎貫穿到山崖底部,拉裂面呈 70°～75°,危巖體呈高聳狀,高度 70余米,厚度一般在 17～25 m,爆破方案采取條形藥包硐室崩塌爆破的方式,在危巖體根部設(shè)置硐室,將該危巖體自穩(wěn)定高程以上完全爆破崩塌。3號(hào)危巖體水平向拉裂縫大,達(dá) 10余米,豎向發(fā)育宜深大,但豎向的拉裂面近于垂直,危巖體呈四棱柱狀少量外傾,采取頂部削坡減載的爆破方式進(jìn)行排險(xiǎn),爆破減載高度 50 m。

1、2、3號(hào)危巖均采取條形藥包硐室爆破的爆破方式。

2.3 爆破參數(shù)的選擇

2.3.1 最小抵抗線W

主要依據(jù)爆破方量、地形條件、抵抗線W與埋深 H之比、拋擲距離、不逸出半徑以及安全距離等來選擇。最小抵抗線一般在 8～25 m,太小會(huì)增加硐室開挖量,太大則要增加藥量以克服重力作用。

圖 4 3號(hào)危巖 1683高程水平斷面圖

圖 5 3號(hào)危巖體垂直斷面圖

2.3.2 炸藥單位用藥量

炸藥單位用藥量與巖石性質(zhì)、炸藥威力有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,此次巖石為厚層、致密石灰?guī)r,對(duì)于 2號(hào)巖石銨梯炸藥來說,單耗選取 K=1105 kg/m3,而對(duì)于現(xiàn)在的巖石膨化硝銨炸藥,其單耗應(yīng)選取 K=1105 kg/m3×1115=112 kg/m3。

2.3.3 藥量計(jì)算

條形藥包藥量計(jì)算公式:

式中:Q條——裝藥量,kg;K——炸藥單耗 ,112 kg/m3;W條——最小抵抗線,m;n——爆破作用指數(shù),采用加強(qiáng)松動(dòng)爆破,取 0175。

由于危巖體多臨空面,因此,在設(shè)計(jì)上未考慮端頭加藥量。實(shí)際裝藥時(shí),考慮到危巖體裂隙發(fā)育,爆破氣體逸出嚴(yán)重,按計(jì)算值量增大 10%裝藥。

1、2號(hào)危巖采取崩塌的方式,在高程 1650 m處開挖水平導(dǎo)硐進(jìn)入危巖體并開挖藥室。導(dǎo)硐斷面按112 m×118 m控制,藥室按單層單排進(jìn)行布設(shè)。因危巖體在 1650 m高程處與母巖間形成 015～018 m寬度的裂隙,藥室的布置原則上應(yīng)將危巖體作為孤體進(jìn)行位置的布設(shè)和藥量的計(jì)算,同時(shí)應(yīng)綜合考慮前后臨空面的差異等因素。1號(hào)危巖水平斷面上的厚度 18 m,長(zhǎng)度 40 m,藥室布置為雙藥室,編號(hào)為1、2號(hào)藥室,該藥室外側(cè)臨空面的最小抵抗線為 12 m,母巖方向的最小抵抗線為 6 m。2號(hào)危巖體水平斷面的厚度 16 m,長(zhǎng)度 3414 m,藥室布置為雙藥室,編號(hào)為 3、4號(hào)藥室,該藥室外側(cè)最小抵抗線為 12 m,母巖方向最小抵抗線為 4 m。

3號(hào)危巖采取在 1683 m高程處的削坡減載的爆破排險(xiǎn)方式。該危巖體 1683 m高程水平斷面厚度 36 m,長(zhǎng)度 4112 m,高度 57 m。按照單藥包計(jì)算藥量,條形藥室裝藥,設(shè)計(jì)為正面抵抗線 18 m,側(cè)向抵抗線 18 m,為 2個(gè)條形藥室,編號(hào)為 5、6號(hào)藥室。

本次爆破的爆破參數(shù)如表 1所列。

表 1 爆破參數(shù)表

2.4 硐室堵塞

堵塞回填的質(zhì)與量對(duì)于硐室爆破十分重要,原則上填塞的長(zhǎng)度不得小于設(shè)計(jì)的最小抵抗線,并應(yīng)愈大愈好。本次爆破排險(xiǎn) 1、2號(hào)危巖的藥室間堵塞長(zhǎng)度為全堵塞,丁字口外堵塞長(zhǎng)度為 18 m;3號(hào)危巖的藥室間堵塞長(zhǎng)度亦為全堵塞,丁字口外堵塞長(zhǎng)度為 23 m。堵塞材料均為爆破石渣裝袋回填。

2.5 爆破網(wǎng)路

為確保爆破網(wǎng)路的安全,本次爆破設(shè)計(jì)為非電和電爆復(fù)式起爆系統(tǒng)。電力起爆網(wǎng)路為應(yīng)用網(wǎng)絡(luò),非電起爆網(wǎng)絡(luò)為備用網(wǎng)絡(luò)。電力起爆網(wǎng)絡(luò)和非電起爆網(wǎng)絡(luò)分別穿入 PVC管引出洞外,并在回填堵塞過程中經(jīng)常檢查網(wǎng)路的暢通。

每個(gè)藥室置入電力起爆體 2個(gè),置入非電起爆體 1個(gè)。每個(gè)電力起爆體并聯(lián)兩發(fā)雷管,并按照同藥室并聯(lián)藥室間串聯(lián)形成并串聯(lián)電爆網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)路的發(fā)爆電流 85 A,單發(fā)雷管過流電流 42 A,確保了網(wǎng)路的準(zhǔn)確起爆。

藥室間爆破延時(shí)時(shí)間選擇不可過大和過小,過大容易造成先爆巖塊砸壞網(wǎng)絡(luò)形成部分藥室拒爆,過小容易造成地震波疊加,形成地震效應(yīng)破壞周邊建 (構(gòu))筑物。本次爆破 3號(hào)危巖體的 5號(hào)藥室為 1段,6號(hào)藥室為 3段,2號(hào)危巖體的 3、4號(hào)藥室為 5段,1號(hào)危巖體的 1、2號(hào)藥室為 7段。危巖體間延時(shí)時(shí)間差一般為 50 ms。

3 爆破效果

1、2、3號(hào)危巖體一次裝藥于 2009年 7月 28日12:00時(shí)準(zhǔn)時(shí)起爆 (見圖 6)。1、2號(hào)危巖爆破后,危巖體沿著與母巖的拉裂面整體崩塌,巖面完整、光滑,排險(xiǎn)徹底、安全。3號(hào)危巖爆破后,大部分巖塊被拋擲,少部分堆積在 1683 m高程的爆破平臺(tái)上,部分經(jīng)再次解塊后用挖機(jī)挖移出平臺(tái)外,排險(xiǎn)亦安全、徹底。排險(xiǎn)達(dá)到預(yù)期要求。

圖 6 起爆瞬間

本次爆破經(jīng)實(shí)測(cè)驗(yàn)收,1號(hào)危巖體排險(xiǎn)方量 12萬m3,2號(hào)危巖體排除危巖體 712萬 m3,3號(hào)危巖體排除危巖量 915萬 m3,總計(jì)排險(xiǎn) 2817萬 m3。爆堆集中、穩(wěn)定,對(duì)于 1650 m高程下未予爆破的危巖體,起到了堆載壓腳的穩(wěn)定作用。爆破飛石控制在了 50 m范圍內(nèi)。爆破震動(dòng)小,距離爆點(diǎn) 100 m左右的土坯房安然無恙。爆破形成的新巖面完整、光滑,無新的危石、懸石。本次爆破排險(xiǎn)達(dá)到應(yīng)急排險(xiǎn)目的,效果十分理想,爆破效果見圖 7。

圖 7 1、2、3號(hào)危巖爆破后

4 幾點(diǎn)體會(huì)

(1)應(yīng)急排險(xiǎn)采取條形藥包硐室爆破是可行的。硐室爆破排險(xiǎn)具有排險(xiǎn)時(shí)間短,一次爆破量大,且經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。本次爆破進(jìn)場(chǎng)時(shí)間2009年 6月 12日,爆破時(shí)間 2009年 7月 28日,歷時(shí) 46天完成排險(xiǎn) 2817萬 m3,非硐室爆破難以實(shí)現(xiàn)。

(2)信息化指導(dǎo)排險(xiǎn)施工,是安全排險(xiǎn)的關(guān)鍵。2號(hào)危巖原計(jì)劃是導(dǎo)硐開挖到危巖體與母巖的裂隙面后采用地質(zhì)鉆機(jī)鑿 “150 mm的中深孔爆破排險(xiǎn)方式,實(shí)際施工中,經(jīng)對(duì)危巖體的變形位移監(jiān)測(cè),信息反饋該危巖體暫時(shí)處于自然工況穩(wěn)定、暴雨工況欠穩(wěn)定狀態(tài),據(jù)此決定將該中深孔爆破方式改為硐室爆破。在該硐室掘進(jìn)開挖中,采取自然工況下掘進(jìn)洞室,暴雨工況暫停施工,并采取全占儀,水準(zhǔn)儀和自動(dòng)報(bào)警儀等對(duì)該危巖進(jìn)行 24 h連續(xù)監(jiān)測(cè),確保了該危巖的安全施工。

(3)危巖體在形成過程中除與母巖間產(chǎn)生大的拉裂隙外,在危巖體內(nèi)往往會(huì)產(chǎn)生縱橫交錯(cuò)的裂隙,在爆破瞬間其爆破氣體會(huì)大量逸出影響爆破效果。排險(xiǎn)施工條形藥包硐室藥量計(jì)算按照公式:

計(jì)算出常規(guī)藥量后,在不考慮端頭加藥的情況下,加大 10%～15%的藥量是可行的,但要充分考慮周邊環(huán)境因素及巖體裂隙情況,裂隙多環(huán)境好取大值,反之取小值。本次爆破加大量 10%,未予出現(xiàn)爆破飛石,又達(dá)到了預(yù)期的爆破效果。

(4)3號(hào)危巖體硐室爆破的下破裂線在危巖爆破中未預(yù)期形成,造成爆后平臺(tái)上堆渣多于預(yù)期。3號(hào)危巖削坡減載爆破計(jì)劃的下破裂線按照公式 R=(其中 W=18 m),破裂高度應(yīng)為 1315 m,以此下破裂線形成的面在爆破后不應(yīng)堆積較多的渣石。而實(shí)際上,爆破的下拉裂高度經(jīng)測(cè)量?jī)H 110 m,在爆破藥室平面 1683 m上基本為水平平臺(tái),在爆破后該平臺(tái)堆積石塊量較大,致使爆破后不得不再次動(dòng)用挖機(jī)來清除該平臺(tái)上的爆破渣石。事后,在機(jī)械清理中發(fā)現(xiàn),在低于硐室底板高程的位置,是一處山體水平地質(zhì)層理構(gòu)造,從而改變了下破裂線的正常形成,因此,硐室爆破排險(xiǎn)設(shè)計(jì)中利用下破裂線泄落巖渣應(yīng)慎重,應(yīng)充分考慮巖層層理及軟弱夾層對(duì)下破裂線形成的影響。

總的來說,本次爆破實(shí)踐,無論是從條形藥包硐室爆破技術(shù)的應(yīng)用心得,還是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益方面都有很大的收獲。

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Application of Chamber Blasting with L inear Charge in Unstable Rock Risk-el im ination

HUANG De-quan1,ZHOU Yong2,CHEN Jian-feng1,LIU Liang-quan1,LUO Ying1,TAO Jun1(1.No.107 Geological Party,Chongqing Bureau of Geology andMineral Exploration,Chongqing 401120,China;2.Chongqing Foundation Engineering Company,Chongqing 400012,China)

Unstable rock chamber blasting is the first blasting scheme for large volume emergency treatmentwith rapid con-struction speed.With detailed geological survey and topographymapping,andwith informational instruction,the risk-elim-ination by chamber blastingwas carried inWushan,287000m3unstable rockswere eliminated in 46 days.The paper dis-cussed the blasting scheme design,blasting parameter selection,construction technology and blasting effectwith the experi- ence.

unstable rock;chamber blasting;emergency treatment;information construction;blasting energy loss;explo-sive dosage

TD235.34

A

1672-7428(2010)01-0074-05

2009-10-29

黃德全 (1964-),男 (漢族),重慶合川人,重慶市地質(zhì)勘查局 107地質(zhì)隊(duì)高級(jí)工程師、一級(jí)建造師、全國(guó)監(jiān)理工程師,探礦工程專業(yè),從事公路、鐵路、礦山、碼頭、水利水電等工程的施工及技術(shù)管理工作,重慶市渝北區(qū)兩路鎮(zhèn)雙鳳支路 5號(hào) 5- 2;周勇 (1963-),男 (漢族),四川渠縣人,重慶市基礎(chǔ)工程公司經(jīng)理、工程師,探礦工程專業(yè),從事巖心鉆探、巖土工程、地質(zhì)災(zāi)害治理工作,重慶市渝中區(qū)大坪長(zhǎng)江二路 177-2號(hào)。