甑子岩特大型危岩体治理开挖控制爆破(1).pdf

第 35 卷 第 1 期 2018 年 3 月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 1 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂ Mar. 2018 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2018. 01. 015 甑子岩特大型危岩体治理开挖控制爆破* 雷 荣 1， 陆文清1， 王爱民1， 文 超1， 祝文化2 （1. 中国葛洲坝集团 第一工程有限公司， 宜昌 443002; 2. 武汉理工大学 土木工程与建筑学院， 武汉 430070 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 TD235. 3 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X 2018 01 -0090 -06 Controlled Explosive Excavation of Zengziyan Oversize Dangerous Rock Mass LEI Rong1， LU Wen-qing1， WANG Ai-min1， WEN Chao1， ZHU Wen-hua2 （1. China Gezhouba Group No. 1 Engineering Co Ltd， Yichang 443002， China; 2. Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China Abstract The cutting amounts of Zengziyan oversize dangerous rock mass is large， the construction duration is long and the environment is complex. During the construction process， proper blasting zone and reasonable safety con- trol measures were adopted to effectively reduce the effect of blasting on the stability of rock body. The hole-by-hole millisecond delay blasting with detonators relay explosion from inside of hole to outside， and pre-splitting blasting technology were used， finally a relatively smooth excavation slope surface was obtained， where the half-hole rate was high and the overall blasting effect was good. In the construction process， the velocity of blasting vibration of the surface dangerous rock mass with certain distance to blasting center， was used as the control standard for stability monitoring to effectively reduce the influence of blasting vibration on parent rock and dangerous rock mass， which met the requirement of rapid control and vibration control of dangerous rock mass， and helped to regulate blasting con- struction process control. Key words dangerous rock mass;controlled explosive;vibration;hole by hole blasting;stability 收稿日期 2017 -11 -17 作者简介 雷 荣 （1973 - ， 女， 工程师， 主要从事水利水电工程建 设的施工与管理，（E-mail 1156782370 qq. com。 通讯作者 陆文清 （1972 - ， 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-mail 302809902 qq. com。 基金项目 国家自然科学基金面上项目 （51374163 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 发性， 易造成重大灾害， 是工程建设中的主要地质灾 害之一 [1， 2]。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 [3]， 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 阶深孔爆破削方的方式， 提高爆破效率， 实现危岩体 的快速治理 [4-8]。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 万方数据 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 重庆南川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 SE NE 向， 呈带状分布， 形态呈反 “L” 形， 危岩带可 能崩塌总规模为 593. 86 104m3， 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 1400 1545 m， 主要以 W16、 W24、 W25 号危岩体为主。二级陡崖由茅口组 三、 四、 五段灰岩组成， 标高 1550 1814 m， 主要以 W29 和 W23 号为主。危岩南侧居民集居区高标 800 1250 m， 危岩区下为金佛山甑子岩铝矿厂。岩 层产状 300∠5。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。 W29 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 W29 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29 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 W29 主体危岩体 （1650 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 Fig. 1 Schematic diagram of potential unstable rock mass （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， 治理施工持续时间长， 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， W29 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 400 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 （1650 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。29 号主体危岩体 和母岩爆破台阶高度设定为 10 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 19第 35 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 万方数据 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 W29 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 CM351 钻机进行钻孔， 钻孔直径 115 mm， 孔深以不破坏台阶底部岩体的完整性为原 则， 根据边坡 10 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 m， 线装药密度取 300 350 g/ m。采用 φ 32 mm的 2岩石乳化药卷， 进行不耦合间隔装药， 孔底 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 1/2; 堵塞段的长度取 1. 5 m， 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 数孔分组微差爆破。 3. 2. 2 梯段爆破参数 主爆区采用 CM351 钻机进行垂直孔钻孔， 钻孔 直径115 mm， 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， 孔距取 3 m， 排 距取2.4 m， 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 0.45 kg/ m3， 单孔 装药量 12 20 kg， 采用φ 70 mm药卷连续装药。施 工中为了控制爆破振动的影响， 主爆孔单次起爆孔 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 10 个左 右。主爆区起爆网路采用孔内高段位， 孔外低段位 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 MS3， 排间传爆雷管的选择 MS5， 孔内起爆 雷管的选择 MS11 或 MS13。 典型起爆网路如图 2， 现场爆破效果图如图 3。 图 2 典型起爆网路示意图 （单位 m Fig. 2 Schematic diagram of typical initiation network （unit m 图 3 现场爆破效果 Fig. 3 field blasting results 3. 3 安全防护措施 3. 3. 1 爆破振动控制 爆破安全规程（GB67222014 对永久性岩 石高边坡给出了 5 15 cm/ 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 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（GB510162014 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 cm/ s 时， 危岩稳定性为 1. 06， 基本稳 定 [9]。但未给出具体的控制部位。根据现场试验 研究成果 [10]， 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 29爆 破 2018 年 3 月 万方数据 侧测点振速， 可以看出， 通过裂隙带后的振速降低幅 度超过 80， 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 Table 1 Contrast of vibration velocity on both sides of the fracture zone 数组爆区位置 爆心 距/ m 单段药量/ kg 垂直方向振速/ （cms -1 衰减 率/ 水平径向振速/ （cms -1 衰减 率/ 水平切向振速/ （cms -1 衰减 率/ 1危岩体1512. 89. 8088. 710. 70827. 6181. 3 2母岩体1512. 81. 101. 921. 42 3危岩体1314. 413. 5078. 011. 007910. 1579. 7 4母岩体1314. 42. 982. 312. 06 图 4 裂隙带两侧振速波形图 Fig. 4 Wave velocity waves of the two sides of the fracture zone 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 1000 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 400 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 SNS 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， W29、 W23 危岩治理过程处于稳定状态。 39第 35 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 万方数据 图 5 安全设施布置图 Fig. 5 Layout of safety facilities 图 6 部分位移监测点 Fig. 6 Partial displacement monitoring point 3. 3. 5 爆破施工粉尘防护 在整个施工过程中， 包括钻孔、 爆破、 推渣等过 程都会产生大量粉尘， 且危岩体下风口为居民生活 区和农田， 因此需要采取降尘措施， 减小对周边居民 生活的影响。通过高压水泵从一级陡崖下部的铝矿 厂 （高程 1360 m ， 将水抽至后缘平台储水平台 （高 程 1830 m ， 沿途修建 20 m3水池 5 个， 以保障施工 期间降尘用水需求。施工过程中配备 5 支撒水水枪 进行洒水降尘。 4 爆破效果 甑子岩危岩体治理工程自 2016 年 5 月开工以 来， 按照上述施工方法进行爆破开挖， 获得了较好的 开挖效果， 已开挖完成的爆破效果图如图 7。 图 7 现场爆破效果 Fig. 7 Field blasting results 采用导爆管雷管组合的孔内高段位 （MS11 ， 孔 外低段位 （MS3 MS5 传爆的逐孔顺序微差起爆方 法， 结合预裂爆破技术， 设计坡面开挖平整， 半孔率 高， 整体爆破效果好。实际施工中按特定爆心距处 49爆 破 2018 年 3 月 万方数据 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、 SNS 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。 参考文献 References [1] 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， 2007， 3 （7 1269-1273. 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