滑坡防治工程中控制爆破技术的应用.pdf
第2 9 卷第4 期 2 0 1 2 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 .2 9N o .4 D e c .2 0 1 2 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 2 .0 4 .0 1 2 滑坡防治工程中控制爆破技术的应用 苗胜坤 国网北京经济技术研究院,北京1 0 0 0 5 2 摘要滑坡防治常采用排水、减载、支挡、锚固、改善滑带土力学特性等技术措施。在这些技术措施中,控 制爆破技术被广泛采用。由于拟防治的滑坡大多处于基本稳定或欠稳定状态,在滑坡体上或滑坡体附近进 行控制爆破必须保证爆破振动不致恶化滑坡稳定现状。在滑坡防治工程中采用控制爆破技术的主要场合有 排水洞开挖、削坡减载体开挖和抗滑桩孔开挖,在破坏滑动面形态、改善滑带土力学特性方面也有应用。分 别介绍了控制爆破技术在滑坡防治工程中的主要应用场合,论述了相应的设计要点及适用条件。 关键词控制爆破技术;爆破振动;土石方开挖;挖孔抗滑桩;滑坡防治;滑坡 中图分类号 x 4 3 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 1 2 0 4 0 0 5 0 0 5 A p p U c a t i 仰o fC o n t r o I l e dB l 嬲t i n gT e c h n i q u e si n L a n d s l i d eM i t i g a t i o nP r o l j e c t s I l 茔M DS 允e 增一南H n S t a t eP o w e rE c o n o m i cR e s e a r c hI n s t i t u t e ,B e i j i n g1 0 0 0 5 2 ,C h i n a A b s t r a c t C o n t m l l e db l a s t i n gt e c h n i q u ew a sw i d e l yu s e di nt | l el a n d s l i d ec o n t r o lm e a s u r e s ,s u c ha ss u f f a c eo r s u b s u 血c ed r a i n i n g ,s l 叩ec u t t i n g ,a n t i - s l i d i n g ,a n c h 面n go ri m p r o v i n gm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s 访t h i n 出es l i p z o n e .T h el a n d s l i d et o .b em i t i g a t e dw a su s u a l l yu n s t a b l ee n o u g h ,t h e r e f o r ei ti se s s e n t i a lt oa v o i dd e t 矗o r a t i n gt h e 文o p es t a t u sb yb l a s t i n gv i b r a t i o nn e a rt h e1 a n d s l i d em a s s .T h ee o n t m l l e db l a s t i n gt e e h n o l o g yw a sI n o s t l y 印p l i e di n r o c k e a 劬e x c a v a t i o no fd 嘣姐g et u n n e l s ,s l o p ec u t t i n g s ,h o l e Sf o rs l i d e r e 蠡s t 鲫tp i l e s ,a n da l s ou s e df o rd j s t u r b i n g s l i d i n gs u r f a c ep r 0 6 l e sa n di m p r o v i n gm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i 8 t i c so fs o i l s 试t h i nt h es l i pz o n e .T h ef e a s i b i l i t y 粕d 印一 p l i c a h i l i t y “c o n t r o l l e db l a s t i n gt e c h n i q u e si nl a n d s l i d em i t i g a t i o np r o j e c t sw a sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r 。 K e yw o r d s c o n t r o l l e db l a s t i n gt e c h n i q u e ;b l a s t i n gv i b r a t i o n ;r o c k e a 曲e x c a v a t i o n ;s h d e r e 8 i s t a n tp i l eb ye x - c a v a t i o n ;l a n d s l i d em i t i g a t i o n ;l a n d s l i d e 我国是地质灾害频发国家,每年由于地质灾害 造成的损失约占整个灾害损失的3 5 %。据初步统 计,2 0 1 0 年全国有2 9 个省、自治区、直辖市和新疆 生产建设兵团遭遇了山洪和山体滑坡、泥石流等地 质灾害,受灾人口近2 .6 亿人次,因灾死亡和失踪人 口近5 0 0 0 人,因灾直接经济损失近4 0 ∞亿元人民 币。滑坡是一种主要的地质灾害,降雨、地震、水库 蓄水、不适当的工程活动等均可能导致滑坡失稳。 收稿日期2 0 1 2 0 6 1 6 作者简介苗胜坤 1 9 6 4 一 ,男,高级工程师、硕士,岩土工程研究与 咨询, E - m a j l c w m i a o s k 1 6 3 .c o m 。 公路、铁路、水利、电力、矿山等部门每年都要投入巨 资进行滑坡等地质灾害防治,国家仅在三峡水库库 区地质灾害防治中投入资金就逾百亿元人民币。滑 坡防治常采用排水、减载、支挡、锚固、改善滑带土力 学特性等技术措施。在这些技术措施中,控制爆破 技术被广泛采用。由于拟防治的滑坡大多处于基本 稳定或欠稳定状态,在滑坡体上或滑坡体附近进行 控制爆破必须保证爆破振动不致恶化滑坡稳定现 状。滑坡防治工程中采用控制爆破技术的主要场合 有排水洞开挖、削坡减载体开挖和抗滑桩孔开挖,在 万方数据 第2 9 卷第4 期苗胜坤滑坡防治工程中控制爆破技术的应用 5 1 破坏滑动面形态、改善滑带土力学特性方面也有应 用。采用控制爆破技术可以加快工程施工进度,降 低工程投资。 1 排水工程 滑体内地下水位高低直接影响到滑坡稳定性, 滑坡常在雨季,尤其是久雨或暴雨期间发生失稳。 拦截可能进入滑坡体中的地表、地下水,疏排滑坡体 中的地表、地下水,可提高滑坡的稳定性。常用的排 水措施有地面排水、浅层地下排水和深层地下排水。 设在滑动面以下稳定土层中的排水平洞、竖井是深 层地下排水的主要工程项目。为加快施工进度,在 排水平洞、竖井开挖时一般采用控制爆破技术。 东苗家滑坡位于黄河小浪底水利枢纽大坝下 游,为多级基岩顺层滑坡,总体积约5 0 0 万m 3 。滑 坡体岩层为三叠系下统和中统砂岩、粘土岩互层,岩 体稳定性差。滑坡防治方案为J 1 对滑坡体坡 脚进行压脚; 2 在滑坡体地表修建集水沟进行地 表排水; 3 设置3 条排水洞,总长6 7 4m ,如图1 所 示。排水洞为城门洞型,断面尺寸分别为3 .7m 4 .2m ,3 .5m 3 .9m ,2 .8m 3 .1m 。 图1东苗家滑坡排水洞工程布置示意图 F i g . 1S c h e m a 止i c1 8 y o u to fd r a i n a g et u n n e l s w 油i nD o n g m i a o j i al a n d s l i d e 由于排水洞拱顶、边墙均不稳定,采用上下台阶 分部开挖,上台阶高2m ,超前3 ~5m 。循环进尺视 围岩条件和支护参数确定’2 1 ,控制在o .5 一1 .0m 范围内。在超前临时支护的保护下,采用周边预留 减震孑L 、上下排“V ”型掏槽的光面爆破技术,周边孑L 间距O .4 0 .4 5m ,空气间隔装药,线装药密度 O .1 6 ~O .2 0g /m 。克服了在水平岩层、软弱破碎围 岩中掘进时不可避免的超挖问题,将排水洞线超挖 量控制在0 .1 5m 以内。 2 削坡减载 对于推移型滑坡,在滑坡中上部主滑段进行削 坡减载,以降低下滑力;在滑坡前部堆土石压脚,以 增大抗滑力,这是滑坡防治的有效措施之一。 当中上部滑坡体较厚、滑动面较陡、没有或少有 人居住、无重要工程设施时,可考虑采用削坡减载, 开挖的土石可用于压脚。若削坡会影响上方或两侧 坡体的稳定性,或造成大量居民和重要工程设施搬 迁,或土石外运距离太远,则不适宜削坡。 当滑坡体由岩石或坚硬土体组成时,削坡减载 常用控制爆破技术,以加快工程施工进度,降低工程 投资。根据滑坡体物质组成及形状,常用的控制爆 破技术有台阶控制爆破技术和硐室控制爆破技术。 2 .1 台阶控制爆破 台阶控制爆破是进行滑坡防治工程削坡减载施 工最常采用的爆破技术,具有适用性强、灵活性大、 爆破规模和爆破振动可控等突出优点。施工程序为 从上到下、分层开挖。一般采用微差起爆 根据爆 破规模可分别采用排间微差、孔间微差、孔问孔内微 差等 ,严格控制爆破单段起爆药量,降低爆破振动 效应。为保证边坡开挖轮廓质量,可根据岩体条件 选用光面爆破、预裂爆破,必要时在光爆孔或预裂孔 前设置缓冲孔进行缓冲爆破。 渝怀铁路第2 5 标D 硒8 5 5 0 0 一 7 0 0 段路堑 边坡山体在2 0 0 2 年2 月4 日突然发生滑移,前缘滑 距5 0c m ,坡面出现宽0 .5 ~2 .0m 裂缝,为一沿软 弱结构面的顺层滑坡,处于不稳定状态。采用削坡 减载清方,台阶长度为清方段全长,台阶宽4 .0 ~ 5 .0m ,台阶高度2 .0 ~3 .0m 。钻孔孔径4 0m 瑚,孔 排距0 .8 1 .0m ,炸药单耗0 .3 0 ~0 .3 5k g /m 3 ,采 用非电毫秒光面爆破技术,在很短时间内完成滑坡 清方工作,解除了滑坡对附近居民的威胁∞J 。 2 .2 硐室爆破 硐室爆破具有爆破成本低、施工机具要求低、施 工速度快等优点,通常采用集中药包和条形药包2 种形式。2 0 世纪9 0 年代国内曾将硐室爆破技术用 于滑坡防治并进行了有益的探讨,其后1 0 多年来由 于担心硐室爆破可能引发滑坡失稳或产生次生灾 害,真正将硐室爆破用于滑坡防治工程的案例不多。 最近几年,应用硐室爆破成功进行滑坡防治的实例 日渐增多,实践证明,采用硐室爆破在滑坡防治工程 中是可行的”。7J 。 西安新型墙体材料厂采土场南塬滑坡体曾发生 万方数据 5 2爆破 2 0 1 2 年1 2 月 很大滑移变形M j ,垂直向下位移达lm 多,水平最 大位移为O .8m ,形成了一条长约1 5 0m ,深约1 0m 的大裂缝,造成大裂缝北侧约4 0 多万m 3 土方处于 不稳定状态。该滑坡体顶部地形平坦,由于长期沿 塬边取土,形成了高达8 0m 的陡坡段。在3 3m 以 上土体的平均坡度为5 0 。,3 3m 以下的平均坡度为 3 5 。。地层结构单一,产状近似于水平,由第四系黄 土组成;其上覆耕土层土质松软,透水性强,上覆黄 土垂直节理十分发育。工厂厂房距滑坡体坡脚为 1 4 0m 。采用硐室爆破削坡减载方案治理滑坡,将药 包布置成2 排,前排为辅助药包,后排为主药包,见 图2 。爆破作用指数n 为1 .o ;前排辅助药包最小抵 抗线值为1 l 一1 2m ,后排主药包为1 3m ;单位用药 系数为1 .2 。采用塑料导爆管非电起爆和洞外等间 隔微差起爆技术。经计算,滑坡体削坡减载后,无论 是在有利的自然状态下还是在不利的饱和状态下, 坡体均处于稳定安全状态。 5 3 0 5 l O 目4 9 0 霍,o 4 5 0 4 3 0 02 0 4 0 6 0 8 01 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 距5 0 5 等高线的水平距离,m 图2 药室布置及爆后地形剖面图 F i g .2 L a y o u to fe x p l o s i v ec h a m b e r 粕d t o p o g 豫p h i cs e c t i o n 血e rb l 鹳t i n g 3 抗滑工程 滑坡防治工程常用抗滑工程措施有抗滑桩、阻 滑键和抗滑挡墙等,在抗滑桩孔和阻滑键洞井开挖 时常采用控制爆破技术。 3 .1 人工挖孔抗滑桩 抗滑桩具有灵活性高、对滑坡扰动小、适用范围 广等特点,用于治理不同规模和类型的滑坡,尤其是 适用于滑坡体破碎、滑坡床坚硬完整的滑坡,是滑坡 防治工程中最常采用的抗滑工程措施碍’1 。抗滑桩 作为被动受力结构,必须嵌入滑床稳定岩土地层,多 为风化程度不同的岩层。另外,在滑坡体内开挖桩 孔时,有时会遇到漂石、孤石等大块岩石。在这些情 况下,人工或机械开挖的难度很大,采用控制爆破技 术就是合适的选择。 实践中,有工程采用光面护壁爆破技术进行桩 孔开挖,加快了施工进度,保护桩孔壁岩体不受爆破 损伤,取得了良好的效果n 0 1 。其原理见图3 。 { 临空面炮孔壁 图3 光面护壁爆破原理示意图 F 培.3C h a r g es t n l c t l I r eo fb o r e h o l ew a Up r o t e c t i o nb l a s t i n g 在漂石土或含大块孤石的土中开挖桩孔时,应采 用合适的方法破碎漂石或孤石,如果桩孔距建筑物较 近,一般不能采用常规爆破,钻孑L 水压爆破具有明显 优势,不仅避免了冲击波、地震波和飞石的危害,而且 能达到普通爆破的效率,提高桩孔开挖速度1 | 。 3 .2 阻滑键 阻滑键适用于滑动面清楚、单一以及滑动带软 弱及其上下岩体较完整的岩质滑坡和危岩。阻滑键 的设计思路是对滑坡一定高程范围内的滑带采用钢 筋混凝土置换,提高滑带抗剪强度,从而达到治理目 标。在长江三峡链子崖危岩治理工程中,其主体工 程之一的煤层采空区治理工程,即采用了承重阻滑 键,效果很好2 | 。三峡库区猴子石滑坡位于重庆市 奉节县新县城中心地带,其防治工程是三峡库区众 多地质灾害防治项目中地质条件最复杂、保护对象 最集中、失事危害最大、治理难度最大、受关注程度 最高的项目之一引i 猴子石滑坡续建工程采用“沿滑带设置阶梯型 钢筋混凝土置换阻滑键 简称梯键 前缘水下抛 石压脚 地下排水 水位变幅区岸坡防护 安全监 测”的综合治理方案3 | ,确保滑坡在三峡水库正常 蓄水1 7 5m 水位运行后不产生整体滑动及岸坡再 造。典型设计剖面见图4 。 形成梯键的洞井系统由底高程1 5 6m 、1 6 6m 和 1 7 6m 的3 条主平洞及对应的施工支洞,底高程1 4 2m 的勘探导洞以及竖井组成,总开挖进尺约6 2 0 0m 。阻 滑键的竖直段长度为1 5m ,滑带上下各7 .5m ,水平段 长度根据不同位置处滑面形态进行确定,长2 0 ~5 0m 。 主平洞断面尺寸2 .8m 3m 宽高 ,水平支洞断面 尺寸2 .5m 3m 宽高 ,竖井断面尺寸3m 4m 。 阻滑键隔段平行布置,间距7 1 3m ,整个滑坡共布置 置换阻滑键3 8 榀。置换阻滑键结构型式见图5 。阻滑 键开挖,系在层间错动等地质缺陷的岩层中进行,其技 、鼍 一 一 一 万方数据 第2 9 卷第4 期苗胜坤滑坡防治工程中控制爆破技术的应用 5 3 术与安全要求均较高,施工时应采用短进尺、勤支护、弱爆破等施工措施,采用光面爆破法施工。 2 5 0 2 0 0 嘲1 5 0 恒 1 0 0 5 0 图4 猴子石滑坡续建工程典型设计剖面示意图 F i g .4 7 I ’y p i c a ld e s i g ns e c t i o no fh o u z i s h i1 a n d s l i d e ,, 图5 猴子石滑坡续建工程阻滑键设计剖面图 F i g .5 A n t i - s l i d ek e y sa 1 0 n gt l l es l i ps u r 矗l c e0 fh o u z i s h il 蛐d s l i d e 4 滑带土改良 针对滑带土的不良工程性质,通过提高滑带土 强度的方法可以防止滑坡滑动。钻孔爆破是这种方 法之一,爆破法是在已成钻孔孑L 底用炸药爆破,破坏 滑动面的完整性,使得不能沿滑动面形成连续的低 强度带,同时岩石碎块与滑面上覆的土体混合在一 起,增大滑带土的摩阻力,从而降低滑动力,提高抗 滑力。适用于滑面下伏较坚硬基岩、滑面比较平整 的情况。优点是施工快速、简单。 钻孔爆破结合物理的和化学的灌浆法,加固滑 坡效果甚为明显。即在已成钻孔内用炸药爆破以破 坏滑动面,随之把浆液灌入被破坏的滑动面附近土 中,致使原有裂隙为浆液所充满,从而使原先强度很 低的滑动带成为强度较高的抗滑带,达到稳定滑坡 之目的。 从理论上来说,采用钻孔爆破法进行滑带土改 良是可行的,但由于技术方面的原因,这种方法在实 践中还很少应用。。 5 结语 实践表明,在滑坡治理工程中应用爆破技术是 可行的,能够加快工程施工进度,节省工程投资。在 滑坡治理工程施工中必须采用控制爆破技术,严格 控制爆破质点振动速度,确保滑坡不因爆破作用恶 化稳定状态或发生滑移破坏。 为了在滑坡防治工程施工中成功应用控制爆破 技术,应根据类似工程经验并通过现场试验确定合 适的爆破技术方案。 爆破施工是一种特种作业,在滑坡体上或其附 近进行爆破作业更加特殊,必须严格遵守国家有关 规定和规程规范,有关人员应持证上岗。从设计到 万方数据 爆破2 0 1 2 年1 2 月 施工的各个环节均需贯彻安全第一的指导原则。 在滑坡防治工程爆破施工中,应加强爆破振动 监测和滑坡稳定性观测,监测工程应贯穿于施工全 过程,作为指导设计、优化施工方案及滑坡稳定预报 的依据。 为了及时了解滑坡体的稳定状态,优化爆破方 案,保证施工安全,必须进行滑坡稳定性观测和爆破 振动监测。 参考文献 R e f e r e n c e s 易学文,彭万军,周晓.“新奥法”在小浪底排水洞施 工中的应用[ J ] ,水利水电施工,2 0 0 0 3 1 6 .1 8 . Y IX u e w e n ,P E N GW a J l _ j u n ,Z H O UX i a o .A p p l i c a t i o no f N A T Mi nd r a i n a g et u n n e lc o n s t n l e t i o ni nx i a o l a n g d ih y d r o e l e c 吨p 删e rs t a t i o neJ ] .C o n s t m c t i o no fH y d r o e n 孚一 n e e r i n g ,2 0 0 0 3 1 6 1 8 . i nC h i n e s e 方俊波,刁天祥.软层围岩隧道爆破控制超挖施工技 术[ J ] .隧道建设,2 0 0 0 1 8 0 - 8 5 。 F A N GJ u n - b o ,D I A 0T i a o x i a J l g .C o n s t m c t i D nt e c h n i q u e f o rl i m i t i n go v e r e x c a v a t i o nb yb l a s t i n gi ns o f tI o c kt u n n e l 一 1 i n g [ J ] .T u n n e lC o n s t r u c t i o n ,2 0 0 0 1 8 0 8 5 . i nC h i . n e s e 卢忠,黄永红.某段路基山体滑坡清方爆破施工 [ J ] .铁路建筑技术,2 0 0 2 s 1 8 5 8 7 . L UZ h o n g ,H U A N GY o n g - h o n g .B l a s t i n gf 撕c l e a 矗n go f l a n d s l i d ei nas e c t i o no fs u b 一目吼d e [ J ] .R a i l w a yc o n s t m c . t i o nT e c h n o l o g r ,2 0 0 2 S 1 8 5 8 7 . i nC h i n e s e 赵福兴,姚尧,定向爆破治理滑坡[ J ] .爆炸与冲击, 1 9 9 2 ,1 2 3 2 3 3 0 3 8 . 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