松動控制爆破在邊坡地質災害治理中的應用

文／張宸 大連經濟技術開發區金源爆破工程有限公司 遼寧大連 116620

1、工程概況

1.1 工程環境

該地質災害隱患點位于大連金普新區濱海公路北側，大前線東側，坍塌隱患點為人工巖質邊坡，因修路切坡形成，坡高2～28m，坡長360m，坡度80°，坡向270°，產狀170°∠45°。邊坡南側坡底緊鄰濱海公路，公路南側為海域，西南側有一工廠，距邊坡最近距離100m；邊坡西側坡底緊鄰大前線公路，公路西側為空地。

1.2 地質特點

所在邊坡出露地層為強-中等風化灰巖，局部夾輝綠巖。其中邊坡坡頂部分為厚度約1m的強風化灰巖，整體為中等風化石灰巖，風化裂隙發育，巖體完整性差。因巖石風化及斷層作用，部分地段巖石破碎，極易引起崩塌和滑落，直接威脅濱海公路過往行人車輛安全。

圖1 周邊環境示意圖

1.3 工程難點

（1）周邊環境復雜。針對爆區存在臨近兩條干線公路和西南側既有工廠的情況，需嚴控爆破振動，并做好振動監測工作。通過嚴格控制飛石距離和飛散方向，確保爆破警戒解除之后，兩條公路能夠在短時間內順利通行。

（2）邊坡高陡，且邊坡頂部施工平臺空間有限。初期通過淺孔爆破降坡，為潛孔鉆機、挖掘機等大型機械設備進入平臺提供條件[1]。

（3）爆破作業點多、工程量較大。為避免交叉重疊作業，通過連續循環作業方式，保證爆破作業與開挖裝運工作的合理有效進行，進一步保證施工工期。

2、邊坡治理設計

由于坡頂作業平臺寬度只有3～5m，無法滿足大型機械設備的施工條件。結合以往類似工程經驗和現場實際情況，將自坡頂向下5m作為第一臺階，采用淺孔松動控制爆破技術[2]。待第二臺階形成后，采用深孔松動控制爆破自上而下分層削坡，每層臺階高度約為8m，水平方向根據濱海公路高程自東向西推進。邊坡坡底距濱海公路30m范圍內高差較小，為減少爆破振動對濱海公路的影響，使用液壓破碎錘配合挖掘機輔助開挖，使削坡平面與濱海公路高程一致。

圖2 危巖體斷面圖

3、爆破方案設計[3]

3.1 淺孔松動控制爆破設計

3.1.1 爆破參數

為盡可能減小爆破振動對周邊環境的影響，淺孔松動控制爆破分三層臺階進行施工，每層臺階高度H= 2m；因淺孔爆破部分整體臺階高度為5m，分三層臺階，每層2m的分層方式超出整體臺階高度，故不設超深，每層炮孔深度L= H = 2m。

選用42mm手持式鑿巖機，取D= 42mm；按臺階高度取最小抵抗線W= (0.4～1.0)H，取W= 1.2m；炮孔方形布置，取炮孔間距a=b=W = 1.2m；選用2#巖石乳化炸藥，根據巖石破碎機理和爆破漏斗理論，取單位炸藥消耗量q=0.28kg/m3；根據單個炮孔爆破巖石體積公式確定單孔裝藥量Q=qV=qabH=0.8kg。

3.1.2 裝藥結構和起爆網絡

由于單孔藥量較少，為提升破碎效果，采用第一系列非電毫秒導爆管雷管孔外微差四孔簇連起爆的起爆方式。孔內裝填Ms8毫秒導爆管雷管，孔外連接使用Ms3毫秒導爆管雷管，排間連接使用Ms5毫秒導爆管雷管。炮孔布置及裝藥結構如圖3所示。

圖3 淺孔松動控制爆破炮孔布置及裝藥結構

3.2 深孔松動控制爆破設計

3.2.1 爆破參數

根據巖石破碎粒徑要求和施工平臺空間，選取鉆孔直徑為D= 115mm的潛孔鉆機；按孔徑倍數法W = (25～35)D，取最小抵抗線；炮孔三角形布孔，根據a= mW、b=a·gsin60°確定孔距和排距；根據孔徑倍數取填塞長度12=（20～30）D，分層填塞長度取13=1m；超深按最小抵抗線確定，取h= (0.15～0.35)W，其中超深遇松軟巖石取較小值，堅硬巖石取大值；孔深L=(H+h）/sina；裝藥量Q=kqabH；單位炸藥消耗量q根據與巖石堅固系數f的關系結合以往類似工程經驗取值。爆破參數如表1所示。

3.2.2 裝藥結構和起爆網絡

采用分段裝藥結構，爆破周邊質點振動速度將有效降低15%～50%，破碎質量提高，塊度均勻，大塊率降低。合理的分段裝藥，在降低壓縮應力和爆轟氣體作用于孔壁的初始壓力同時，使其作用時間較連續裝藥結構有所延長，這既能避免炮孔周邊巖石過度破碎，完能提高炸藥能量有效利用率[4]。為減輕爆破振動、減小大塊率、降低施工成本，采用分段間延期爆破。

表1深孔松動控制爆破參數Tab. 1 Parameters of the deep-hole loosening controlled blasting

用第一系列非電毫秒導爆管內、外微差單孔起爆的起爆方式。孔內裝填Ms7、Ms8毫秒導爆管雷管，孔外連接使用Ms3毫秒導爆管雷管，排間連接使用Ms5毫秒導爆管雷管。炮孔裝藥結構如圖4所示。

圖4 深孔松動控制爆破裝藥結構

4、爆破監測和安全

4.1 爆破振動控制

爆區距離西南側工廠廠房較近，依據爆破安全規程，安全允許質點振動速度為3.5～5.0cm/s[5]。對爆破振速進行回歸運算V=K(Q1/3/R)a，取K=200；a=1.65；R為爆點距被測保護建筑物的距離，廠房100m、濱海公路33m、大金線公路40m；Q取最大一起起爆藥量33.6kg。求得工廠廠房、濱海公里、大金線公路的質點峰值振速分別為： 0.69cm/s、4.31cm/s、3.14cm/s，均在安全可控范圍內。

4.2 爆破飛石安全距離

根據個別飛石安全距離計算公式RF=20KFn2W[6]，爆破作用指數n=0.75（松動爆破），安全系數KF取1.0，通過計算得RF=33.8m，該值小于爆破安全規程規定的安全距離。故按照爆破安全規程要求，確定深孔松動控制爆破安全警戒距離為200m，淺孔松動控制爆破安全警戒距離為300m。

4.3 爆破振動監測

委托具有相應資質的獨立的第三方爆破振動監測機構，對地質災害隱患處理爆破施工期間產生的爆破振動進行動態監測。根據每次爆破監測結果，實時指導現場爆破施工作業，方便及時調整爆破設計參數，更好的保證爆破施工作業安全[7]。

依據現場監測結果，西南側廠房方向最大振速為0.3235cm/s，濱海公路和大金線公路最大振速為2.3153cm/s，振動主頻均處于10～15Hz之間，根據爆破安全規程，現場實測的振動速度水平滿足規范要求，均在安全可控范圍內。

結語：

（1）通過縮減一次起爆藥量、分段間延期爆破，使爆壓峰值降低、孔內壓力作用時間延長，有效降低了爆破震動峰值，從而實現對爆破振動的合理控制。

（2）采用分段裝藥改善爆破塊度分布、降低大塊率、減小裝藥量，有效增加鏟裝運輸效率，在有效改善爆破效果、合理控制塊度的同時，進一步降低施工綜合成本。

（3）根據現場實際情況，選擇合理的臨空面和抵抗線方向，有效預防飛石危害。

處理該段危巖邊坡，面對復雜的周邊環境，采用先淺孔爆破、再深孔爆破、后液壓機械破碎的施工方法，成功克服坡頂平臺施工空間有限的不利條件影響，達到了有效控制爆破振動、破碎塊度和爆破飛石的目的。本次松動控制爆破在邊坡地質災害治理中的應用，可為日后同類工程提供借鑒參考。