控制爆破技术在地质灾害治理中的应用.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T I N G 、r 0 1 ．2 7N o ．2 J u n ．2 0 1 0 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 0 ．0 2 ．0 11 控制爆破技术在地质灾害治理中的应用 黄龙华1 ’2 1 ．南昌陆军学院教研部，南昌3 3 0 1 0 3 ；2 ．中国人民解放军理3 - 大学3 - 程兵学院，南京2 1 0 0 0 7 摘要在周边环境复杂的务件下，应用控制爆破技术对观音山2 处危岩进行排险作业，及时对危岩体进 行减载或削坡处理。为了保证山下建筑物和施工的安全，采用松动爆破技术，精心确定爆破设计参数，使用 非电导爆管微差起爆网路，严格控制一次起爆装药量，最大程度地减少对危岩的振动和母岩的破坏，并有针 对性地采用了开挖防护沟、铺垫缓冲层等多种安全防护措施，安全、高效地消除了这一地质灾害隐患。此工 程经验可对类似地质灾害的治理超到一定的借鉴作用。 关键词地质灾害；控制爆破；排险；治理 中图分类号T D 2 3 5 ．3 7 4文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 2 0 0 4 1 0 4 A p p l i c a t i o no fC o n t r o l l e dB l a s t i n gT e c h n o l o g yi n G o v e r n a c i n gG e o l o g i c a lH a z a r d s H U A N GL o n g h u a l 2 1 ．D e p a r t m e n to fT e a c h i n ga n dR e s e a r c h ，A r m yC o l l e g eo fN a n c h a n g ，N a n c h a n g3 3 0 1 0 3 ，C h i n a ； 2 ．E I E C ，P L AU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，N a n j i n g2 1 0 0 0 7 ，C h i n a A b s t r a c t T h et e c h n o l o g yo fc o n t r o l l e db l a s t i n gW a Su s e dt or e l i e v et w od a n g e r o u sa n du n s t a b l er o c k si nt h e G u a n y i n s h a nu n d e rc o m p l e xe n v i r o n m e n t ，a n dt h ed a n g e r o u sr o c k sw e r ed e a l e dw i t hl o a ds h e d d i n go rs l o p ec u t t i n g t i m e l y ．I no r d e rt oe n s u r et h es a f e t yo fd o w n h i l lb u i l d i n ga n dc o u s t m c t i o n ，t h el o o s i n gb l a s tt e c h n o l o g ya n dp r e c i s e b l a s t i n gp a r a m e t e r sa n dN o n e lt u b ed e h yf i r i n gc i r c u i tw e 砖u s e dt o g e t h e rt os t r i c t l yc o n t r o lt h ep e r m i t t e dc h a r g e8 - m o u n tp e rd e l a y ，t om i n i m i z et h ev i b m t i o na n dt h ed a m a g eo ft h em o t h e rr o c k ．T h r o u g hs o m es e c u r i t yp r o t e c t i o n m e a s u r e so fd a m p i n gd i t c ha n db u f f e rl a y e r ，i tw ∞s a f e l ya n de t 王i c i e n d yr e l i v e d ，w h i c hC a l lp m v i d es o m er e f e r e n c ef o r s i m i l a rg e o l o g i c a ld i s a s t e r sg o v e m a n c e ． K e yw o r d s g e o l o g i c a lh a z a r d s ；c o n t r o l l e db l a s t i n g ；, r i s kr e l i e v i n g ；g o v e m a c e 0 引言 地质灾害的表现形式多种多样，而山体崩塌、滑 坡是其中最为常见的地质灾害。在灾害发生的区域 往往还存在着大量的安全隐患，典型的有山体崩塌 不完全，存留有危岩体、边坡残留悬石或形成老鹰 嘴，崩塌区内往往存在可见裂隙等等，如果不及时将 收稿日期2 0 0 9 1 2 - 2 9 作者简介黄龙华 1 9 7 4 一 ，男，南昌陆军学院教研部讲师，博士，研 究方向爆破工程与安全技术，E m a i l h l h 7 4 1 3 8 2 2 1 6 3 ． C O n l o 这些安全隐患排除，必将对周边人民群众的生命和 财产安全构成新的威胁。当前有多种措施可将危岩 体处理掉，如打抗滑桩、喷锚支护、砌体支撑、钢丝网 固定和爆破施工等【1 ．2J 。控制爆破技术因其施工灵 活、受自然条件限制少、治理地质灾害迅速彻底，社 会和经济效益较好，因此在地质灾害治理当中得到 越来越广泛的应用。 爆破的目的就是从根本上清除危险源，使边坡 安全、稳定，又不能因为爆破施工而产生新的安全隐 患；因此在选择爆破施工技术时要考虑以下几个方 万方数据 4 2爆破 2 0 1 0 年6 月 面的因素一是爆破施工成本问题。因为发生地质 灾害的区域，一般交通条件都不方便，大型钻孔机械 清渣设备用不上，只能使用小型机械设备甚至还只 能用人工清渣，因此爆破成本比平时的岩石爆破工 程更高。二是施工工期问题。地质灾害治理牵涉到 广大人民群众的生命和财产安全，备受各级领导机 关的高度重视，需要采取迅速、安全的科学技术排除 存在的安全隐患，一旦施工工期延长，面临的社会压 力就越大，施工危险系数将增大，因此工期必须越短 越好。三是施工安全问题。对于地质灾害治理中的 危岩爆破处理，安全是重中之重，绝不能在施工过程 中发生人员伤亡事故，这包括爆破施工过程中产生 的飞石、滚石安全问题，不能伤害到警戒区域内的群 众和建筑物；也不能伤害到己方的施工人员，特别是 施工过程中是防止发生二次崩塌安全事故，因此施 工设计方案需要经过有关专家的科学论证。四是边 坡爆渣的清理问题，能够对危岩体一次爆破处理干 净当然是最好不过，但是在大多数情况下，受地形地 貌、地质条件、周边环境和交通等因素的影响，必须 经过多次循环爆破才能达到预期目标，边坡通常要 清理成台阶状或缓坡状，由于大型清运机械用不上， 必然是每一次爆破后用人工清渣并形成新的工作 面，因此，边坡清渣量的多少直接关系到工程进度的 快慢和施工人员的安全问题。五是爆破处理后是否 会形成新的不稳定体，产生新的安全隐患。每次爆 破必然产生爆破振动和新的边坡面，那么每一次的 爆破是否会破坏母岩的稳定性从而形成新的危岩 体，或是爆破振动在新的边坡面产生新的裂隙从而 产生新的安全隐患，因此必须选择合适的爆破技术， 严格控制单响的最大装药量，采用微差起爆、预裂或 光面爆破等控制爆破技术。 地质灾害治理过程中采用的爆破施工技术通常 有以下几种裸露爆破、浅孑L 爆破、深孔爆破和硐室 爆破等。在j 介爆破排险工程中具体采用哪种技术 方案，必须依据处理区域的地形地貌、周围环境、危 岩体的形成原因和现状、交通条件、所能采用的机械 设备等因素综合考虑后而确定。 1 工程概况 江西省某县观音山危岩崩塌险情位于该县龙城 镇长江南岸，其北侧为沿江路，东侧为马湖路，两路 均为县城主干道，交通繁忙，人员往来密集。 由于历史原因，危岩所在区域内曾长期开采石 灰岩，在观音山北侧形成了长约3 3 01 1 1 、最大高差约 1 3 0m 的陡立边坡。下部坡度3 0 。一4 5 。，上部坡度 6 0 。一9 0 0 ，现有多处危岩体，极易发生崩塌灾害。 坡脚沿路两旁分布有若干个单位办公楼以及数 十栋幢多层商品房和2 3 层民房。长期以来，观音 山北侧边坡时有岩体崩塌发生，近期较严重的一次 发生于2 0 0 7 年8 月，岩块崩落至坡脚1 幢5 层商品 房南侧，毁坏该处住户的院墙。至今，灾情有持续发 展扩大的趋势，直接威胁到山体坡脚附近居民的生 命财产安全。 该危岩体所在地区地层岩性自上而下依次为 茅口组上段灰岩、茅口组下段碳质页岩夹灰岩和栖 霞组灰岩。岩石普氏系数为／ 8 ．0 ～1 1 ．0 。 图1危岩体所处位置及形状 发生崩塌的危岩体为灰质岩，节理发育，呈块状 结构。危岩体受雨水冲刷剥蚀又破坏了岩体中原始 应力的平衡状态，容易导致危岩体产生剪性破坏而 形成卸载裂隙。而危岩体底部与母岩呈断裂状态， 接触的母岩体面积变小。危岩体基本直立并与山体 呈8 0 0 ～9 0 0 夹角，可见明显下滑趋势，在雨季最容 易下滑。急需排险的有l 、2 号危岩体。现将l 、2 号 危岩的具体情况作一描述。 1 ．1 1 号危岩 该危岩平面上突出于山体边坡，底部高程3 1 ．1 m ，顶部高程6 7 ．5m ，相对高差3 6 ．4m 。上部宽约 1 1m ，下部宽约1 6m ，平均厚度约1 5m ，最大厚度约 2 0m 。危岩整体呈楔形状，体积约75 2 0m 3 。该危 岩两侧裂缝发育明显，东侧前缘可见裂隙、裂缝较平 直，下部宽度5 1 0e m ，中上部宽度2 0 一3 0c m ，碎 石及泥质充填，可见深度约O ．5m 。东侧后缘裂隙 自坡顶向下延伸长度约2 0r n ，裂缝宽度0 ．5 ～2c m ， 泥质充填。西侧裂缝呈折线形，张开程度较大，宽度 5 3 0c m ，碎石及泥质充填，可见深度约0 ．51 1 1 。 危岩的形成总体受构造裂隙的控制，该裂隙在 人工采石开挖山体形成陡峻临空面后，由于卸荷拉 万方数据 第2 7 卷第2 期黄龙华控制爆破技术在地质灾害治理中的应用 4 3 张作用，加之雨水淋蚀，裂隙变形张开程度明显扩 大，裂隙胶结力逐步丧失，岩体重力向基底转移，造 成基底岩石挤压破碎。 由于基底岩石产状平缓，岩体风化强烈，强度低， 柔性变形适应能力较好，致使上部危岩目前仍处于蠕 变滑移阶段。在暴雨或连续降雨条件下，基底岩石强 度可能急剧降低，上部危岩随时可能发生崩塌破坏， 其崩塌形式为滑移- 倾倒式，安全隐患非常大。 1 ．22 号危岩 位于l 号危岩的西南侧，底部高程3 3 ．2m ，顶 部高程6 0 。6n l ，高差约2 7 ．4i n 。平均厚度约5m ， 最大厚度约8m ，宽度8 1 5m ，体积约16 5 0m 3 。 由于灰岩溶蚀或风化淋蚀作用，该危岩的后缘 与东侧山体自上而下完全切割贯穿，脱空距离达I ．0 1 ．5m ，未见充填物。危岩体岩性为茅口组灰岩， 中．微风化状。基底岩性为碳质页岩，呈强风化状， 岩石破碎，受压变形迹象较明显。 该危岩的形成与1 号危岩的形成原因基本一 致，在卸荷拉张作用和风化淋蚀 溶蚀 情况下，岩 块与母体完全脱离，重力向基底转移。 1 号危岩下部前缘5 0 1 0 0m 范围内的建筑物 有2 栋办公楼、l 栋5 层楼商品房及2 ～3 层民房4 栋。倘若该处危岩发生大规模崩塌，造成损失将难以 估计。2 号危岩体下坡距离最近l O m 处就有l 栋2 层的民房，附近3 0m 处错落分布着数栋2 ～3 层的民 房，因此整个爆破排险工程的施工环境是复杂的。危 岩体图片及施工环境示意图如图1 、图2 所示。 图2 爆破点周边环境示意图 单位m 2 爆破方案 由于该工程地处县城闹区，因此业主提出了以 下施工要求1 确保山下需要保护的房屋主体不受 损坏；2 彻底排除危岩体险情，爆破后不能产生新 的危岩体和滑坡体，确保山体母岩的稳定性；3 确 保爆破施工过程中警戒区外的过往车辆和人员安 全。这些均对爆破设计施工方案、施工能力和现场 管理提出极高的要求。 因此，爆破设计施工方案决定遵循以下准则 1 采取定向控制爆破技术、浅孑L 爆破、松动爆 破和微差起爆等技术，严格控制单响起爆装药量和 浅孔爆破循环进尺，最大程度减轻爆破振动带来的 危害。对爆破的危岩体采取土袋 或沙袋 、钢丝 网、彩条布和竹篱笆等多重覆盖防护措施，使碎石不 飞出防护体，确保不会有碎石飞落到山下，杜绝其对 山下民房及警戒区外的群众造成的伤害。 2 在危岩下的山坡脚处开挖1 条防护沟，防止 滚石对房屋的危害及收集爆破后人工清渣落下的碎 石，同时确保公路和被保护房屋不受损伤。 3 在山下个别房屋面向爆破施工点的窗户和 屋顶进行搭设排架等设施进行防护。 3 爆破参数的设计 3 ．1 爆破参数‘3 】 1 孔径d d 3 8 - 4 0m m 。 2 最小抵抗线形 最小抵抗线可用下式确定 形 2 0 2 5 d 1 本工程的爆破依据危岩和地形的情况，形取 0 ．7 6 ～1 ．0m 。 3 孔深L 孑L 深主要根据爆破危岩的施工钻孔便利和控制 爆破振动的影响等因素确定，L 1 ．2 2 ．0m 。 4 孔距口和排距b 2 炮孔的孔距和排距按下式确定口 0 ．8 W ；b 1 ．O a 。 根据最小抵抗线要求，计算得到口 0 ．6 0 ．8 1 1 1 ，b 0 ．6 一O ．8m o ‘ 5 装药量计算 装药量用下式进行计算 Q q a b L 2 式中，Q 为炮孔装药量，k g ；g 为单位炸药消耗量， k g ／m 3 ；口为孔距，m ；b 为排距，m ；L 为钻孔深度，m ； 形为最小抵抗线，m 。 参数选择如下孔径d 4 0m m ；孔深L 2 ．0 I n ；最小抵抗线形 0 ．7 6m ；孑L 距口 0 ．6 0 ．8m ；排 距b 0 ．6 0 ．8m ； 依据爆破施工现场的情况，选用2 。岩石硝铵炸 万方数据 爆破2 0 1 0 年6 月 药和乳化炸药。单位炸药消耗量q 取0 ．4 5 ～0 ．5 0 k g , ／m 3 。 3 ．2 微差延时与起爆网路 1 微差间隔时间H J 相邻段别微差时间间隔A t 2 5 1 1 0m s 。 2 起爆网路采用非电导爆管起爆网路。 4 爆破安全与防护 4 ．1 爆破地震波的控制 为了防止爆破振动对附近房屋产生破坏性影 响，必须根据爆破点最近建筑物及抗振性能，选择出 允许的振速数值，计算出允许的最大单响起爆装药 量。爆破地震波传播公式口】 y K 灞4 e r r d s㈣ 式中，R 为距爆破点距离，m ，按与危岩体相连的最 近房屋距离计算；Q 为一次起爆装药量，k g ；K 、a 为 与传振媒介有关的系数，该地段危岩为灰质岩，K 5 0 一1 0 0 、a 1 ．5 。 按爆破安全规程的规定 对于土窑洞、土坯房、毛石房屋，安全允许振速 为0 ．5 ～1 ．5e n v s ；一般砖房、非抗震的大型砌建筑 物，安全允许振速为2 ．0 3 ．0e m ／s ；钢筋混凝土结 构房屋，安全允许振速为3 ．0 5 ．0e m ／s 。 本文以安全允许振速为3 ．0e m ／s ，取不同安全 距离校核计算出最大单响起爆装药量，如表1 所示。 表1 安全距离R 与最大单响起爆装药量Q 关系表 R ／m1 01 52 02 53 05 01 0 0 Q ／k g 0 ．41 ．23 ．24 ．9 1 0 ．85 0 ．0 4 0 0 ．0 爆破方案设计应以上表为依据，保证单响起爆 装药量不大于表1 中所规定的药量。 4 ．2 飞石的控制 深孑L 爆破飞石距离R ，按下面经验公式估算[ 5 】 R f K I V 4 式中，K 2 0 ～4 0 ，形 0 ．7 6 1 ．0m 。 计算得R f 1 5 ．2 4 0m 。 在高边坡爆破施工时，飞石距离会更远。根据 规程的有关规定，露天爆破的安全距离为2 0 0m 。 为此，主要采取以下几个方面的技术与施工措施来 控制飞石的距离。 1 严格控制前排实际抵抗线不小于1 ．0m 。在 相对安全作业点进行试爆，确定爆破单耗值，不能因 为要求块度小而任意加大药量以提高破碎度，避免 炸药单位消耗量失控【6 】。 2 孔口必须填塞，填塞材料用半干粘土，但不 能混有碎石。保证填塞质量，不但要保证填塞长度， 而且要保证密实，填塞长度大于最小抵抗线。 按控制爆破设计，实施松动爆破，个别部位甚至 采用弱松动爆破；施工时严格控制最小抵抗线形和 炮孔填塞长度，可将飞石距离控制在4 0m 以内。 3 设计施工中，要注意避免药包位于岩石较弱 夹层，以免从这些薄弱面冲出飞散物。慎重对待断 面、软弱带、张开裂隙、成组发育的节理、覆盖层等地 质构造，采取间隔填塞、调整药量、避免过量装药等 措施。 4 采用钢丝网、彩条布和土袋等进行直接近体 防护。同时在2 号危岩西侧用钢架管和竹夹板 或 建筑用安全网 搭防护墙作为间接防护。 4 ．3 滚石控制 1 合理设计爆破参数，爆破仅使岩体开裂、松 动，然后通过小型机械，配合人工清运，以防止滚石 大量坠落。 2 通过调整起爆顺序，改变爆破作用方向，使 可能产生的滚石偏离主要设施。 3 在坡脚需要保护的建筑物 民房 前堆积沙 袋，面向爆破施工方向的门窗均使用竹篱笆防护；紧 临爆区的重要设施，采用钢管加钢板支撑防护个别 滚石。 4 爆破时由专人统一指挥，并设置安全警戒， 警戒范围内不允许有人员和车辆停留。 5 在危岩体下的山坡处开挖l 条防护沟防滚 石，防护沟宽5 ．0r n ，深3 ．0m ，长度1 2 0 ．0m 。防护 沟在山体下公路南侧布置，确保公路和被保护房屋 不受滚石损伤。 4 ．4 施工安全工作措施 1 在整个施工期间，必须设立安全警戒点，各 相邻警戒点要能通视，警戒区域要完全封闭，警戒标 识要清楚，安全员不能脱岗，危岩体下方的居民和车 辆要撤离至安全区域。 2 施工现场要完全封闭，所有施工人员作业时 必须佩戴好安全帽，在危岩体上施工的人员还须配 齐安全绳、安全带，施工区上方的浮石、松石或其他 安全隐患必须彻底清除。 下转第5 6 页 万方数据 爆破2 0 1 0 年6 月 图4 爆破实拍图片 通过工程实践，有如下认识 1 首次在闹市区一次起爆如此大面积的多幢 楼房，最大限度的预拆除，合理的孔网参数，准确的 延期时间，有效地安全防护，可靠的起爆网路，是爆 破成功的关键。 2 要在1 3d 内完成5 万m 2 的楼房拆除，强有力 的施工组织是重中之重。只有合理分工、指挥得当、 跟踪复验、及时纠偏的施工组织程序方能得以实现。 3 结合工程搞科研，对一些以前罕见的特殊结 构，提出新的方案并进行试炮，取得合理参数后全面 推行，这样才能积累更多的爆破经验。 4 多楼在同一时间段内起爆，其塌落振动产生 的合振空间有多大，各楼起爆时间间隔空间多大为 更合理，需进一步探索和总结。 参考文献 [ 1 ] 冯叔瑜．城市控制爆破[ M ] ．北京中国铁道出版社， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 刘殿中．爆破工程实用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 9 ． [ 3 ] 谢先启，贾永胜，刘昌邦．复杂环境下1 1 层框架结构 楼房控制爆破拆除[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 4 3 6 - 4 0 ． [ 4 ] 许小军．复杂环境下七层框架楼房爆破拆除[ J ] ．爆 破，2 0 0 8 ，2 5 4 4 5 - 4 7 ． 上接第4 4 页 3 按标准设立安全观察缝、安全检测点、安全 观察哨，由专职技术人员或施工经验丰富的安全员 对危险源进行监控，一旦发现险情，要立即通知所有 施工人员停止施工并迅速撤离到安全区域。 4 编制好操作性强的安全应急预案并确保一 旦出现险情时，预案能够顺利运作。 5 爆破效果与分析 该地质灾害爆破排险工程爆破处理的岩石约2 万m 3 ，工期约3 个月。整个爆破过程中飞石的飞散 距离得到有效控制，滚石的数量、下落方向及距离也 通过采取多种防护措施达到了安全的程度，没有碎 石飞越警戒区，没有给周边的建筑物、车辆和过往群 众造成伤害，证明了采取的安全防护措施实用有效， 达到了预期的爆破效果，得到业主的肯定。 由于是进行危岩爆破排险，因此现场施工安全 管理工作尤为重要，既有外围的安全警戒工作，又有 现场施工安全管理工作。 1 根据数次对地质灾害治理工程的实践认为 爆破方法对根除危岩体是一种很好的办法，它既避 免了政府和民众因危岩体威胁而搬迁的巨大费用投 入，又能够达到长治久安的目的。 2 成功的工程实践证明只要爆破方案精心设 计，适当的安全防护措施落实到位，科学严格地施 工，爆破治理的风险及危险是可以将其减少到最低 程度的。 3 在地质灾害爆破排险过程中，应依危岩体的 类型、现状特征及所处的周边环境状况，选用恰当的 爆破方法，如定向抛掷爆破、定向滑动控制爆破、粉 碎性和崩塌形式等多种方法，特殊的环境条件下还 可采用静态破碎法进行治理。 参考文献 [ 1 ] 冯叔瑜，吕毅，顾毅成，等．城市控制爆破[ M ] ．北 京中国铁道出版社，1 9 9 6 ． [ 2 ] 张志毅，王中．交通土建工程爆破手册[ M ] ．北京 人民交通出版社，2 0 0 2 ． [ 3 ] 刘殿中．工程爆破实用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 9 ． [ 4 ] 史雅语，金骥良，顾毅成．工程爆破实践[ M ] ．合肥中 国科学技术大学出版社，2 0 0 2 ． [ 5 ] 吴俊钧．台阶中深孔爆破大块率和飞石的控制[ J ] ．爆 破，1 9 9 6 ，1 3 4 2 9 3 2 ． [ 6 ] 肖力群．控制爆破在安托山地质灾害整治中的应用 [ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 1 3 6 - 3 9 ． 万方数据