甑子岩特大型危岩体治理开挖控制爆破.pdf
第 3 5卷第 1期 2 0 1 8年 3月 爆破 BLAS TI NG Vo 1 . 35 No.1 Ma r . 2 01 8 d o i 1 0 . 3 9 6 3 / j . i s s n . 1 0 0 1 4 8 7 X. 2 0 1 8 . O 1 . 0 1 5 甑子岩特大型危岩体 治理 开挖控 制爆破 米 雷 荣 , 陆文 清 , 王 爱民 , 文 超 , 祝文 化 1 . 中国葛洲坝集团 第一工程有限公司, 宜昌4 4 3 0 0 2 ; 2 . 武汉理工大学 土木工程与建筑学院, 武汉 4 3 0 0 7 0 摘要 甑子岩特 大型危岩体治理 削方量 大、 施工周期 长、 环境 复杂 , 治理施 工过程 中, 通过 合理 的布 置爆 破 区域及 采取 安全控 制措施 , 有效地 降低 了爆破施 工对危 岩体稳 定性的影响 , 保 障 了施 工过程 的安 全。采用 导爆管雷管孔内、 外接力传爆的逐孔顺序微差起爆方法及预裂爆破技术, 获得 了较为平整的开挖坡面, 半孔 率高 , 整体爆破效果好 。施工过程 中按特定爆心距处危岩 体表 面测 点爆破振 动速度作 为稳 定性监 测的控 制 标准, 可有效降低爆破对母岩体及危岩体的振动影响, 符合危岩体快速治理及振动控制的要求, 有利于规范 爆 破 施 工过 程 控 制 关键词 危岩体 ; 控 制爆破 ; 振动 ; 逐 孔起爆 ; 稳定性 中图分类 号 T D 2 3 5 . 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 8 0 1 0 0 9 00 6 Co n t r o l l e d Ex p l o s i v e Ex c a v a t i o n o f Ze ng z i y a n Ov e r s i z e Da n g e r o u s Ro c k M a s s LEI Ro n g , LU We n q i n g‘ ,WANG Ai mi n , WEN C ha o , ZHU W e n, hu a 。 1 . C h i n a G e z h o u b a G r o u p N o . 1 E n g i n e e r i n g C o L t d , Y i c h a n g 4 4 3 0 0 2, C h i n a ; 2 . Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Wu h a n 4 3 0 0 7 0, C h i n a Abs t r a c tT h e c u t t i n g a mo u n t s o f Z e n g z i y a n o v e r s i z e d a n g e r o u s r o c k n l a s s i s l a r g e, t h e c o n s t r u c t i o n d u r a t i o n i s l o n g a n d t h e e n v i r o n me n t i s c o mp l e x . Du ri n g t h e c o n s t ruc t i o n p r o c e s s , p r o p e r b l a s t i n g z o n e a n d r e a s o n a b l e s a f e t y c o n t r o l me a s ur e s we r e a do pt e d t o e f f e c t i v e l y r e d uc e t h e e f f e c t o f b l a s t i n g o n t he s t a bi l i t y o f r o c k b o d y. Th e h o l e b y h ol e mi l l i s e c o n d d e l a y b l a s t i n g me t h o d w i t h d e t o n a t o r s r e l a y e x p l o s i o n f r o m i n s i d e o f h o l e t o o u t s i d e , a n d p r e s p l i t t i n g b l a s t i n g t e c h n o l o g y we r e u s e d, f i n a l l y a r e l a t i v e l y s mo o t h e x c a v a t i o n s l o p e s u rfa c e w a s o b t a i n e d , wh e r e t h e h a l f h o l e r a t e wa s h i g h a n d t h e o v e r a l l b l a s t i n g e f f e c t wa s g o o d . I n t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s , t h e v e l o c i t y o f b l a s t i n g v i b r a t i o n o f t h e s u rf a c e d a n g e r o u s r o c k ma s s w i t h c e r t a i n d i s t a n c e t o b l a s t i n g c e n t e r , w a s u s e d a s t h e c o n t r o l s t a n d a r d f o r s t a b i l i t y mo n i t o r i n g t o e ff e c t i v e l y r e d u c e t h e i n fl u e n c e o f b l a s t i n g v i b r a t i o n o n p a r e n t r o c k a n d d a n g e r o u s r o c k ma s s , w h i c h me t t he r e q ui r e me n t o f r a pi d c o n t r o l a n d v i b r a t i o n c o nt r o l o f d a ng e r o us r o c k ma s s, a n d h e l p e d t o r e g ul a t e bl a s t i n g c o n s t r u e t i o n pr o c e s s c o n t r o 1 . Ke y wo r dsd a n g e r o u s r o c k ma s s ;c o n t r o l l e d e x p l o s i v e;v i b r a t i o n;h o l e b y h o l e b l a s t i n g ;s t a b i l i t y 危岩体一般赋存于高陡边坡及 陡崖上 , 在受到 外界扰动后 , 极易发生失稳坍塌 , 由于其破坏具有突 收稿 日期 2 0 1 7一l 11 7 作者简介 雷荣 1 9 7 3一 , 女 , 工程 师 , 主要 从事 水利水 电工程 建 设 的施工与管理 , E m a i l 1 1 5 6 7 8 2 3 7 0 q q . C O B。 通讯 作者 陆文清 1 9 7 2一 , 男 , 高级 工程师 , 主要从 事水利 水 电工 程建设 的施工与管理 , E m a i l 3 0 2 8 0 9 9 0 2 q q . t o m。 基金项 目 国家 自然科学基金 面上项 目 5 1 3 7 4 1 6 3 发性 , 易造成重大灾害 , 是工程建设 中的主要地质灾 害之一l J ’ 。目前根据危岩体坍塌规模划分为特大 型、 大型 、 中型、 小 型 4个 等级危岩体 , 目前针对 中、 大型危岩体治理 已有相关的工程实施 , 常采用 台 阶深孑 L 爆破削方的方式 , 提高爆破效率 , 实现危岩体 的快速治理 。但对特大型高陡危岩体 的治理研 究较少 , 尚未有较为成熟 的治理方法及 治理过程 的 第 3 5卷第 1期 雷荣, 陆文清, 王爱民, 等甑子岩特大型危岩体治理开挖控制爆破 9 1 安全控制标准。由于特大型危岩体治理清方量大 , 施工周期长 , 施工过程 中的爆破振动影响及雨 雪天 气对结构面的弱化 , 均有可能导致危岩体治理 过程 中产生失稳坍塌 , 威胁到周边居民及工程安全。同 时 , 由于爆破施工是在陡崖上进行 , 必须严格控制爆 破飞石 、 滚石对周边居民生命财产造成危害。因此 , 在进行特大型危岩体治理时 , 应考虑到危岩崩 塌具 有的突发性和不可预见性的特点, 探寻如何在安全 可靠的前提下 , 采取可操作性强的施工方法 , 实现对 危岩体 的快速治理。本文 以甄子岩特大型危岩体治 理工程为背景, 通过现场爆破试验, 探讨符合特大型 危岩体治理控制要求 的爆破施工方法 , 可为类 似工 程提供借鉴 。 1 概 况 重庆南j i I 金佛山甑子岩危岩带位于斜坡上部陡 崖带 , 由二叠系石灰岩及页岩组成 , 延伸方向总体为 s E~N E向, 呈带状分布, 形态呈反“ 形 , 危岩带可 能崩塌总规模为5 9 3 . 8 6 1 0 1T I , 为特大型危岩带。 危岩体总体 由两级陡崖组成 一级陡崖 由栖霞组 和 茅 口组一段灰岩组成 , 标高 1 4 0 0~1 5 4 5 n q , 主要 以 W1 6 、 W 2 4 、 W 2 5号危岩体为主。二级 陡崖 由茅 口组 三、 四、 五段灰岩组成 , 标 高 1 5 5 0~1 8 1 4 m, 主要 以 W 2 9和 W 2 3号 为 主。危 岩 南 侧 居 民集 居 区高 标 8 0 0~1 2 5 0 m, 危岩区下为金佛 山甑子岩铝矿厂。岩 层产状 3 0 0 。 L5 。 。危岩体发 育三组层 间裂隙 , 三组 裂隙将危岩体切割成块体状 , 形成裂缝 , 坡顶有地表 水体沿裂隙渗透 。 W 2 9危岩体为甑子 岩危岩带 中的一个危 岩单 体, 该危岩带中分布有数十个危岩体, 历年来在 W 2 9 号危岩体附近曾多次发生危石 坠落 , 特别是暴雨及 久雨久晴后易发生崩塌。 目前在建的金佛山水利枢 纽工程坝址位于甑子岩危岩带下方 的柏枝溪 , 甑子 岩危岩带的存在及其可能的失稳垮塌将直接威胁到 工程的安全 , 为达到消除其对威胁范围内保护对象的 安全隐患、 阻止后侧岩体 的进一步变形和确保2 9号 危岩体对在建金佛山水库大坝施工建设的安全 , 由设 计单位给出了 W 2 9主体危岩体 1 6 5 0 m以上部分 台 阶式放坡清除 后缘台阶式放坡 卸荷裂 隙封闭 绿化的治理方式 , 甑子岩危岩体示意图见图 1 。 2工程特点及难点分析 甑子岩危岩体属于特大型危岩 , 通过现场勘察 和地质资料收集 , 该工程具有 以下难点和特点 图 1 危岩体示意图 F i g .1 S c h e ma t i c d i a g r a m o f p o t e n t i a l u n s t a b l e r o c k ma s s 1 甑子岩危 岩 高度大 , 体积 大 , 所 处位 置较 高 , 且与邻 近危岩具 有相互依存关 系 , 环境 十分复 杂 , 治理施工持续时问长, 附近有居 民区和在建水利 枢纽工程 , 治理过程中的爆破施工及雨雪 天气 的影 响 , 都可能导致危岩体 已有裂隙的进一步发育甚至 形成新的危岩, 很可能诱发危岩体的崩塌、 滑坡等地 质灾害产生 , 威胁到施工人员和设备的安全 。 2 危岩体 山高坡 陡, W 2 9主危岩体形态上呈 倾斜倒悬 , 周边分布有较多节理裂隙较发育 的单体 倒悬体 , 处于垂直的陡壁上 , 与集料平台的高程落差 达近 4 0 0 m, 施工过程极有可能产生坍落 , 巨大 的滚 动落差产生较强的冲击 , 对危岩体下方 的居 民和施 工人员及设备造成严重破坏。 3 危岩体道路情况不理想 , 大型机械设备和 材料运输困难 , 施工作业的安全性差 。爆破石料仅 能采取卸料 口溜渣 的方式落到集料平 台, 上下落差 大 , 抛渣过程会产生碰撞飞石和粉尘 , 对周边环境影 响大。 4 危岩体海拔较高 , 爆破滚石 、 飞石影响范 围 广, 警戒区内有居民活动, 爆 区安全警戒范围大, 清 场难度大 ; 爆破石料溜至集料平台后有一定 的缓冲 范围, 可设置防护网等被动防护。 3 爆破方案及技术措施 3 . 1 总体爆破方案 根据甄子岩危岩体治理方案的特点, 主体危岩 体 1 6 5 0 m以上部分 台阶式放坡清除 后缘 台阶 式放坡 , 爆破清方施工要兼顾治理的安全性 、 快速性 与经济性。总体爆破方案采用分层分区爆破 , 为了 提高爆破工效 , 采用中深孔爆破 。2 9号主体危岩体 和母岩爆破 台阶高度设定为 1 0 m, 后缘母岩放坡坡 率按照 1 0 . 4 。为了控制爆破施工对母岩及坡面的 9 2 爆破 影响 , 首先沿开挖边坡设计轮廓面进行预裂爆破, 以 形成预裂缝 , 降低爆破振动影 响。为最大限度 的降 低爆破振动对危岩体稳定性 的影 响, 每层 台阶分两 次开挖 , 单次剥 离高度为 5 m。主爆 区采用逐孔微 差松动爆破 , 爆 区由危岩体 向母 岩方 向逐 步推进。 根据危岩体与母岩 的相对位置关系及卸料 口布置, 为便于岩块 向卸料 口挖运 , 降低爆破振动对后缘边 坡及危岩体稳定性的影响, 爆区开挖时, 抵抗线设置 为平行于后缘边坡及 W 2 9裂隙带, 偏向卸料口位置。 3 . 2爆破参数 3 . 2 . 1 预裂爆破参数 预裂爆破采用 C M3 5 l钻机进行钻孔 , 钻孔直径 l 1 5 n l m, 孑 L 深以不破坏台阶底部岩体 的完整性为原 则 , 根据边坡 1 0 m台阶高度和设计坡 比确定 , 预裂 爆破孔 间距 , 根据 岩石性质 参照类似工程经 验, 取 0 . 8~1 . 0 I / 1 , 线装药 密度取 3 0 0~3 5 0 g / m。采用 西3 2 m m的 2 岩石乳化药卷 , 进行不耦合 间隔装药 , 孑 L 底 1 m进行加强装药, 线装药密度取设 计线装药 密度的 2倍 ; 孔 口堵塞段下 1 m进行减弱装药 , 线装 药密度取设计线装 药密度 的 l / 2 ; 堵塞段 的长度取 1 . 5 n q , 用黄泥等材料填塞密实, 以防止炸药气体冲 出, 影响预裂效果。预裂孔均采用导爆索传爆 , 进行 数孑 L 分组微差爆破。 3 . 2 . 2 梯段爆破参数 主爆区采用 C M 3 5 l 钻机进行垂直孑 L 钻孔 , 钻孑 L 直径 1 1 5 n l m, 分层开挖高度 5 m, 超深 0 . 5 m, 孔排距 考虑岩石性质 、 临空面 、 起爆方式等 , 孑 L 距取 3 m, 排 距取2 . 4 n l , 炸药单耗根据岩石的坚固性 、 节理裂隙与 风化程度等 , 结合类似工程取0 . 4~ 0 . 4 5 k m , 单孑 L 装药量 l 2~ 2 0 k g , 采用 7 0 h i m药卷连续装药。施 工 中为了控制爆破振动的影 响, 主爆孔单次起爆孑 L 数 、 排数均进行了控制, 每次起爆排数设计控制在 3 排左右, 每排孔数视具 体地形特点控 制在 1 O个 左 右。主爆区起爆 网路采用孑 L 内高段位 , 孑 L 外低段位 传爆的非电导爆管逐孔顺 序微差起爆。孔间传爆雷 管的选择 MS 3 , 排间传爆雷管的选择 M S 5 , 孔 内起爆 雷管的选择 MS 1 1 或 M S I 3 。 典型起爆网路如图 2 , 现场爆破效果图如图 3 。 边 坡顶 裂孔 啕 _ Q Q 一 Q - q -一 击 发点 , - t\ M SI M I s 3 鸯 L M S 3 L[丁一 刚 MS3 导爆索 非电雷 管脚线 导爆管 MS 3 [ MS 3 C] _ MS3 非 电毫 秒雷 管 图 2 典型起爆网路示意 图 单位 i n F i g .2 S c h e ma t i c d i a g r a m o f t y p i c a l i n i t i a t i o n n e t w o r k u n i t m 图 3 现场爆破效果 F i g .3 fi e l d b l a s t i n g r e s u l t s 3 . 3安全防护措施 3 . 3 . 1 爆破振动控制 爆破安全规程 G B 6 7 2 2 --2 0 1 4 对永久性岩 石高边坡给出了 5~1 5 c m / s的安全允许振速控制 标准 , 但未对危岩体爆破安全控制标准进行规定 ; 甑 子岩治理设计文件给出的爆破安全控制标准 爆破 MSl1 . . . 一 M Ms5 J M s s 二 ’ i 击 发 点 工况下危岩体的稳定性采用 非煤露天矿边坡工程 技术规范 G B 5 1 0 1 6 2 0 l 4 中附录 中公式进 行计 算 , 当最终爆破方案中质点水平向振动速度V m / s 控制 在 8 c n / s时 , 危 岩稳 定 性 为 I . 0 6 , 基 本 稳 定 J 。但 未给出具 体的控制 部位。根 据现场试验 研究成果 。 。 , 实际施工中按特定爆心距处危 岩体表 面测点爆破振动速度作为稳定性监测的控制标准, 控制 目标明确 , 有利于规范爆破施工过程控制及对 危岩体的快速治理。 现场施工中, 根据爆区的不 同位置进行 了爆破 振动监测 , 当爆区位于母岩体时, 实测后缘母岩边坡 测点的最大振速均小于 爆 破安 全规程中规定 的 控制标准 ; 当爆区位于危岩体时 , 通过 比较裂隙带两 一 。 一 。 ㈣ L L 。 一。 一。 喜 第 3 5卷第 1期 雷荣, 陆文清 , 王爱民, 等甑子岩特大型危岩体治理开挖控制爆破 9 3 侧测点振速 , 可 以看出 , 通过裂隙带后的振速降低 幅 度超过 8 0 % , 减震后的母岩体上的振速远小于控制 振速 ; 不同单段药量及爆心距下裂隙带两侧 的振动 速度对 比如表 1 所示 , 结果表明, 当爆 区位于危岩体 时, 爆破振动对母岩边坡影响不大 , 主要 以控制危岩 体振动为主。实测爆破振动波形如 图4 。 表 1 裂隙带两侧振速对 比 Ta b l e 1 Co n t r a s t o f v i b r a t i o n v e l o c i t y o n b o t h s i d e s o f t h e f r a c t u r e z o n e a 母岩体 a P a r e n t r o c k ma s s 圭堡 塑奎1 2 5 . 最大振速时间 5 6 9 .8 ms 振动持续时间 4 .6 1 1 s 圭握塑 烹i . 垒 旦 一 ~ 最大振速时间 5 5 8 .2Il l s 振动持续时间 4 .7 3 7 8 圭堡 塑奎 一2 5 .一0 2⋯ 4 ⋯ H z 一 最大振速时间 1 0 3 .6n l g 振动持续时间 4 . 7 4 6 s 0 . 4 0 9 6 8 1 . 0 2 4 s 1 . 6 3 8 4 8 2. 2 5 2 8 8 b 危岩体 b D a n g e r o u s r o c k m a s s 图 4 裂隙带两侧振速波形图 Fi g .4 W a v e v e l oc i t y wa v e f o r n l s o f t h e t wo s i d e s o f t h e f r a c t u r e z o ne 3 . 3 . 2 爆破飞石安全控制 爆破飞石的飞散距离受到爆破参数诸因素的影 响, 爆破安全规程对飞石安全距离有严格的规定 , 本 工程爆区处于较大高程部位, 爆区与下部施工区及 附近村庄高差较大 , 因此个别飞散物对人员 的安全 距离 , 依据爆破安全规程的规定适当增大 , 最大飞石 安全距离取 1 0 0 0 m。 同时 , 施工中采取以下措施进行爆破飞石控制 选择合理的炸药单耗 , 根据实际钻孔 的孔 网参数计 算每孔的装药量 , 并结合抵抗线、 节理裂隙情况进行 调整以控制爆破飞石 ; 严格控制填塞长度 ; 根据爆 区 分布及飞石控制要求 , 尽可能调整爆破抛掷方向, 周 围停有机械设备时, 对 孔 口加压沙袋。爆破时间选 择在白天 , 这样能见度好 , 便于警戒观察 。 3 . 3 . 3 滚石安全防护 甑子 岩上 部开挖部位与下部取料平 台高差近 4 0 0 m, 开挖过程中上部的滚石 , 坡 面上 的危石严重 危及危岩体下方人员及设备的安全。施工准备阶段 必须进行相关防护 , 上下平 台必 须错开施工 时段。 在危岩体下部的取料平台设置多道 防护石堤、 钢筋 石笼护堤及 S N S被动防护网, 并定期对防护 网内侧 滚落的岩石进行清理 , 防止岩石堆 高影响防护栏效 果 。防止高处滚落 的岩石伤及 危岩体下方施 工人 员 、 车辆及附近居 民。施工区域封 闭及安全设施布 置如图 5所示。 3 . 3 . 4 危岩体位移监测 危岩体爆破治理过程中加强了位移监测预报, 每次爆破前 、 后 由监测单位进行巡视和监测 , 实时将 监测结果与施工单位进行共享 , 有效地预 防了突发 性事故 的发生。监测点根据开挖进度及地形特点布 置 , 原有监测点撤除后及时新增所需变形监测点 , 监 测点主要布置于开挖边界处、 后缘马道处 、 施工工作 面、 危岩基座处 、 一级陡崖处以及卸料 口处 等。图 6 为某一时刻工作面平台的监测点布置 、 危岩体基座 及一级陡崖处部分监测点布置 。 施工期安全监测结果表明 布设在开挖边界、 施 工面 、 危岩 、 基座和一级陡崖危岩上的监测点无 明显 位移 , 自动化裂缝计及人工裂缝监测点数据无 异常 变化 , 宏观巡视未发现新增 裂缝及裂缝增 宽迹象 , W 2 9 、 W 2 3危岩治理过程处于稳定状态。 第 3 5卷第 1 期 雷荣, 陆文清, 王爱民, 等甑子岩特大型危岩体治理开挖控制爆破 9 5 危岩体表面测点爆破振动速度作为稳定性监测的控 制标准 , 可有效降低爆破对母岩体及危岩体 的振动 影响, 符合危岩体快速治理及振动控制的要求, 有利 于规范爆破施工过程控制 , 可为类似特大型危 岩体 的快速治理提供借鉴。施工期间采取的飞石控制 、 防护石堤 、 钢筋石笼护堤、 S N S被动防护网等技术措 施使治理工程得以安全快速的实施 , 保障了施 工期 的安全。 [ 1 ] [ 1 ] [ 2 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 3 ] [ 4 ] 参考文献 Re f e r e n c e s 刘卫华, 黄润秋, 裴向军, 等. 危岩体调查及稳定性工 程地质 分类方法探讨 [ J ] . 地下空 间与工程学报 , 2 0 0 7, 3 7 1 2 6 9 . 1 2 7 3 . 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