復(fù)雜條件下深路塹高邊坡石方開挖爆破防護(hù)技術(shù)應(yīng)用樣本

復(fù)雜條件下深路塹高邊坡石方開挖爆破防護(hù)技術(shù)應(yīng)用中交二航局五分公司大岳高速第一合同段曹林祥劉銀摘

要：復(fù)雜條件下深路塹邊坡開挖爆破是我標(biāo)段路基工程施工一種重點(diǎn)和難點(diǎn)。重難點(diǎn)重要在于高邊坡右側(cè)坡頂危石清理，既要保證危石清理工作自身安全可靠，又要保證右側(cè)臨湘方向坡下墳地及岳陽方向坡下農(nóng)田安全無損。復(fù)雜環(huán)境下爆破開挖總方量約2.4萬立方。核心詞：工程地質(zhì)狀況、邊坡穩(wěn)定性分析、滾石和飛石1.工程地質(zhì)狀況1.1地形地貌構(gòu)造剝蝕丘陵，山體最大高程264.8m,相對高差50～60m，山體自然坡度30～40度，山坡植被發(fā)育，谷地多辟為農(nóng)田，路線重要沿兩丘坡中通過，路基設(shè)計最大邊坡高度為58.5m，中心最大挖深21.0m。1.2地層巖性（1）花崗巖（r）：全風(fēng)化，灰黃色，灰白色，原巖構(gòu)造已基本破壞，除石英外，礦物成分基本風(fēng)化，巖心呈礫砂狀，厚1～5.0m。（2）花崗巖（r）：強(qiáng)風(fēng)化，灰黃色夾灰白色，原巖構(gòu)造已大某些破壞，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖心經(jīng)機(jī)械擾動后，巖心呈礫砂狀，厚18～22m。（3）花崗巖（r）：中風(fēng)化，灰黃色，灰白色，重要有長石、石英、云母及暗色礦物構(gòu)成，中?！至?gòu)造，塊狀構(gòu)造，裂隙稍發(fā)育，鉆探揭露厚度為5.6m。1.2工程地質(zhì)條件花崗巖（r）：全風(fēng)化：r=18～19KN/m3,c=12～16KPa,∮=20～22。強(qiáng)風(fēng)化：r=22～23KN/m3，∮=45～55。中風(fēng)化：r=26～27KN/m3，∮=65～70。1.4水文地質(zhì)該段地表水不發(fā)育，地下水重要為基巖裂隙水，受季節(jié)影響小。2.邊坡穩(wěn)定性分析右側(cè)邊坡最大高度約33米，左側(cè)邊坡最大高度約58.5米，邊坡巖體為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，經(jīng)分析該邊坡破壞形式重要為坡體沿強(qiáng)風(fēng)化中風(fēng)化分界面產(chǎn)生類土質(zhì)圓弧滑動，計算采用理正軟件，計算得改邊坡開挖后安全系數(shù)為0.963.3.重要施工工藝及規(guī)定3.1工程辦法依照邊坡穩(wěn)定性分析評價，擬采用如下邊坡加固防護(hù)辦法：（1）邊坡坡率路塹邊坡采用臺階式邊坡，左側(cè)1～4級邊坡坡率采用1：1。臺階式邊坡每隔8m設(shè)一級平臺，平臺寬2米，右側(cè)坡率采用：1～4級邊坡坡率采用1：1；5～7級邊坡坡率采用1：1.25。臺階式邊坡每隔8m設(shè)一級平臺，平臺寬2米。（2）邊坡加固工程左側(cè)1～3級邊坡采用非預(yù)應(yīng)力錨桿框架加固，右側(cè)1～5級邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架加固，（3）坡面防護(hù)工程為保證邊坡開挖及運(yùn)營工程中坡面穩(wěn)定，防止雨水沖刷及坡面松弛，改進(jìn)美化坡面景觀，采用骨架護(hù)坡及錨索框架內(nèi)植草防護(hù)等工程辦法。（4）排水工程辦法本段邊坡坡體地下水不發(fā)育，設(shè)計未采用仰斜排水孔引排地下水，但應(yīng)依照邊坡施工開挖狀況，及時進(jìn)行動態(tài)跟蹤設(shè)計，保證邊坡排水暢通。3.2詳細(xì)施工辦法3.2.1施工組織按照逆作法工序施工，按從上之下開挖施工順序逐級開挖，做到邊坡開挖一級防護(hù)一級。3.2.2土石方工程對于設(shè)有錨固工程高邊坡工程開挖，待上級邊坡錨固工程所有實行并產(chǎn)生加固作用后（依照實際狀況可采用有效可行暫時加固或預(yù)加固工程辦法）方可進(jìn)行下級邊坡土方開挖作業(yè)，逐級開挖，逐級加固，直至所有防護(hù)工程結(jié)束，保證邊坡穩(wěn)定和構(gòu)造安全。對于石質(zhì)邊坡開挖，接近路塹邊坡工程部位禁止采用大爆破，規(guī)定距設(shè)計坡面一定范疇內(nèi)一律采用光面控制爆破，對于硬質(zhì)巖石石方應(yīng)采用光面、預(yù)裂爆破，規(guī)定配備可鎖定炮眼傾角潛孔鉆，以盡量減少或避免爆破施工對巖體破壞作用和影響。坡頂危石清理方案制定是本次爆破設(shè)計重點(diǎn)，坡頂危石一旦滾落，就會順著坡面越來越快，直接沖擊到坡下墳地，其后果不堪設(shè)想；同樣，爆破產(chǎn)生飛石也會順坡而變成滾石，危害同樣大；而對于普通土石爆破振動危害，由于危石爆破淺孔小藥量而得到了有效控制，從而不需要考慮了。因而，在制定坡頂危石清理方案是重點(diǎn)考慮是爆破飛石和滾石二方面。3.2.3危石危害控制辦法3.2.3.1危石清理辦法選取危石清理重要辦法有三種，一是人工削方清理，二是爆破破碎清理，三是膨脹碎裂清理。其中人工削方清理辦法合用于強(qiáng)風(fēng)化巖層、巖體破碎且無大巖塊處，普通是從上向下清除，采用重要工具是風(fēng)鎬和撬棍；爆破破碎清理辦法合用于巖體堅硬、塊度大處，普通從危巖外緣開始逐級鉆孔裝炸藥松動爆破破碎，再配以人工清除；膨脹碎裂清理辦法與爆破破碎清理辦法相似，合用于巖體堅硬、塊度大處，也是通過鉆孔裝藥（靜態(tài)膨脹劑）膨脹破碎再配以人工清除，此法施工簡樸、安全，但投資略高。考慮到現(xiàn)場實際狀況，擬定采用人工削方和爆破破碎相結(jié)合清理辦法對大岳高速一標(biāo)K2+190～K2+352復(fù)雜條件下深路塹邊坡開挖工程坡頂危石進(jìn)行清理，即：對于風(fēng)鎬和撬棍能撬動危石，采用人工削方辦法進(jìn)行清理，對于人工無法撬動危石，則采用爆破破碎辦法進(jìn)行清理。3.2.3.2危石清理工作布局為了保證整個危石清理工作安全有效地開展，必要要將整個危石清理工作從空間和時間上進(jìn)行合理地分布。從空間分區(qū)上看，將整個開挖區(qū)別為二大某些，即危石清理區(qū)和常規(guī)爆破區(qū)，如圖4-1所示。危石清理區(qū)重要指產(chǎn)生爆破滾石可以影響到右側(cè)岳陽方向坡下墳地開挖區(qū)域，原則上墳地水平線上方區(qū)域都是該區(qū)域；其她區(qū)域則為常規(guī)爆破區(qū)域。常規(guī)爆破區(qū)危石清理區(qū)常規(guī)爆破區(qū)危石清理區(qū)圖3-1危石清理區(qū)基本位置圖危石清理順序從開挖時間順序上看，先清理靠岳陽方向危石，讓其直接滾落到山下征收空地中，形成有效補(bǔ)償空間，再逐漸向臨湘方向進(jìn)行清理，最小抵抗線方向盡量朝向岳陽方向或路基方向；清理工作基本上遵從由上往下順序，即先清理上面，再逐漸向下清理。當(dāng)爆破最小抵抗線方向只能朝向臨湘方向，即朝向墳地方向時，必要采用更密鉆孔、更小裝藥，并視狀況采用炮孔覆蓋防護(hù)辦法，必要保證最大限度地減少爆破飛石和爆破振動。危石清理順序圖3-2危石清理順序示意圖3.2.3.3危石爆破破碎技術(shù)路塹爆破工作布局：依照現(xiàn)場爆破詳細(xì)狀況，主體爆破采用全雙路塹分層臺階爆破開挖，局部爆破采用半路塹分層/單層臺階爆破開挖，相應(yīng)邊坡處都采用預(yù)裂光面爆破開挖，如下圖所示。光面孔光面孔光面孔光面孔a-傾斜孔b-垂直孔（1）半路塹炮孔布置剖面圖光面孔上層下層（2）全路塹炮孔布置剖面圖為了有效控制飛石飛散，減少爆破塊度，依照爆破條件變化，合理擬定炸藥單耗和爆破參數(shù)，采用巖屑堵塞孔口并搗實，保證炮孔堵塞長度和質(zhì)量，采用密打孔少裝藥。必要時，依照保護(hù)對象安全規(guī)定，可在孔口用竹笆加砂袋和粗尼龍繩網(wǎng)進(jìn)行覆蓋保證不浮現(xiàn)巖石飛散現(xiàn)象。3.2.3.4滾石危害控制辦法（1）滾石基本形成普通來說，爆破滾石重要有二個來源，一是主體松動爆破松散碎石順坡滾下，二是爆破引起非爆破區(qū)邊坡原有巖石破裂滑移后順坡流下。對于第一種來源，即爆破松散碎石順坡滾下形成滾石，是比較容易理解，雖然能控制到爆破巖石散而不拋（事實上是難以做到），坡面勢能也會推動碎石下滾形成滾石。對于第二個來源，也就是爆破振動對非爆破區(qū)邊坡自身影響，這在國內(nèi)外也曾有許多實例。研究表白：當(dāng)邊坡質(zhì)點(diǎn)振動速度達(dá)13.5~24.7cm/s時，邊坡巖石產(chǎn)生細(xì)微裂紋或原有裂紋張開。由于在進(jìn)行爆破前，已經(jīng)進(jìn)行了人工清表；加之，爆破碎石沿坡面向下滾動產(chǎn)生破壞更大；因而本方案重點(diǎn)考慮滾石危害來源于爆破碎石順坡下滾。（2）滾石危害控制通過對爆破區(qū)周邊環(huán)境調(diào)查，以及其她工程實踐總結(jié)，飛石和滾石是影響周邊環(huán)境安全最重要因素，而兩者中滾石危害更大。由于山高坡陡且爆區(qū)緊臨墳地，萬一滾石落入坡下墳地，將會產(chǎn)生不良社會影響和導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失。因而，控制滾石危害應(yīng)從主、被動二個方面入手，重點(diǎn)考慮四個問題：一是如何減少滾石速度，二是如何減小滾石塊度，三是如何削弱滾石彈跳，四是如何攔截滾石。（3）減少滾石速度由于慣性作用和補(bǔ)償空間需要，爆破后碎石必然要向坡下滾動，其滾動初速度取決于炸藥爆炸破碎巖石后剩余能量，也正是該剩余能量為滾石提供了初速度?；诖?，減少滾石速度重要辦法就是減少炸藥單耗。在進(jìn)行藥孔參數(shù)設(shè)計時，炸藥爆炸作用指數(shù)必要按照微量松散爆破漏斗來開展，通過理論分析和現(xiàn)場實驗，擬定合理最低炸藥單耗。微量松動爆破設(shè)計理念，就是炸藥爆炸只在巖石中產(chǎn)生大量微裂隙，達(dá)到巖石“松而不散，散而不拋”目，后期盡量發(fā)揮人工機(jī)械作用。對每個巖塊來說，實際單耗是隨著詳細(xì)狀況及實際施工是不斷變化，施工過程中必要隨時關(guān)注且不斷調(diào)節(jié)。爆破參數(shù)中炮孔底盤抵抗線、炮孔填塞長度、炸藥單耗、地形地質(zhì)條件變化都影響爆破能量合理分布，稍有變化就會浮現(xiàn)炸藥爆炸能量過剩，從而推動碎石運(yùn)動，增長了飛石和滾石初速度。裝藥施工必要依照地形地質(zhì)狀況調(diào)節(jié)裝藥，起爆網(wǎng)路聯(lián)結(jié)和毫秒微差雷管段數(shù)選用也對飛石產(chǎn)生影響。（4）減小滾石塊度雖然可以精確而有效地控制炸藥單耗，保證不會產(chǎn)生飛石和滾石。山坡存在，也會促使碎石向坡下滾動。這樣，減少滾石動能破壞另一外重要辦法就是減少單個碎石塊度，必要保證爆破塊度均勻，盡量不浮現(xiàn)特別大塊石。其控制重要辦法就是優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，即：一是采用微傾斜炮孔，使得抵抗線基本均勻；二是采用梅花形布孔，保證炮孔分布均勻；三是保證填塞長度適中，不能太大也不能太小，同步保證填塞質(zhì)量；四是減少炸藥在炮孔中集中限度，盡量沿全長均勻分布；五是必要提前清除面上松石和浮石。（5）削弱滾石彈跳爆破碎石沿山坡向下滾動，當(dāng)其遇到突出物后，互相碰撞，如果碰撞角度適當(dāng)，會產(chǎn)生撞擊跳動。依照動量守恒原理，碎石越小彈跳越高，碎石越大，彈跳越低。滾動距離越長，碎石勢能轉(zhuǎn)化為動能越多，滾石速度就越大，破壞力就越大，攔截難度也就越大。因而，削弱滾石彈跳重要辦法為：一是優(yōu)化爆破破碎順序，盡量由下向上開挖，減少碎石隨坡一路滾下也許；二是密打孔優(yōu)化塊度，避免塊度不均勻；三是及時清除爆破碎石和坡面松石，減少二次碰撞。(6)構(gòu)筑滾石攔截臺由于坡面角比較大，人工削方和爆破破碎后松石都會順坡由上向下滾動，直接威脅到坡下墳地，因而必要采用必要攔截防護(hù)辦法。攔截防護(hù)是一種被動防護(hù)，常用防護(hù)辦法有落石平臺、落石槽、攔石墻、攔石網(wǎng)和攔石堤等。綜合考慮坡度、成本及攔截效果，擬定采用滾石攔截防護(hù)重要辦法為構(gòu)筑滾石攔截臺，用以攔截滾石關(guān)承辦爆破碎石或機(jī)械清理落下碎石。滾石攔截臺設(shè)立于待保護(hù)墳地上方，如圖4-6所示，由落石槽、攔石墻和攔石網(wǎng)三個重要某些構(gòu)成，如圖4-7、4-8所示。其中，攔石墻是由工地片石構(gòu)筑起來一種高2米、頂寬1米、底寬2米梯形構(gòu)造，并在該攔石墻底下鉆了一排直徑42mm、深2m孔，鉆孔中澆筑用于加固長約2m工字鋼梁或者大直徑螺紋鋼，其重要作用是緩沖滾石速度并攔截大某些滾石；攔石網(wǎng)是由鋼架管和夾板等構(gòu)成，高約4米，其重要作用是攔截由攔石墻上彈跳起來個別石塊；落石槽是一種寬約4米（全球挖機(jī)行走）、深約2米槽形構(gòu)造，重要用于收納坡頂滾石，由挖機(jī)提前開挖成型。滾石攔截臺位置滾石攔截臺位置圖3-3滾石攔截臺詳細(xì)位置圖斜支撐斜支撐攔石網(wǎng)落石槽攔石墻危石區(qū)固定鋼管地墳地圖3-4滾石攔截臺剖面構(gòu)造示意圖攔石墻攔石墻攔石網(wǎng)墳地危石區(qū)墳地固定鋼管地圖3-5滾石攔截臺正面構(gòu)造示意圖（7）滾石破碎清運(yùn)每次爆破碎石會沿坡面自然滾落到攔石墻前方落石槽中進(jìn)行收納，當(dāng)滾石收納到一定數(shù)量時，必要進(jìn)行及時破碎并清運(yùn)，只有完畢有效清理并檢查合格后，才干進(jìn)入下一次爆破作業(yè)。滾石破碎：對于個別大塊滾石破碎，原則上不再采用爆破法解體，可以采用液壓機(jī)械破碎法或人工鉆孔“尖劈”辦法等解決。碎石清運(yùn)：在攔落石槽中積滾石達(dá)到一定數(shù)量時，可從攔石墻兩頭分別用人工/機(jī)械運(yùn)走。3.2.3.5爆破飛石控制辦法（1）爆破飛石形成石方爆破時，某些巖塊脫離巖體拋擲至遠(yuǎn)處，形成爆破飛石。個別飛石是由于炸藥爆炸能量在破碎巖石后，尚有較多剩余繼續(xù)作功于碎石，使之獲得很大動能及初速度。如遇有巖體構(gòu)造上薄弱面（斷層、裂隙、軟夾層等），強(qiáng)大氣體能量即從該處集中沖出，使該某些碎石獲得極大動能并以很高初速（有時不不大于巖體鼓包運(yùn)動速度幾倍）向外飛出，同步爆炸應(yīng)力波也會在構(gòu)造面處產(chǎn)生反射拉伸作用從而形成飛石。在露天進(jìn)行爆破時，從地質(zhì)弱面或臺階炮孔上部沖出個別巖塊所形成飛石可達(dá)數(shù)百米，也許對爆區(qū)周邊人員、建筑和設(shè)備導(dǎo)致危害。可依照炮孔直徑和爆破安全規(guī)程規(guī)定擬定個別飛石范疇，在炮孔抵抗線作用方向或下坡方向，個別飛石范疇更大。依照礦山爆破事故記錄，露天爆破飛石傷人事故占整個爆破事故27%。（2）爆破飛石距離飛石拋落距離取決于拋射角、初速和地形、風(fēng)向等各種因素，飛石自身形狀和尺寸也有很大影響。山區(qū)爆破要考慮地形影響，沿山坡下方拋散時飛石拋落距離為：式中：V0―飛石初速度（m/s）；α―飛石拋射角（°）；β―山體坡角（°）；g―重力加速度，取10m／s2。拋射角α=45°時飛散最遠(yuǎn)，大量測試數(shù)據(jù)表白，松動爆破時飛石初速約為10~20m/s，本處山體坡角約45度，于是可以計算出爆破飛石最遠(yuǎn)距離為：20～80m。實踐證明，正常淺孔松散爆破飛石普通不會太遠(yuǎn)。但是，由于填塞長度過小或最小抵抗線過小而形成爆破漏斗效應(yīng)，以及巖石中具有軟弱夾層，或由于過量裝藥、穿孔位置錯誤、工作面局部超挖、介質(zhì)不均勻性、巖體有薄弱面、起爆順序錯誤等種種因素，個別飛石距離也許不不大于200m，甚至更遠(yuǎn)。（3）飛石控制辦法爆破飛石重要控制辦法為：按設(shè)計方案科學(xué)施工，嚴(yán)格測量驗收，是爆破飛石控制核心。鉆孔前應(yīng)當(dāng)將表面覆土清除干凈；裝藥前應(yīng)認(rèn)真校核各炮孔最小抵抗線及間/排距，如有變化，必要修正裝藥量，不準(zhǔn)超裝藥量。施工過程中，要注意避免藥包位于巖石軟弱夾層或基本接打面，以免從這些薄弱面沖出飛散物。慎重對待斷層、軟弱帶、張開裂隙、成組發(fā)育節(jié)理、溶洞、采空區(qū)、覆蓋層等地質(zhì)構(gòu)造，采用間隔填塞、調(diào)節(jié)藥量、避免過量裝藥等辦法。保證填塞質(zhì)量，既要保證足夠填塞長度，更要保證填塞質(zhì)量，堵塞物中要避免夾雜碎石。采用低爆速炸藥，不耦合裝藥、擠壓爆破和微差起爆等，可以起到控制飛石作用。在爆破施工中，需嚴(yán)格控制飛石時，應(yīng)對爆破體采用覆蓋或防護(hù)辦法。比較有效辦法為覆蓋防護(hù)，如圖4-9所示。其詳細(xì)做法是：