淺議隘口水庫與國道零距離的石料場開采施工與安全防護

孫洪濤，龐三余

(中國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，共計石料開采量約200萬m3。

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

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

(2)料場開采范圍較廣、高差較大，開采需求量較大，特別是壩體填筑高峰期，月填筑強度超過30萬m3，日填筑量即需達1萬多方，施工期間料場大規(guī)模開采與國道通行間存在較大的矛盾。

2 石料場開采規(guī)劃及主要施工方法

2.1 石料場開采規(guī)劃

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

為此將干洞料場規(guī)劃為四個區(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)保護下進行開采。預(yù)留巖體Ⅰ區(qū)相對為Ⅱ區(qū)的主爆區(qū)，為在預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)保護下對預(yù)留巖體帶先行“瘦身”后，再采取松動爆破的方式進行預(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邊坡的巖體防護墻；預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)為預(yù)留巖體防護帶臨國道外側(cè)開采區(qū)，采用淺孔臺階控制爆破方式爆除，分為3 m一個臺階，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。具體料場分區(qū)開采見干洞料場開采規(guī)劃示意圖1。

圖1 干洞料場開采規(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)爆破時的防護體，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)的保護下進行。施工時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，為減小深孔臺階梯段爆破對臨國道邊坡上危石、孤石震動影響，開挖邊線距國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)防護體臺階頂寬約為3.5 m；同時臨國道側(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道側(cè)邊坡的開挖，工作面較小，無法采用大型機械作業(yè)，只能采用YT-28手風(fēng)鉆造孔，淺孔臺階爆破法開挖，每層臺階高度設(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，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大塊石至距邊坡較遠的施工作業(yè)面后再進行統(tǒng)一解爆處理。該區(qū)預(yù)留巖體拆除爆破參數(shù)設(shè)計見表1。

表1 干洞石料場預(yù)留巖體Ⅱ區(qū)淺孔臺階松動爆破參數(shù)表

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

爆破震動安全距離：

R震=KaQ1/3

式中：R震為爆破震動對建筑物安全距離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)計算，一次起爆藥量產(chǎn)生的爆破震動對建筑物安全距離見表2。

表2 一次起爆藥量產(chǎn)生的爆破震動對建筑物安全距離表

2.4 石料開采Ⅰ區(qū)施工

石料開采Ⅰ區(qū)為在預(yù)留巖體帶保護下的主開采區(qū)。該區(qū)在料場頂部山脊開采完畢，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道側(cè)崩落。開采方法為深孔梯段爆破，臺階高度設(shè)置為12 m，可不考慮預(yù)裂爆破。其主要爆破參數(shù)見表3。

表3 干洞石料場石料開采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)為石料場開采至550 m高程后，需形成永久邊坡時的料場主開采區(qū)。此間，永久邊坡以外部分山體即可作為開采區(qū)的防護帶，鉆爆開挖時按照石料開采Ⅰ區(qū)的鉆爆參數(shù)進行。考慮其永久邊坡的成型即對國道邊坡的震動，石料開采時采取預(yù)裂爆破技術(shù)，其預(yù)裂爆破參數(shù)見表4。

表4 干洞石料場石料開采Ⅱ區(qū)預(yù)裂爆破參數(shù)表

3 臨國道邊坡安全防護

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

石料場開采防爆破飛石、滾石除采取預(yù)留巖體防護帶外，對臨國道側(cè)邊坡主要采取多級防護帶的方式進行坡面滾石防護。邊坡防護帶主要采用三種形式：一是袋裝土壘防護埂防護，二是木欄防護，三是鋼網(wǎng)簡易被動防護。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埂動態(tài)防護，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行連結(jié)形成橫欄，防護欄間按垂直高差20 m設(shè)置。橫欄防護高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。木欄防護骨架形成后，在橫欄上綁護竹架排。對于林木稀疏區(qū)域仍采用袋裝土壘防護埂防護。

(3)在距國道垂直高度約15 m左右，相對較緩的坡面處設(shè)置由鋼柱、鋼筋網(wǎng)、拉錨系統(tǒng)組成被動鋼網(wǎng)防護。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國道的防護

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，在邊坡上部機械作業(yè)時，也需對下方車輛及行人實行限時通行的相關(guān)辦法。

(1)料場開采爆破時間嚴(yán)格按照規(guī)定的時間進行，根據(jù)相關(guān)報審的爆破時間，中午11：30～12：30，下午17：30～18：30，而相應(yīng)的開采警戒時間則控制在：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)爆破機械清渣期間，為確保下方國道行人、車輛的安全，采取限時通行的辦法，自機械清渣開始實施警戒2 h，并盡可能避開早上、中午、下午學(xué)生放學(xué)的集中通行時間。

4.2 國道安全防護棚

在干洞料場下方國道上方約200 m范圍內(nèi)搭設(shè)封閉式安全防護鋼棚。防護棚底部基礎(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；臨干洞料場邊坡一側(cè)采用竹架排及φ50鋼管搭設(shè)網(wǎng)面；安全防護棚頂部采用I28b、I14工字鋼作骨架，上鋪竹架排。為便于安全防護棚的維護，I28b工字鋼、I14工字鋼、竹架排彼此之間采用鉛絲綁扎。同時，在防護通道兩段設(shè)警示、警告標(biāo)志牌，提醒過往行人及施工人員注意安全，在爆破作業(yè)時禁止通行。

5 結(jié)語

隘口水庫石料場緊臨國道側(cè)，地形較為復(fù)雜。由于料場石料開采爆破采取了控制性措施和對其高邊坡采取了多級立體防護方式，一是保證了大壩填筑高強度石料開采供應(yīng)的需要，二是料場開采的三年中，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道交通事件，其施工方法及措施可供類似工程參考借鑒。